Tím docenta Matěja Hoffmanna umiestnil robota iCub do postieľky s jednoduchou hračkou, ktorá sa pohybuje (foto vpravo z videa iCub_in_the_crib_test). Robot iCub napodobňuje správanie polročného dieťaťa. Vedci z FEL ČVUT sa snažia porozumieť jednej z kľúčových otázok vývoja ľudského poznania. Ako sa malým deťom utvára vnímanie tela a vzťah príčina a následok?
Experimentálne nastavenie a cieľ výskumu
Pomocou humanoidného robota iCub simulujú klasický experiment americkej psychologičky Carolyn Roveeovej-Collierovej s postieľkou, nad ktorou je zavesená hračka. Tím docenta Matěja Hoffmanna umiestnil robota iCub do postieľky s jednoduchou hračkou, ktorá sa pohybuje, keď robot jednou z končatín zatiahne za šnúrku. Pomocou umelej neurónovej siete sa iCub učí rozpoznať, ktorá z jeho končatín hýbe objektom, a začne ju aktívne používať - rovnako ako polročné dieťa.
„Zaujíma nás, čo musí obsahovať umelý mozog, aby sa dokázal správať podobne ako ten detský,“ vysvetľuje Matěj Hoffmann, ktorý riadi Laboratórium humanoidnej robotiky na Katedre kybernetiky FEL ČVUT. Na výskume sa podieľajú aj psychológovia, ktorí oceňujú prínos robotiky pre modelovanie vývoja detí. „Experiment s robotom iCub nám dáva jedinečnú možnosť overiť teoretické predpoklady vývojovej psychológie na celkom kontrolovateľnom systéme,“ hovorí dr. Sergiu T. Popescu, vývojový psychológ pôsobiaci vo výskumnej skupine FEL ČVUT v Prahe.
Motívy učenia a význam predikcie
„Vďaka robotickému modelu môžeme lepšie pochopiť, ako sa dieťa učí rozlišovať, že jeho pohyb ovplyvňuje svet. Prvé poznatky tímu z FEL ČVUT v Prahe vychádzajú zo simulovaného prostredia, kde je robotické dieťa zjednodušené na priame prepojenie neurónov s pohybom virtuálnych končatín (preprint článku: A computational model of infant sensorimotor exploration in the mobile paradigm).“ Výskum prináša prvý podrobný výpočtový model, ktorý napodobňuje kľúčový mechanizmus detského poznania. Simulácia mobilnej paradigmy ukazuje, že robot sa dokáže naučiť pohybovať špecificky tou končatinou, ktorá spôsobuje odozvu - podobne ako ľudské dieťa.
Aktuálne experimenty pracujú s plnohodnotným detským robotom v postieľke. Model využíva neurónovú sieť s predikčným mechanizmom a modul na exploráciu. Robot aktívne vyhľadáva pohyby, ktorých výsledok je preň prekvapivý, a tak sa učí viac o svojom tele aj prostredí. Autori v sérii tzv. ablačných štúdií ukazujú, že bez predikcie, motorického šumu či dostatočného počtu „svalových príkazov“ sa správanie robota od ľudského dieťaťa zásadne líši. „Naše výsledky ukazujú, že pre učenie je kľúčová nielen schopnosť pohybu, ale aj schopnosť tvoriť predikcie a reagovať na ich naplnenie,“ dopĺňa doc. Hoffmann.
Význam a budúci smer výskumu
Model poskytuje dôkaz, že základné mechanizmy učenia - prekvapenie, motivácia k objavovaniu a predikcia - môžu vzniknúť bez externých odmien, čisto z vnútornej organizácie. Autori plánujú model ďalej rozvíjať o faktory, ako je nuda, pozornosť alebo viac typov podnetov. „Mobile paradigm je jednoduchý, a pritom mimoriadne presvedčivý experiment, ktorý vývojoví psychológovia používajú na štúdium toho, ako sa deti učia pohybovať a poznávať svet na základe spätnej väzby prostredia. Zavesený objekt je pripojený ku končatine dieťaťa a len čo dieťa zistí, že jeho pohyb objekt rozhýbe, začne túto končatinu používať častejšie.“
Testovanie humanoidného robota v tejto oblasti je užitočný spôsob, ako overiť algoritmy, ktoré umožňujú robotom pohyb a objavovanie. „Také experimenty môžu pomôcť vytvoriť robotov, ktorí sa učia podobne ako deti - prostredníctvom aktívneho skúmania a vnímania súvislostí medzi svojimi činmi a následkami,“ hovorí prof. J. Robot.
