I saggi pubblicati su Tangram

I robot possono giocare?

Tangram, anno V n° 13 (marzo 2006)

1. Un robot non può recare danno a un essere umano, né può permettere che, a causa del suo mancato intervento, un essere umano riceva danno.
2. Un robot deve obbedire agli ordini impartiti dagli esseri umani, purché ciò non contravvenga alla Prima Legge.
3. Un robot deve proteggere la propria esistenza, purché ciò non contravvenga alla Prima e alla Seconda Legge.
Le Tre Leggi della robotica
Isaac Asimov

Il nostro lungo viaggio intorno alle creature artificiali ci ha portato molto lontano, ma si è sempre dipanato attorno ed attraverso una direttrice comune: il gioco. L'attività ludica, infatti, è sempre stata una componente fondamentale di tutta la storia della ricerca sull'intelligenza artificiale sin da quando, nel lontano 1949, l'allora giovanissimo Claude E. Shannon (che sarebbe poi divenuto il padre della Teoria dell'Informazione) scrisse un pionieristico saggio scientifico su come si potesse programmare un computer per farlo giocare a scacchi.

Da allora in poi il gioco è stato sempre visto come "banco di prova" più naturale per valutare i progressi fatti dai ricercatori nel difficile tentativo di riuscire a conferire ad una macchina comportamenti tipici dell'uomo. Tanto è vero che, come abbiamo visto, la stessa definizione operativa di "intelligenza" di una macchina deriva direttamente da un gioco di società: quel "gioco dell'imitazione" che Alan M. Turing formalizzò nel 1952 in una sorta di test interattivo il quale, in suo onore, è da allora noto proprio come "Test di Turing".

In oltre mezzo secolo di attività di ricerca, però, ci si è sempre più resi conto come il concetto di "intelligenza artificiale" fosse assai meno chiaro e più elusivo di quanto non sembrasse all'inizio; tanto che molti di quegli obiettivi che negli anni '60 sembravano quasi a portata di mano si sono invece rivelati col tempo molto meno trattabili del previsto, e soprattutto ben più lontani da raggiungere di quanto si stimasse allora. Il risultato forse più sorprendente, almeno rispetto a quelle che erano le aspettative dei primi ricercatori, è che l'uomo è riuscito a costruire giocatori artificiali "bravi ma non intelligenti": un paradosso decisamente inaspettato per tutti coloro che ritengono l'intelligenza un prerequisito fondamentale per riuscire a vincere in un gioco competitivo, e che rende sempre più enigmatico ed elusivo il significato stesso di "intelligenza".

Infine nel 1997, poco meno di cinquant'anni dopo il lavoro di Shannon, un giocatore di scacchi artificiale per la prima volta nella storia dell'uomo ha sconfitto il campione del mondo in carica affrontandolo sul suo terreno, ossia in un torneo regolamentare "per umani". Si tratta, lo ricorderanno tutti, del famoso rematch fra Deep Blue e Garry Kasparov conclusosi col punteggio di 3,5 a 2,5 in favore della macchina. Eppure, contrariamente ai timori dei soliti catastrofisti, questo risultato storico non ha affatto segnato la fine del gioco degli scacchi: semmai ha fatto crollare l'interesse della comunità scientifica nei confronti degli scacchi al computer, i quali non sono più stati considerati come lo strumento principe per analizzare la presunta intelligenza delle macchine.

È infatti subito apparso chiaro anche ai profani che Deep Blue, con gran dispiacere di tutti quelli che per anni avevano atteso quel momento, tutto era fuorché intelligente: il suo gioco imbattibile non era frutto di raffinate analisi teoriche o di eleganti strategie, ma "semplicemente" il risultato di una potenza tattica tanto micidiale quanto cieca, estesa per pura "forza bruta" alla previsione di un numero di mosse future largamente al di là dell'orizzonte di analisi del giocatore umano. Far giocare Deep Blue in un torneo di scacchisti umani è, in altre parole, come far partecipare una motocicletta alla gara dei cento metri piani: non si tratta neppure di una competizione impari ma proprio di un altro tipo di competizione, con un concorrente così totalmente alieno da non aver nulla a che fare con gli altri concorrenti e le loro caratteristiche. Il confronto non ha pertanto alcun senso né alcuna utilità, anche perché l'analisi della "struttura logica" di Deep Blue non aiuta a chiarire il misterioso funzionamento della mente umana più di quanto lo studio del motore a pistoni non aiuti a comprendere la fisiologia muscolare dell'uomo.

