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Mächtige Maus
MIT MUSEUM
In einem körnigen Film, der 1952 in den Bell Laboratories gedreht wurde, steht der Mathematiker und Bell Labs-Forscher Claude Shannon, SM ’40, PhD ’40, neben einer Maschine seiner eigenen Konstruktion. Es wurde 1950 gebaut und war eines der weltweit ersten Beispiele für maschinelles Lernen: eine Robotermaus, die Labyrinthe löst, bekannt als Theseus. Der Theseus der antiken griechischen Mythologie navigierte durch das Labyrinth eines Minotaurus und entkam, indem er einem Faden folgte, mit dem er seinen Weg markiert hatte. Aber Shannons elektromechanisches Spielzeug konnte sich mit Hilfe von Telefonrelaisschaltern an seinen Weg erinnern.
Zu Beginn des Films erkundet Shannons Maus mit Rädern methodisch ihre Umgebung – ein 25 Quadrate großes Labyrinth. Shannon sagt den Zuschauern, dass die Metallwände des Labyrinths frei neu angeordnet werden können, also muss Theseus eine kleine Rechenmaschine verwenden, um das Layout jedes Mal neu zu lernen. Aber die Maus, ein winziges Holzgerät, das einen Stabmagneten enthält und mit Schnurrhaaren verziert ist, ist viel zu klein, um eine Rechenmaschine aufzunehmen, sagt er. Stattdessen ist die Maschinerie unter dem Boden des Labyrinths versteckt, eine Reihe von Telefonrelaisschaltkreisen, die er umfunktioniert hat, um etwas zu tun, was sie noch nie zuvor getan haben: Lernen.
Unter dem Metallboden des Labyrinths kann sich ein auf einem motorbetriebenen Wagen montierter Elektromagnet nach Norden, Süden, Osten und Westen bewegen; Wenn es sich bewegt, bewegt sich auch Theseus. Jedes Mal, wenn seine Kupferschnurrhaare eine der Metallwände berühren und den Stromkreis schließen, passieren zwei Dinge. Zuerst schaltet der Schalter des entsprechenden Relaisschaltkreises von Ein auf Aus und zeichnet diesen Raum so auf, als hätte er eine Wand auf dieser Seite. Dann dreht sich Theseus um 90° im Uhrzeigersinn und bewegt sich vorwärts. Auf diese Weise bewegt es sich systematisch durch das Labyrinth, bis es das Ziel erreicht, und zeichnet die Ausgänge und Wände für jedes Quadrat auf, das es durchquert.
Diese Fotos, die 1952 in der Zeitschrift Life veröffentlicht wurden, zeigen den Weg, den Theseus einschlug, als er ein Labyrinthmuster lernte, und den direkten Weg, den er bei seiner zweiten Reise durch dasselbe Labyrinth einschlug.
Während Theseus sich durch das Labyrinth arbeitet, wechselt der Film zu anderem Material, während Shannon über das Telefonnetz von AT&T spricht. Ungefähr eine Minute später kehrt der Betrachter in das Labyrinth zurück, wo Shannon, der die Maus in der Hand hält, uns mitteilt, dass sie mit dem Lernen fertig ist. Shannon legt es zurück in das Labyrinth, und – sobald es freigelassen wird – werden Theseus und sein eingebetteter Magnet vom elektromagnetischen Schlitten entlang des Pfades geführt, der durch die Relaisschalter angezeigt wird, die in der Ein-Position bleiben. In nur 18 Sekunden schießt es zielsicher zum Ziel, einem Käsestück aus Messing, das einen Summer auslöst, wenn es von den Kupferbarthaaren berührt wird.
Bevor er bei Bell Labs arbeitete, hatte sich Shannon bereits als Student am MIT einen Namen gemacht, wo er bewies, dass die boolesche Logik auf elektronische Schaltungen angewendet werden kann, ein Konzept, das die Grundlage für die digitale Datenverarbeitung legen würde. Der bedeutende Kognitionswissenschaftler Howard Gardner nannte später seine Masterarbeit von 1940 A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits, möglicherweise die wichtigste und auch berühmteste Masterarbeit des Jahrhunderts.
