Ljudje smo zelo šibke, ranljive živali

O raziskavah Laboratorija za umetno življenje, ki povezuje biologijo, računalniško znanost in inženirske računalniške simulacije, smo se pogovarjali z njegovim ustanoviteljem, zoologom Thomasom Schmicklom.
Fotografija: FOTO: Voranc Vogel
Odpri galerijo
FOTO: Voranc Vogel

Interdisciplinarna raziskovalna skupina Laboratorija za umetno življenje, ki deluje na oddelku za zoologijo Inštituta za biologijo graške univerze Karl-Franzens, raziskuje, kako bi lahko z uporabo robotov zaščitili biotsko raznovrstnost in preprečili nadaljnje propadanje okolja. V enem od projektov so raziskovalci preučili kolektivno vedenje čebel in rib, ki sodijo med zelo ogrožene živalske vrste.

O raziskavah Laboratorija za umetno življenje, ki povezuje biologijo, računalniško znanost in inženirske računalniške simulacije, smo se pogovarjali z njegovim ustanoviteljem, zoologom Thomasom Schmicklom. Načine sporazumevanja s čebelami, ki se vedejo kot inteligentni roj, pa je pojasnila njegova sodelavka, zoologinja Martina Szopek.

Thomas Schmickl in Martina Szopek sta raziskave Laboratorija za umetno življenje predstavila na mednarodnem simpoziju Zemlja brez ljudi, ki je junija potekal v Zavodu Kersnikova v Ljubljani.
 

Kaj za globalni ekosistem pomeni podatek, da se je od konca 80. let prejšnjega stoletja biomasa žuželk zmanjšala za dve tretjini?


Različne žuželke imajo različne vloge. Prvenstveno so hrana mnogim živalim, kot so ptice in sesalci, in če izginejo žuželke, izginejo tudi višji sesalci. Poleg tega so žuželke opraševalci rastlin in njihovo zmanjševanje ter izumiranje pomeni manj sadja, pa tudi manj semen, s katerimi se hranijo živali, ki so same hrana plenilcem. Ose, ki jih sicer ljudje ne marajo, imajo zelo pomembno ekološko vlogo, saj se prehranjujejo s hrošči, ki škodujejo pridelkom, in s tem nadzorujejo njihovo populacijo. Študije kažejo, da je v zadnjih petindvajsetih letih izginilo 75 odstotkov biomase žuželk, in če se bo ta trend nadaljeval, se nam slabo piše.


Na predavanju ste dejali, da več ko je v ekosistemu povratnih zank, bolj je stabilen, a te zanke načenjajo človeške dejavnosti, zaradi katerih se tudi vse hitreje širijo invazivne vrste in ekosisteme destabilizirajo …


V ekosistemu obstajata dva dejavnika – stabilnost in biotska raznovrstnost, ki sta med seboj povezana. Biotska raznovrstnost ekosistemu prinaša stabilnost, v stabilnem ekosistemu pa biološke vrste ne izginevajo. Transport dobrin kot posledica globalizacije je le eden od dejavnikov, ki spodbuja širitev invazivnih vrst, zelo pomemben razlog so namreč tudi temperaturne spremembe, zaradi katerih se proti severu pojavljajo biološke vrste, ki jih še pred dvajsetimi leti tam ni bilo, in izpodrivajo avtohtone vrste. Gre za kombiniran učinek človeškega delovanja: spremenili smo rečne tokove, razdrobili habitate, uporabljamo pesticide in herbicide, za žuželke je zelo pogubno svetlobno onesnaževanje itd.


Kako je mogoče uravnavati ekosisteme? Kakšni so učinki odločitev, kot je na primer interventni zakon o odstrelu 175 medvedov in 11 volkov iz narave, ki ga je zaradi povečanja populacije zveri nedavno sprejel slovenski parlament?


Gre za vprašanje, ali ubijate divjad ali njihove plenilce ali pa ne ubijate nobenega od njih. Medvedi in volkovi so na vrhu prehranjevalne verige, in če umaknete velike plenice, se bo povečalo število divjadi, a če ne boste umaknili tudi divjadi, se bodo v dobrih razmerah z obilico hrane plenilci spet namnožili. Ko človek poseže v ekosistem, to pomeni, da bo moral posegati vanj tudi v prihodnje. Gre za odločitev, kako daleč v nenaravno stanje želite potisniti ekosistem, kar pa je politično, ne ekološko vprašanje. Ekološki odgovor je zelo preprost: pustiti ekosistemu, da se sam regulira, saj je kot tak najbolj stabilen, kar pa za ljudi, ki v njem živijo, ni nujno sprejemljivo.


