Irrende Roboter sind besser

Forschende lassen in Experimenten Roboter auf die gleichen Illusionen hereinfallen wie Menschen. Ihre Resultate gewähren tiefe Einblicke ins menschliche Denken.

27. März 2020 · Luc Schnell

Bild: Aufbau der Gummihand-Illusion

Der vorliegende Beitrag entstand im Rahmen der Sommerakademie «The body in mind: self-consciousness and embodied cognition» der Schweizerischen Studienstiftung und wurde redaktionell begleitet von reatch.

«Irren ist menschlich», eine Redewendung aus dem antiken Rom. Sie wurde von Cicero in seinen Philippischen Reden verwendet. «Irren ist menschlich, aber auf Irrtümern zu bestehen ist teuflisch.»

Es ist bemerkenswert, dass dieses Zitat bis heute bekannt geblieben ist. Mehr noch, seine Relevanz ist grösser denn je. Denn durch die Fortschritte im Bereich der künstlichen Intelligenz müssen sich Forschende heute vermehrt mit einer Frage auseinandersetzen: Was macht das «Mensch-Sein» aus? Wenn Irren menschlich ist, sollte der Irrtum auch in moderne Androide eingebaut werden?  Ja, lautet die erstaunliche Antwort. Zu irren ist ein unabdingbarer Teil der menschlichen Kognition. Auch Roboter sollten dazu befähigt werden, wenn sie uns angeglichen werden sollen. Wozu soll das gut sein? Können wir guten Gewissens irrende Roboter bauen, ohne uns einer Teufelei schuldig zu machen?

Die Gummihand-Illusion

Antworten auf diese Fragen liefern Forschende der TU München. Sie reproduzieren beim Menschen auftretende Wahrnehmungsillusionen mit künstlicher Intelligenz. Eine dieser Sinnestäuschungen ist die Gummihand-Illusion [1].

Bei der Gummihand-Illusion wird der rechte Arm einer sitzenden Person in eine Box gesteckt, die mit einem grossen Tuch verhüllt wird. Neben die Box wird eine Gummihand gelegt und deren Ansatz ebenfalls unter dem Tuch versteckt. Auf den ersten Blick scheint es, als ob die Hand der Person nicht die echte in der Box, sondern die aus dem Tuch hervorlugende Attrappe sei. Noch wird die Person aber nicht getäuscht.

Das ändert sich, sobald die echte Hand in der Box und die Gummiattrappe simultan an den gleichen Stellen gestreichelt werden. Die Testperson sieht die gestreichelte Attrappe und fühlt gleichzeitig das Streicheln an seiner echten Hand. Es geschieht das Erstaunliche: Die Person anerkennt die sichtbare Gummihand als Teil des eigenen Körpers. Wie stark diese Illusion sein kann, zeigt sich spätestens, wenn der Attrappe Gewalt zugefügt werden soll. Wenn man beispielsweise mit einem Messer auf die Gummihand einsticht, versucht die getäuschte Person das in der Regel panisch zu verhindern.

Die Gummihand-Illusion ist aus mehreren Gründen interessant. Zunächst ist es verblüffend, dass unsere Kognition mit so einfachen Mitteln und in so kurzer Zeit in die Irre geführt werden kann. Ein weiteres erstaunliches Detail fällt bei genauerer Analyse auf: Lässt man Testsubjekte nach dem simultanen Streicheln angeben, wo sich ihre Hand befinde, so geben sie stets eine Position zwischen der echten Hand und der Attrappe an. Bei widersprüchlichen Sinneseindrücken scheinen wir also nicht komplett das eine oder das andere Bild unseres Körpers anzunehmen, sondern einen Kompromisszustand dazwischen.

Lernen bedingt Irren

Wenn wir uns fragen, weshalb der Mensch so einfach zu überlisten ist, stellen wir folgenden Sachverhalt fest: Der Mensch scheint seine aktuellen Erfahrungen dauernd zu überprüfen und zu hinterfragen. Wenn er gleichzeitig ein Streicheln sieht und spürt, interpretiert er diese Gleichzeitigkeit als kausal verknüpft. Befragt man ihn nun nach der Lage der Hand, ist er bereit, das Gesehene und das Körpergefühl, das etwas anderes anzeigt, durch einen Kompromiss aller Informationen zur Deckung zu bringen. So gelingt es ihm, etwas Neues zu lernen.

Nur dank dieser dauernden Lernbereitschaft ist es beispielsweise möglich, dass sich ein Mensch an eine Prothese gewöhnen kann. Wäre er durch keine geeignete Versuchsanordnung mehr zu überlisten, würde das bedeuten, dass er aufgehört hat, Sachverhalte zu überprüfen und zu hinterfragen. Lernen bedingt einen Interpretationsspielraum und damit auch die Möglichkeit einer Fehlinterpretation.

