Sviluppare dispositivi a programmazione autonoma basati sull’intelligenza artificiale
La tecnologia moderna dipende sempre più dall’intelligenza artificiale (IA). Molti processi di produzione, oggetti intelligenti e robot avanzati si basano su meccanismi che offrono una qualche forma di programmabilità; ciononostante, questi programmi sono limitati poiché la loro logica si basa su regole predefinite, progettate da esseri umani. Di conseguenza, possono sorgere problemi quando questi dispositivi si trovano ad affrontare situazioni nuove o sconosciute, che vanno al di là di quanto previsto dalla loro progettazione originale. «I programmi vengono spesso eseguiti in circostanze inaspettate», spiega Giuseppe De Giacomo(si apre in una nuova finestra), docente di informatica presso l’Università di Oxford. «In molti ambiti applicativi, è semplicemente troppo costoso e soggetto a errori delegare agli ingegneri software il compito di elencare e gestire tutte le possibili attività di adattamento che potrebbero presentarsi nell’esecuzione del meccanismo.» Quando le applicazioni devono gestire circostanze ampiamente inaspettate, che si tratti di interazioni con il mondo reale o di esseri umani che prendono decisioni basate su situazioni non oggetto di modellizzazione, è impossibile determinare a priori tutti i possibili adattamenti che potrebbero essere necessari, spiega il professore. L’intelligenza artificiale generativa (IA Gen), che viene considerata un potente strumento per evitare soluzioni preprogrammate a favore di quelle apprese, è stata ampiamente adottata in diversi settori, tra cui la medicina. Tuttavia, non sappiamo ancora esattamente come e perché l’IA Gen prenda le sue decisioni, né se siano corrette per lo specifico compito da svolgere. «Queste soluzioni hanno una natura a scatola nera che ne limita l’adozione nei cosiddetti sistemi critici per la sicurezza, dove le decisioni possono comportare gravi conseguenze, ad esempio a livello di sicurezza o protezione», afferma De Giacomo. Nel progetto WhiteMech, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), De Giacomo e il suo team hanno avviato lo sviluppo di strumenti al fine di creare meccanismi di programmazione autonoma a scatola bianca in grado di generare autonomamente comportamenti volti a raggiungere determinati obiettivi e, soprattutto, a spiegare le modalità implementate in tale processo.
Creare meccanismi trasparenti, a scatola bianca
Il progetto WhiteMech ha proposto soluzioni di programmazione autonoma basate su un modello matematico dell’ambiente in cui opera il sistema e sul modo in cui le azioni di tale sistema influiscono sull’ambiente stesso. In ambito di IA, il concetto di «pianificazione» significa solitamente che, dato un modello del mondo e un obiettivo desiderato, vengono calcolate una serie di azioni intese a raggiungere l’obiettivo; ciononostante, nel progetto WhiteMech, i ricercatori hanno intrapreso una strada più articolata creando programmi in grado di svolgere compiti complessi che si estendono nel corso del tempo, come per esempio eseguire determinati passaggi, possibilmente in base alle osservazioni raccolte durante l’esecuzione, mantenendosi al contempo sempre in un’area sicura. E mentre molte aziende informatiche controllano regolarmente la correttezza dei propri sistemi a posteriori, WhiteMech si è proposto di sviluppare programmi in grado di eseguire automaticamente le attività, un problema noto come «sintesi reattiva». «Nel quadro di WhiteMech, vogliamo utilizzare la sintesi reattiva mentre il sistema è in funzione: quando si manifesta una circostanza eccezionale, esso calcola e mette in atto autonomamente una reazione appropriata offrendo garanzie formali di correttezza», aggiunge De Giacomo. Durante lo svolgimento di WhiteMech, il team ha sviluppato con successo i metodi scientifici, le metodologie, gli algoritmi e gli strumenti necessari ad affrontare questo problema di base, ovvero costruire meccanismi di programmazione autonoma a scatola bianca.
Attirare l’interesse nel settore delle industrie intelligenti
Sebbene WhiteMech fosse un progetto basato sulla scienza di base, i risultati hanno già attirato l’interesse di diverse comunità, tra cui quelle relative alle fabbriche intelligenti, alla robotica, ai gemelli digitali e alla gestione dei processi aziendali. «Una chiara testimonianza di questo interesse è il numero di citazioni che gli articoli scientifici relativi a WhiteMech stanno generando», osserva De Giacomo. L’équipe continuerà la sua ricerca, rivisitando gli strumenti e le tecniche d’interesse e trasferendoli dal laboratorio alle applicazioni del mondo reale. WhiteMech ha anche aperto nuove strade per lo svolgimento di ulteriori ricerche, tra cui l’utilizzo dell’IA Gen per effettuare la modellizzazione spaziale di uno spazio, ad esempio una stanza, e poi utilizzare le tecniche concepite da WhiteMech al fine di svolgere i suoi compiti in maniera automatica.