Hobotnica skoraj nima možganov, njeni nevroni so namreč razporejeni po vsem telesu, vsaka njena lovka so majceni možgani. FOTO: Boris Šuligoj
Hobotnica skoraj nima možganov, njeni nevroni so namreč razporejeni po vsem telesu, vsaka njena lovka so majceni možgani. FOTO: Boris Šuligoj


V graškem Laboratoriju za umetno življenje raziskujete in preizkušate načine, kako bi lahko ekosisteme ohranili s tehnologijo. Kako lahko roboti rešijo svet, kot ste tudi naslovili svoje predavanje na simpoziju Zemlja brez ljudi?


Sodobni ekosistemi so na udaru, in kot kažejo podatki, se bodo mnogi med njimi porušili v prihodnjih desetih, dvajsetih letih. Roboti kot tehnologija nam sicer lahko pomagajo v prizadevanju za ohranitev ekosistemov in s tem ohranitev bioloških vrst.

Okolje je mogoče spremljati s fiksnimi okoljskimi senzorji, ki lahko merijo tam, kjer so nameščeni, ne pa tudi v vmesnih prostorih med enim in drugim senzorjem, poleg tega takšne rigidne naprave ne morejo reagirati na to, kar merijo, njihovo premeščanje pa je drago in zamudno. Bolj kvalitetne okoljske meritve omogočajo naprave, ki niso lokalizirane in se v okolju lahko premikajo, še boljše pa so avtonomne merilne naprave, s katerimi ne le zbiramo podatke, ampak so obenem programirane, da se na to, kar merimo, lahko odzivajo. Z razvojem več takih programov je mogoče ustvariti robotski roj, ki se samodejno prilagaja meritvam, kar omogoča boljše spremljanje okolja in pridobivanje boljših podatkov. Če želimo v določenem okolju ugotoviti, kje v njem je največja toksičnost, se bo robotski roj zgrnil na najbolj toksično mesto. Seveda so avtonomnimi roboti bistveno dražji od navadnih senzorjev.


Martina Szopek, v svojem predavanju ste predstavili projekt, v katerem ste robote uporabili kot tri komunikacijske kanale in se s čebelami »sporazumevali« prek temperature, vibracij in zračnih tokov. Kako so se odzivale?


Martina Szopek: V projektu smo uporabili zelo mlade čebele, ki imajo pomembno vlogo v čebelji koloniji, saj čistijo celice panja, v katere matica izleže jajčeca. Za njihov razvoj je zelo pomembna temperatura okoli 36 stopinj, ki smo jo uporabili kot enega od treh komunikacijskih kanalov, s katerim so roboti čebele privabljali s toploto. Drugi kanal so bile vibracije z modulacijskim spodbujevalcem, s katerim smo jih upočasnili in ustavili, z zračnimi tokovi pa smo jim sporočili, naj se umaknejo. Z zapiranjem povratnih zank med roboti in čebelami sta se umetna in biološka vrsta odločali skupaj, in kot je v svojem predavanju predstavil Thomas, je mogoče tako povezati več živalskih vrst.


Kaj pomeni inteligenca roja, ki jo pripisujete čebeljim kolonijam?


Schmickl: Če posamezna žival na dražljaj reagira predvidljivo, to ne deluje ravno inteligentno, saj gre za njen fizikalni odziv. Ko pa čebele vzajemno delujejo v skupini in med izbiranjem med boljšo in slabšo možnostjo izberejo boljšo, lahko sklepamo, da kot organiziran kolektiv razumejo okolje – to imenujemo inteligenca roja. V nasprotju s človekom, ki v določenem okolju med različnimi možnostmi izbere najboljšo, kar kaže, da je vprašanje okolja razumel, bil sposoben predelati njegove informacije in se odločil za optimalno izbiro, lahko to čebele naredijo le kot skupina.


Izbrati najboljšo možnost glede na lastno preživetje?


Najboljšo možnost glede na fiziologijo. Za mlade čebele je to ustrezna temperatura, pri kateri se najhitreje razvijajo in v toplejših delih panja za matico pripravijo celice, kamor izleže jajčeca. To je pomembno za preživetje celotne čebelje kolonije.


Toda na posnetkih smo videli tudi »svojeglave« posameznice, ki so se vedle drugače od skupine.


Mar vaši možgani ne delujejo podobno? Skupnost čebel je mogoče primerjati s človeškimi možgani, v katerih so zelo preprosti nevroni, ki se odzivajo na dražljaje, a šele med seboj povezani lahko tudi mislijo. Vendar vse misli ne vodijo k zadanim ciljem in nejasne misli opustimo. Inteligentnost namreč pomeni imeti določen nadzor nad nejasnostjo, zmožnost pametnih misli in odločitev, pri čemer se lahko ideja, ki se sprva pokaže kot slaba, kasneje izkaže za briljanten koncept.