Roboter, die aus Fehlern lernen

Es erscheint daher sinnvoll, auch Androiden den Raum für Fehlinterpretationen zu geben. Genau dies haben die Münchner Forschenden bei ihrem Roboter getan. Er verfügt über eine innere Vorstellung von der Position seiner Hand. Die Vorstellung muss nicht richtig sein, der Roboter ist aber bereit, sie fortlaufend zu überprüfen und zu hinterfragen.

Der Roboter vergleicht seine innere Vorstellung mit den Informationen, die er von seinen Sensoren erhält. Er verfügt über eine Kamera (visueller Sinn), sowie über Sensoren an den Armen und in den Gelenken (Körpergefühl). Stimmen die Messwerte, die er aufgrund seiner inneren Vorstellung erwartet, nicht mit den tatsächlich erhaltenen überein, so passt er seine innere Vorstellung an.

Dabei geht er einen optimalen Kompromiss zwischen den verschiedenen Sinnen ein. Dies wird besonders dann entscheidend, wenn sich die Informationen der
unterschiedlichen Sensoren widersprechen. In diesem Fall wählt der Roboter diejenige innere Vorstellung, welche die Gesamtheit aller bisher erhaltenen Informationen am besten erklären kann. Das Prinzip wird Minimierung der Vorhersagefehler (engl. Prediction Error Minimization) genannt.

Wenn sich der Roboter nun irrt, so nicht aus Nachlässigkeit, sondern weil er basierend auf der Gesamtheit aller bisher erhaltenen Informationen die gegenwärtige Realität noch nicht akkurat beschreiben konnte. Der Irrtum zeigt ihm ein fehlendes Puzzlestück in seinem Weltbild auf. Er baut dieses in der Folge bestmöglich ein und der Prozess beginnt von vorn. Der Roboter verbessert sich von einem Irrtum zum nächsten.

Die Gummihand-Illusion beim Roboter

Das beschriebene System ist äusserst anpassungsfähig und erfolgreich. Irren zahlt sich aus. Nur unter künstlich hergestellten Bedingungen, wie sie während der Gummihand-Illusion herrschen, kommt es an seine Grenzen. Genau gleich wie der Mensch fällt auch der irrende Roboter auf die Gummihand-Illusion herein.

Dann liefert nämlich der visuelle Sinn Falschinformationen, während das Körpergefühl richtig liegt. In seinem Kompromiss baut der Roboter beide Eindrücke in seine innere Vorstellung ein und gibt dadurch eine Position an, die in Richtung der Attrappe verschoben ist.

Faszinierend dabei ist, dass sich die Verschiebungen beim Roboter gleich verhalten wie beim Menschen. Die Forschenden haben unterschiedliche Distanzen zwischen der echten Hand und der Gummiattrappe ausprobiert und dabei beim Roboter ähnliche Illusionsstärken wie beim Menschen gemessen. Dies legt die Schlussfolgerung nahe, dass auch wir über die Minimierung der Vorhersagefehler lernen.

Begehen Sie Fehler!

Was folgt aus diesen Erkenntnissen? Irren ist menschlich! Begehen Sie Fehler! Ihr Weltbild entwickelt sich nur dann weiter, wenn die Realität nicht mit Ihren Erwartungen übereinstimmt. Solange Sie Ihr Verhalten gut reflektieren und mit Ihren jetzigen persönlichen Ansichten in Einklang halten, sind Fehler nichts Schlechtes, sondern Teil des Lernprozesses. Stehen Sie zu Ihnen und nutzen Sie sie, um sich zu verbessern. Bloss: halten Sie sich fern von Gummihänden.

Den Originalartikel gibt es hier zu lesen.

Referenz

[1] Hinz, N.-A. et al. (2018). Drifting perceptual patterns suggest predictions errors fusion rather than hypothesis selection: replicating the rubber-hand illusion on a robot. 2018 Joint IEEE 8 th International Conference on Development and Learning and Epigenetic Robotics (ICDL-EpiRob), Tokyo, Japan, pp. 125-132.

Abbildung

Smit, M., Brummelman, J.T.H., Keizer, A. et al. (2018). Exp Brain Res, pp. 236: 3251.

Autor*Innen

Luc Schnell ist Geförderter der Schweizerischen Studienstiftung und studiert Hochenergiephysik im Joint-Master an der ETH Zürich und der École Polytechnique in Paris. Er interessiert sich besonders für die subatomaren Teilchen und deren mathematischen Beschreibung, schreckt aber auch vor Degenfechten und Gummihänden nicht zurück. Er führt seinen eigenen Blog auf meonworld.com.

Disclaimer

Der vorliegende Blogeintrag gibt die persönliche Meinung der Autoren wieder und entspricht nicht zwingend derjenigen von reatch oder seiner Mitglieder.