Relational exploration, learning and inference - Foundations of autonomous learning in natural environments

• Applicants: Professor Dr. Kristian Kersting; Professor Dr. Marc Toussaint
• Subject Area: Image and Language Processing, Computer Graphics and Visualisation, Human Computer Interaction, Ubiquitous and Wearable Computing
• Term: from 2011 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 200318003

Intelligentes Verhalten von Menschen und Tieren offenbart sich auf eindrucksvolle Weise in der Erforschung unbekannter Umgebungen und Gegenstände und dem Verallgemeinern der dabei gewonnenen Erfahrungen. Ein Verständnis für diese Fähigkeiten in Situationen des Alltagsleben zu gewinnen, ist das Ziel dieses Projektes. “Natürliche” Umgebungen, wie etwa Privathäuser, Büros oder Fabriken, zeichnen sich durch eine Vielzahl an Gegenständen aus, die ein selbstständiger Agent beeinflussen und verändern kann, und lassen sich durch deren (kontinuierliche oder diskrete) Beziehungen zueinander beschreiben. Jedes in realen Problemstellungen einzusetzende autonome System muss in der Lage sein, solche Umgebungen zu explorieren und verstehen zu lernen. Derzeitige Ansätze genügen diesen Anforderungen nicht: Methoden des Maschinellen Lernen und der Robotik vernachlässigen die solchen Umgebungen inhärente Struktur und scheitern daher an deren Komplexität, während KI-Ansätze nicht mit der unvermeidlichen Unsicherheit beim Lernen und Explorieren umzugehen wissen. Der Kernansatz dieses Projekts ist die Erforschung von Exploration, Lernen und Inferenz auf der Grundlage sogenannter relationaler Repräsentationen. Solche Repräsentationen implizieren starke A-priori-Annahmen über die Weltstruktur und ermöglichen es, aus unsicherer Erfahrung kompakte und über einzelne Gegenstände verallgemeinernde Modelle von der Wirkungsweise von Aktionen zu lernen. Dies erlaubt eine konzeptionell neuartige Art von Exploration, die bewusst Objekte in Situationen untersucht, auf welche das derzeitige Weltverständnis nicht verallgemeinert. Unseres Wissens ist dies das erste Projekt, das mithilfe statistischer relationaler Lernverfahren Kernprobleme der Robotik löst und somit einen bedeutsamen Fortschritt in der Erforschung autonomen Lernens verheißt. Die Bedeutsamkeit der von uns entwickelten Methoden werden wir auf einer realen, die Umgebung manipulierenden Robotikplattform demonstrieren.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1527: Autonomous Learning