Ali je inteligenco mogoče pripisati posameznikom višje razvitih živalskih vrst, kot so opice in delfini?


Odvisno od njenega pojmovanja. V umetni inteligenci ni prav nobene inteligence, saj gre za čiste mehanistične algoritme, ki izvajajo statistike, če pa jo razumete kot inteligentno, potem so inteligentni tudi posamezni živalski primerki, saj so se zmožni prilagajati okolju in v svojih majhnih možganih opravljati določene statistike. Če inteligenco opredelite kot razmišljanje in ustvarjalnost, pa našteto postane manj jasno; nihče namreč ne ve, ali čebele dejansko razmišljajo, in še vedno je neodgovorjeno
vprašanje, ali so višji predeli možganov razviti tudi pri višje razvitih živalih ali je to unikatno človeku.


Toda nekatere živali so zmožne načrtovanja in celo uporabljajo preprosta orodja?


Možganske strukture razvitih primatov so precej podobne strukturam človeških možganov, zato so še toliko bolj zanimive hobotnice, ki se od primatov zelo razlikujejo. Ko hobotnici v zaprt stekleni kozarec vstavite hrano, se mu približa in sprva malo testira, da se zdi, kot da razmišlja, potem pa z eno lovko zagrabi kozarec, z drugo odvije pokrovček in s tretjo izvleče hrano.



Iz takšnega vedenja bi lahko sklepali, da so hobotnice zelo pametne živali, saj imajo sposobnost načrtovanja, vendar ko pogledamo njihov nevrološki sistem, se vprašamo, kje neki se dogajajo vse te koordinacije, razmišljanje, načrtovanje. Hobotnica skoraj nima možganov, njeni nevroni so namreč razporejeni po vsem telesu, vsaka njena lovka so majceni možgani. Morda takšno živalsko vedenje deluje kot razmišljanje in načrtovanje le za človeški pogled in gre v resnici zgolj za odzivnost, smo pa ljudje zagotovo edinstveni v tem, da sredi noči vstanemo in zapišemo zgodbo, matematično formulo, simfonijo … Tega ne počne nobena žival.


Kaj je bil namen projekta, ki ste ga izvedli s švicarskimi kolegi in v katerem ste ribe in čebele povezali z roboti?


Prvi korak naših raziskav je bil monitoring, v drugem koraku pa smo želeli vplivati na biološko vrsto, kot na primer pri projektu, v katerem smo opazovali rast ovijalke in z lučema, nameščenima levo in desno od rastline, nadzorovali obliko njene rasti; ko je šlo kaj narobe, pa so v dogajanje posegli roboti. V tretjem koraku pa se robot med opazovanjem okolja vanj integrira in postane podoben živali, saj okolje zaznava, nanj deluje in spreminja vedenje glede na druge elemente ekosistema. V ekosistemu, v katerega je integriran, robot lahko nadomesti ključno biološko vrsto, z odstranitvijo katere je porušenih veliko povratnih zank in posledica česar je destabilizacija ekosistema. S prevzemom vloge ključne biološke vrste bi bili roboti lahko pomemben servis ekosistemov in bi biološke vrste stabilizirali.


Zakaj ste izbrali prav čebele in ribe?


Želeli smo raziskovati različne živalske socialne sisteme. Medtem ko inteligenca roja pri žuželkah, kot so mravlje, termiti in čebele itd., ni tako očitna, je iz skupinskega gibanja ribjih in ptičjih jat razvidno, da gre za visoko koordinirano delovanje. Na začetku smo iz obeh živalskih razredov izbrali čebele in ribe ter v vsakega od obeh sistemov integrirali robota, ob informacijah o vse več porušenih ekosistemih pa se nam je sredi projekta utrnila ideja, da bi robota iz obeh sistemov povezali, s tem pa povezali tudi ribe in čebele.

