DNA zakodowane w algorytmach rozszerzy możliwości poznawcze | Politechnika Gdańska

Wzmocnienie ludzkiej inteligencji i rozszerzenie możliwości poznawczych człowieka to misja, którą od 30 lat realizuje prof. dr hab. inż. Edward Szczerbicki, światowy ekspert w dziedzinie inżynierii wiedzy i sztucznej inteligencji. Koncepcję decyzyjnego DNA opracował 15 lat temu wraz z zespołem naukowców m.in. z Wydziału Zarządzania i Ekonomii Politechniki Gdańskiej oraz australijskiego Uniwersytetu w Newcastle. Koncepcja oraz jej praktyczne zastosowania zostały dotychczas zaprezentowane w ponad 300 artykułach naukowych, a jej rozwój zawdzięczamy pracy m.in. prof. Cesara Sanina z Uniwersytetu w Newcastle, prof. Haoxi Zhang z Uniwersytetu Technologii Informacyjnych w Chengdu (Chiny), prof. Syeda Imrana Shafiqa z Uniwersytetu Muzułmańskiego w Aligarh (Indie) i dr. Carlosa Toro z Vicomtech Research Institute (Hiszpania).

– Decyzyjne DNA to metafora. To inspirowany biologią sposób zarządzania wiedzą. To próba odtworzenia w systemach sztucznych tego, co naturalne DNA robi w sposób zadziwiająco doskonały i niedościgniony – mówi prof. Edward Szczerbicki.

„Sztuczny” lekarz z wiedzą specjalisty

Prof. Szczerbicki zwraca przede wszystkim uwagę na wykorzystanie decyzyjnego DNA w medycynie. Duży wkład koncepcyjny i aplikacyjny teorii w tej branży ma dr Carlos Toro związany z Uniwersytetem Kraju Basków i hiszpańskim ośrodkiem badawczym Vicomtech Research Institute.

– Wielu osobom z chorobą Alzheimera można byłoby skutecznie pomóc, gdyby zostały zdiagnozowane wcześniej. W Hiszpanii przeprowadziliśmy badania na grupie 350 pacjentów. Okazało się, że algorytm, który zbiera dane takie jak wiek, styl życia, wyniki badań medycznych, i analizuje je zgodnie z koncepcją decyzyjnego DNA, jest w stanie wykryć chorobę wcześniej niż lekarz. Jest wiele obszarów medycyny, w których sztuczna inteligencja jest skuteczniejsza niż człowiek – mówi prof. Edward Szczerbicki.

Kolejny przykład to czujniki do rozpoznawania aktywności człowieka. Pomagają m.in. w codziennej obserwacji osób starszych w szpitalach i domach opieki. Zespół prof. Szczerbickiego zaproponował nowe narzędzie, które opiera się na wykorzystaniu doświadczenia wbudowanego w splotowe sieci neuronowe. Jego skuteczność jest znacznie większa niż dotychczasowych rozwiązań. Wyniki zostały opisane w artykule naukowym "A novel IoT-perceptive human activity recognition (HAR) approach using multihead convolutional attention" na łamach IEEE Internet of Things Journal.

Matrix, czyli za 30 lat będziemy hybrydami

W niedalekiej przyszłości rozwój internetu rzeczy i kolejne kroki w doskonaleniu sztucznej inteligencji mają sprawić, że gromadzenie informacji zapisanych przez przedmioty i aplikacje stanie się zjawiskiem nie tylko powszechnym, ale też osiągnie niespotykaną dotąd skalę. To wyzwanie, któremu ma stawić czoła decyzyjne DNA. Chodzi tu przede wszystkim o skupienie tej wiedzy w możliwie najefektywniejszym narzędziu. Można to porównać do trylogii „Matrix”, w której bohater uczy się sztuk walki dzięki podłączeniu do specjalnej maszyny, która instaluje w jego mózgu kolejne umiejętności niczym programy na twardym dysku.

– Potrafimy zbierać wiedzę, formalizować ją w zbiory i bazy, które mogą się składać z tzw. SOEKS – Set of Experience Knowledge Structure, czyli zbioru doświadczeń z danej sytuacji. Zaproponowaliśmy nowe narzędzie do rozwiązania problemu komiwojażera, czyli typowego zagadnienia logistycznego z obszaru badań operacyjnych. SOEKS absorbuje przeszłe doświadczenia ze wszystkich eksperymentów, nie biorąc pod uwagę, czy jest to dobre, czy złe doświadczenie – opowiada prof. Edward Szczerbicki.

Wspomaganie decyzji oparte na sztucznej inteligencji może mieć swoje zastosowanie niemal w każdej dziedzinie życia. Wspomniany problem komiwojażera został opisany w artykule naukowym „Evolutionary algorithm and decisional DNA for multiple travelling salesman problem” na łamach czasopisma „Neurocomputing”, a koncepcja decyzyjnego DNA została wdrożona w ponad 20 projektach naukowo-badawczych na całym świecie. Dzięki niej wskazano optymalne miejsca do stworzenia instalacji geotermalnych w Australii, optymalny moment serwisowania samochodów i maszyn w Hiszpanii czy też ułatwiono podejmowanie decyzji o udzieleniu kredytów ratalnych i inwestycyjnych dla sektora bankowego w Polsce.

„Jedynym źródłem wiedzy jest doświadczenie”

Czym więc jest decyzyjne DNA? To algorytm, który pozwala na podejmowanie optymalnych decyzji na podstawie doświadczenia. Jest ono czerpane z przeszłości oraz z badań i dokonań naukowców czy ekspertów. Do tego dochodzą niezmierzone zasoby internetu oraz dane z wielu czujników, które dzięki internetowi rzeczy będą rejestrować miliardy parametrów – od temperatury wody w oceanie, przez szybkość bicia serca w czasie rozmowy kwalifikacyjnej, po tempo zużycia wierteł drążących pola naftowe. Jak mówił Albert Einstein, „jedynym źródłem wiedzy jest doświadczenie”, wyzwaniem jest „jedynie” umiejętne wykorzystanie milionów danych, którymi dysponujemy.

– Naturalna inteligencja to możliwość odpowiedniego działania w nowej sytuacji. My chcemy ją wspomagać przez doświadczenia z przeszłości zbierane przez innych ludzi i rzeczy. Zastosowania decyzyjnego DNA widzimy już w wielu dziedzinach, ale możliwości są nieskończone, bo jak mówi przytaczane często w świecie naukowym hasło: „gdy twoim jedynym narzędziem jest młotek, wszystko zaczyna ci przypominać gwoździe” – mówi prof. Szczerbicki.

Inteligentne oprogramowanie do spełniania marzeń

Obecnie prof. Szczerbicki wraz z zespołem pracują nad aplikacją, która pomaga osiągnąć swoje cele i marzenia. Przykładowo osoba, która za trzy lata chce studiować inżynierię biochemiczną w Australii lub Stanach Zjednoczonych, jednocześnie pracować w czasie studiów i przebywać tam razem ze swoją rodziną, dzięki aplikacji otrzyma spersonalizowany plan działania zaproponowany przez decyzyjne DNA.

– Aplikacja bazuje na kwestionariuszu wypełnionym przez użytkownika, doświadczeniach życiowych tworzącej ją społeczności i zmieniających się okolicznościach życia. Jest to w pewnym sensie interaktywny inteligentny coach, który podpowie, zmotywuje i pomoże zbliżyć się do celu, a to wszystko w czasie rzeczywistym – wyjaśnia prof. Szczerbicki.