1948 hatte Shannon das Konzept der Informationstheorie in A Mathematical Theory of Communication eingeführt, einem Papier, das den mathematischen Beweis lieferte, dass jegliche Kommunikation digital ausgedrückt werden kann. Die Idee, auf die Informationen reduziert werden könnten 1s und 0s war in den 1940er Jahren revolutionär, als große Teile des Telefonsystems noch darauf angewiesen waren, dass Telefonisten manuelle Schalttafeln verwendeten, um analoge, kabelgebundene Verbindungen zwischen Telefonen herzustellen. Es war tatsächlich so revolutionär, dass es viele Leute gab, die Shannon nicht zustimmten, sagt Mazin Gilbert, Vizepräsident für fortschrittliche Technologie und Systeme bei AT&T Labs. Sie sahen nicht den tiefgreifenden Durchbruch, den er hatte. Jahrzehntelang bezweifelten viele, dass die Kommunikation vollständig digital sein könnte, und es dauerte Jahre, bis die Menschen anfingen, Shannons Vision zu testen und zu verstehen. Selbst in den 90er Jahren hatten Gelehrte Schwierigkeiten zu verstehen, wovon Shannon sprach, sagt Gilbert. Er war seiner Zeit um mehrere Generationen voraus.
Theseus war auch seiner Zeit voraus und hat den gesamten Bereich der KI inspiriert, sagt Gilbert. Die Maus, die in vorgestellt wurde Populärwissenschaften , Zeit , und Leben Zeitschriften im selben Jahr, in dem der AT&T-Film gedreht wurde, rein durch Versuch und Irrtum gelernt. Dieses zufällige Ausprobieren und Irrtum ist die Grundlage der künstlichen Intelligenz, sagt Gilbert.
In vielerlei Hinsicht fühlte sich Shannon mit seinem wachsenden Ruhm unwohl; Während seiner Zeit als Professor am MIT lebte er zurückgezogen und betreute während seiner 22-jährigen Amtszeit nur sieben Doktoranden. Was Theseus betrifft, so wurden mehrere Versionen des Labyrinths zu Demonstrationszwecken bei Bell Labs gebaut, einschließlich der spiegelmontierten Maschine im Video von 1952. Während das ursprüngliche Labyrinth nicht mehr funktioniert, bleibt es Teil der Sammlung des MIT-Museums.
Shannon baute das ursprüngliche Theseus-Labyrinth zu Hause mit der Unterstützung seiner Frau Betty, die selbst Mathematikerin bei Bell Labs ist. Hatte AT&T eine Maschinenwerkstatt, die es für ihn hätte bauen können? Ja. Aber er hat es zu Hause gebaut, weil er es wollte, sagt AT&T-Historiker Sheldon Hochheiser. Er bastelte gerne, baute gerne Dinge … [es war] Teil seines Genies. Aber obwohl er es vielleicht hauptsächlich aus Spaß an der Freude gebaut hat, gab Shannons Labyrinth aus selbstlernenden, sich selbst bewegenden Schaltern den Forschern von Bell Labs ein besseres Verständnis des labyrinthischen Netzwerks des Telefonvermittlungssystems von AT&T. In einer schriftlichen Beschreibung des Projekts stellte Shannon fest, dass seine Maschine in der Lage war, [durch Versuch und Irrtum] zu lösen, sich an die Lösung zu erinnern und sie auch zu vergessen, falls sich die Situation ändert und die Lösung nicht mehr anwendbar ist. Die aus dem Theseus-Projekt gewonnenen Erkenntnisse ermöglichten es AT&T, den mechanischen Speicher und das Routing seines Telefonnetzes zu verbessern.
Diese Relaisschalter unter dem Boden des Labyrinths dienen Theseus, der Labyrinth-lösenden Maus, als Gehirn. MIT-Museum
Aber nicht alle Erfindungen von Shannon hatten praktische Anwendungen. Ich habe meine Interessen immer ohne große Rücksicht auf den Endwert oder den Wert für die Welt verfolgt, sagte er 1992 in einem Interview. Ich habe viel Zeit mit völlig nutzlosen Dingen verbracht. Er ging dahin, wo ihn seine Inspiration hinführte, oft zu Spielzeug und Spielen, darunter Schachspielmaschinen, ein Zauberwürfel-Löser, gasbetriebene Pogo-Sticks und eine Maschine, aus der beim Einschalten eine mechanische Hand herausspringt eine Box und schaltet sich aus.
Shannons ironischer Humor taucht am Ende des Theseus-Films auf. Er schaut direkt in die Kamera und stellt fest, dass die Methode, die die Maus verwendet, mathematisch garantiert jedes mögliche Labyrinth löst. Und dann fängt er spielerisch die Maus in einem einzigen Quadrat ein.