FOTO: Voranc Vogel
FOTO: Voranc Vogel


Kot razumem, so morale ribe in čebele prek robotov svoje gibanje koordinirati tako, da je to ustrezalo obema skupinama …


Tako je, vsi dejavniki so bili povezani v en sam sistem, v katerem so morali poiskati konsenz oziroma »se dogovoriti« o stanju, ki bi ustrezalo vsem. Ribe so skupaj z »ribjim« robotom morale izbrati gibanje v tisto smer, s katero bi bili zadovoljni tudi čebele in »čebelji« robot, sočasno pa so morale čebele s svojim robotom najti smer gibanja, s katero bi bili zadovoljni ribe in »ribji« robot. Vsi štirje dejavniki so torej morali najti kombinacijo, s katero bi bili zadovoljni oba živalska sistema in njuna robota, kar jim je v petindvajsetih minutah tudi uspelo. Zanimivo bi bilo izvesti poskus, v kolikem času bi podobna naloga uspela štirim ljudem, ki bi zaprti v temni sobi dobivali povratne informacije podobno, kot so jih ribe in čebele prek njunih robotov.


Kako pa razumete umetno inteligenco, ki ji sicer inteligentnosti ne pripisujete?


Umetna inteligenca je velik napihnjen balon, ki se bo v naslednjih desetih, petnajstih letih sesedel. Resda so današnji računalniki bistveno hitrejši in zmogljivejši kot v preteklosti, verjetno se bomo tudi vozili v samovozečih vozilih, ampak po tem, se mi zdi, se bo napredek ustavil. Običajno se vsaka nova tehnologija na začetku zelo hitro razvija, nato pa se razvoj upočasni.



Preden je umetna inteligenca premagala najboljše igralce šaha, je bil računalnik v 60. letih zmožen na precej visoki stopnji igrati damo, ki je v primerjavi s šahom manj zapletena igra, kar je tedaj pomenilo velik uspeh. V obdobju hladne vojne se je velike upe polagalo v prevajalske računalniške programe, ki naj bi razvozlavali kodirana sporočila, a je kmalu sledila zmrzal. Sam ne vidim, kaj bi lahko sledilo samovozečim avtomobilom in statistiki, ki lahko obdeluje ogromne količine podatkov, prepoznava obraze itd.


Ne vidite niti potencialne nevarnosti, ki jo pripisujejo umetni inteligenci?


Nevarnost vidim v ljudeh, ki ta orodja uporabljajo, saj vselej obstajata dober in slab način uporabe močnih orodij. Kot otrok sem se učil, da se v vojnah prihodnosti ne bodo več pobijali ljudje, ampak roboti. Zagotovo bi bila boljša opcija, da bi se veliki fantje med seboj bojevali s stroji, vendar razvoj ni šel v tej smeri. Danes droni pobijajo ljudi in prepričan sem, da tudi v prihodnje ne bo drugače, saj ljudje ta orodja uporabljajo zaradi dobička, iz pohlepa in narcizma. Toda umetna inteligenca ima ogromen potencial, z njo je mogoče odkrivati bolezni, lahko je v pomoč v prometu itd., in četudi je ne pojmujem kot inteligentno, so algoritmi lahko zelo uporabni.


Kako vidite prihodnost glede na vse bolj uničujoče učinke podnebnih sprememb, rušenje ekosistemov in izumiranje bioloških vrst?


Od začetka življenja na Zemlji se ekosistemi obnavljajo, biološke vrste izginjajo in se pojavljajo nove. Ni me strah za naravo, bolj nejasno je vprašanje, ali bo preživelo človeštvo, kajti ljudje smo zelo šibke in ranljive živali in za preživetje potrebujemo veliko, tudi tehnologijo. Sodobna družba, vključno z gospodarstvom, temelji na rasti. Razen v obdobjih kuge in nekaterih vojn se je človeštvo vedno razraščalo, vendar ni gotovo, da bo tako tudi v prihodnje. Modeli, ki napovedujejo rast svetovnega prebivalstva, so preveč enostavni, saj v glavnem upoštevajo rodnost, umrljivost in migracije.

Po napovedih dunajskega International Institute for Applied Systems Analysis pa bo svetovno prebivalstvo v naslednjih treh desetletjih začelo upadati in ne bo nikoli več doseglo sedanje ravni. Ta napoved poleg omenjenih upošteva tudi druge, zelo pomembne dejavnike, kot je izobraževanje žensk, saj bolj ko so ženske izobražene, manj imajo otrok, izobraževanje in komunikacija pa se globalno povečujeta. Trenutno se spreminja kar nekaj spremenljivk, ki nakazujejo zmanjševanje svetovnega prebivalstva, na kar nismo ne ekonomsko ne socialno pripravljeni, poleg tega pa je treba upoštevati, da je ekosistem na robu kolapsa in bo zatorej na voljo vse manj hrane. Prva reakcija ob upadu svetovnega prebivalstva bi bila verjetno pozitivna, a prav lahko se globalno zruši ekosistem, kar bi bilo morda dobro za ekosistem, ne pa tudi za človeštvo.

Komentarji: