Саранча как двигатель прогресса…
Мы привыкли думать, что являемся единственными носителями интеллекта. Соответственно, искусственный интеллект можно пытаться создать только по его образу и подобию. Но так ли это? Ученые из института компьютерных технологий и информационной безопасности Южного федерального университета создают оригинальные системы на основе «роевого интеллекта» саранчи и других насекомых (их еще называют биоэвристиками). Их применение в различных областях нашей жизни может быть почти безграничным – от робототехники и микроэлектроники до медицины и фармацевтики. Что это такое и как работает, рассказывает профессор кафедры математического обеспечения и применения ЭВМ Сергей Родзин.
«Знание – сила»: Сергей Иванович, что это такое – биоэвристики? Относится ли это понятие только к насекомым или к людям тоже?
Сергей Родзин: Не секрет, что многие интересные инновации и технические решения ученые и инженеры «подсмотрели» у животных и растений. Например, форма клюва некоторых птиц вдохновила проектировщиков на создание сверхскоростных поездов со сниженным сопротивлением воздуха, а дизайн перьев совы позволил уменьшить шум от движущегося поезда. Созданы роботы, способные плавать, держать предметы и ползать, используя преимущества мягкого тела осьминога, а колючки репейника способствовали появлению застежек-липучек. Микробы – это вечная головная боль для любой больницы. Обнаружено, что поверхность акульей кожи усеяна крошечными зубчиками, которые предотвращают прилипание слизи, водорослей и моллюсков. А сама кожа останавливает болезнетворные бактерии, такие как кишечная палочка. Но, пожалуй, самая популярная сейчас биоинспирированная модель – искусственные нейронные сети, которые имитируют работу клеток человеческого мозга.
Ученые, занимающиеся искусственным интеллектом, машинным обучением, тоже подчас «подглядывают» за окружающим миром в поисках оптимальных решений. Они называют алгоритмы и модели, позаимствованные у природы, биоинспирированными, или биоэвристиками. Строго говоря, биоэвристика – это не явление, свойственное людям или животным. Это алгоритм машинного обучения, который способен обеспечить достаточно хорошее решение проблемы оптимизации, особенно при неполной или несовершенной информации, или ограниченных вычислительных возможностях.
Природа оказалась прекрасным примером адаптивного решения проблем, множество раз показав, как они решаются, применяя оптимальную стратегию поиска, подходящую для конкретного природного явления.
«ЗС»: Но почему вы решили использовать именно роевой интеллект? В чем его преимущество?
С. Р.: Для создания алгоритмов искусственного интеллекта (или, как сейчас принято сокращать, ИИ) используется не только так называемый роевой интеллект (или коллективный разум). Сейчас в мире насчитывается до 500 биоэвристик. Сюда также входят другие алгоритмы – например, инспирированные эволюцией в природе; основанные на разнообразных физических и химических процессах, на когнитивных процессах и деятельности человека; на особенностях организмов, способных к фотосинтезу.
Преимущества биоэвристик в том, что они способны быстро находить хорошие решения, когда их количество так велико, что даже невозможно перечислить или иным образом исследовать. Правда, биоэвристики подчас не дают гарантий, что найдено самое лучшее решение, а моделирование взаимодействия в рое основано на весьма упрощенных правилах поведения. Каждый агент в рое следует простым правилам и, несмотря на отсутствие централизованного управления агентами, их взаимодействия приводят к возникновению интеллектуального группового поведения, неконтролируемого отдельными агентами.