O iCub a kontext výskumu
Robot iCub je humanoidným robotom, ktorého navrhol Taliansky technologický inštitút (IIT) v Janove na výskum poznania a interakcie s prostredím. Meria viac ako jeden meter, veľkosťou zodpovedá štvorročnému dieťaťu a jeho telo ovláda 53 elektromotorov. Vníma svet prostredníctvom dvoch kamier (oči), mikrofónov (sluchu) a tisícov dotykových senzorov zabudovaných v tzv. elektronickej koži. Pražská skupina výskumníkov z Katedry kybernetiky FEL ČVUT v Prahe získala robota iCub v rámci projektu Výskumného centra informatiky.
3. Tento mesiac je vo vývoji dieťaťa po mnohých stránkach kľúčový. Malo by dokázať udržať telíčko v osi. T.j. hlava, trup a nožičky sú v jednej priamke. Do troch mesiacov dieťa skôr drží hlavičku v úklone, ramená sú tiež naklonená a bruško vychýlené na stranu, kam bábätko otočí tvár. V 3. Ďalším kľúčovým bodom typickým pre dovŕšenie 3. mesiaca je, že dieťa dokáže nadvihnúť nožičky do 90 stupňov vo všetkých kĺboch na dolných končatinách. V ľahu na chrbte sa trojmesačné bábätko hrá s ručičkami. Vedome sa s nimi hrá, pozerá sa na ne a dáva si ich do pusy.
Od tejto doby všetko, čo príde do jeho rúk, bude chcieť aj ochutnať. Respektíve jazykom spoznať kvalitu predmetu, rovnako ako hmatom - ručičkami. Ručičky by mali byť už po väčšinu dňa otvorené. Ak sa snaží hračku či váš prst uchopiť, dotkne sa predmetu najprv dlaňou z malíčkovej strany a potom hračku zabalí do celej dlane. V ľahu na brucha by sa bábätko malo dokázať opierať sa o oba lakte a predlaktia. Hlavička a krk sú pretiahnuté v osi telíčka. Telíčko je tiež mierne nesené nad podložkou a bábikto sa opiera o podložku pod pupkom.
Kedy hodnotíme? Ako hodnotíme? Opäť môžete kvalitu vzpriamení ohodnotiť sami. Telíčko bude nesené nad podložkou tak, že dieťa dokáže zapojiť súčasne svaly na prednej i zadnej strane trupu a šije. Ak vykonáva napriamenie len zapojením svalov na zadnej strane trupu a šije, uvidíte vrásky naprieč chrbta pod lopatkami a v páse. Typickým príkladom je tzv. „chybné držanie tela“ od doby, kedy dieťa stojí a chodí a naďalej aj v predškolskom a školskom veku. Ak dieťa nedokáže v 3. alebo 4. mesiaci siahnuť na hračku cez stredovú čiaru, neskôr sa to zlepší. U detí je úchop závislý na stabilite polohy a na motorickom vývoji celého trupu.
Okrem týchto poznámok aj praktické tipy pre rodičov: V ľahu na chrbte ponúkajte hračky v strednej rovine, nad tvárou dieťaťa, aby dieťa mohlo skúmať, ktorú končatinou použije. S pyramídami a stohovacími hračkami sa naučia základné farby a tvary a rozvíjajú jemnú motoriku a priestorové videnie. Obdobie od 1 roka je obdobím vývinu reči a jemnej motoriky, a správne hračky podporujú rozvoj koordinácie, trpezlivosti a sústredenia.
Možnosti praktickej aplikácie a doplnkové poznámky
Pre úplnosť je vhodné doplniť, že deťom sa odporúčajú vhodné hračky a aktivity pre rozvoj jemnej motoriky, poznávacie schopnosti a rečového vývoja. S vhodnými hračkami sa deti učia rozpoznávať farby, tvary, praktické princípy ako stohovanie či triedenie a získavajú základy pre logické myslenie a pozornosť. Aktuálne tipy na výber hračiek v tomto období nájdete spolu s názormi odborníkov na rozvoj detí.