Dal computer al robot

La vittoria della macchina sull'uomo è stata dunque, in definitiva, una vittoria di Pirro: battendo Kasparov, Deep Blue non ha affatto affermato l'esistenza di una vera intelligenza artificiale ma, al contrario, ha semplicemente ribadito la nota e non sorprendente superiorità della forza bruta "meccanica" contro le limitazioni umane. E così, rinnegando di fatto col proprio successo tutti i principi che avevano ispirato cinquant'anni di ricerca, la mente-moloch del computer ha finito per distruggere sé stessa riconfermando per assurdo l'elusiva superiorità della mente "creativa" contro il pensiero "meccanico". Implodendo ha rivelato che al proprio interno c'erano solo molle e leverismi, incapaci anche solo di assomigliare alle eleganti e misteriose strutture cognitive del suo avversario biologico.

Per incredibile coincidenza, tuttavia, quel 1997 che ha visto il declino della "mente giocatrice artificiale" ha dato invece i natali operativi ad un'iniziativa di ricerca ancor più ambiziosa e visionaria: quella mirante a realizzare un vero e proprio giocatore fisico, ossia un automa in… carne ed ossa (o, meglio, in plastica e metallo!) in grado di competere con l'uomo non più negli astratti ed elusivi territori dei giochi della mente bensì su quelli, ben più materiali e concreti, di un gioco dalla fisicità addirittura esasperata: il calcio.

Una coincidenza temporale davvero simbolica, che si arricchisce di ulteriori presagi ricordando che lo stesso anno vide anche il successo della prima missione interplanetaria interamente svolta da una sonda robotica "intelligente", ossia semovente e completamente autonoma. Si trattava del famoso robottino Sojourner, precursore dei moderni robot Spirit e Opportunity, il quale, spostandosi sulle sue sei piccole ruote, esplorò la superficie di Marte per ben 83 giorni, ossia 12 volte la vita operativa teoricamente prevista, rimandando a Terra immagini e analisi chimiche mai ottenute in precedenza.

Ebbene, proprio in quel lontano 1997 si è tenuto il primo campionato di calcio della storia disputato tra robot, organizzato nell'ambito di quell'incredibile iniziativa internazionale chiamata "RoboCup". L'idea che ispira questa iniziativa è tanto folle quanto ardita: utilizzare il gioco del calcio come misura dell'abilità di un robot di tipo "general-purpose", così come il Test di Turing è la misura dell'abilità di una "mente artificiale" di tipo generale. E lo scopo di tutta la ricerca internazionale promossa e coordinata dalla RoboCup Federation non è puramente teorico ma, al contrario, fortemente operativo: l'obiettivo dichiarato è infatti quello di far sì che entro il 2050 una squadra di robot antropomorfi completamente autonomi riesca a battere, in una regolare partita di calcio secondo le regole FIFA, la squadra umana campione del mondo in carica! Sembra un traguardo irraggiungibile, ma la RoboCup Federation fa notare che dall'invenzione dell'aeroplano alla conquista della Luna è passato solo mezzo secolo all'incirca, ed altrettanto è trascorso dall'invenzione del computer al momento in cui Deep Blue ha battuto Kasparov a scacchi: non è quindi del tutto inverosimile ritenere che entro un ulteriore mezzo secolo i robot potranno essere così sofisticati da battere i campioni umani in un gioco così squisitamente umano come quello del calcio.

L'iniziativa RoboCup

La prima idea di utilizzare il gioco del calcio come "benchmark" di abilità per un robot venne verso il 1992 al professor Alan Mackworth dell'Università della British Columbia in Canada. Pubblicata in un libro sulla computer vision del 1993, l'idea fu portata avanti da un gruppo di suoi studenti che svilupparono un progetto di robot calciatore denominato Dynamo.

Contemporaneamente, ma in modo assolutamente indipendente, un gruppo di ricercatori giapponesi impegnato in un seminario sulle grandi sfide per l'intelligenza artificiale che si teneva a Tokio nell'ottobre del 1992 si trovò d'accordo nel ritenere il gioco del calcio un'ottima "palestra" per lo sviluppo e la promozione di scienza e tecnologia. Dopo i primi colloqui essi decisero di proseguire nell'idea, e furono così intrapresi i primi studi di fattibilità sia dal punto di vista tecnologico che da quello finanziario, ed anche uno studio dell'impatto sociale di un simile progetto. Furono abbozzate le prime regole tecniche del calcio per robot ed iniziò lo sviluppo dei primi prototipi di robot giocatori, sia "fisici" (ovvero vere e proprie unità semoventi autonome) che "logici" (ovvero simulatori interamente virtuali). Tutto questo lavoro preliminare portò alla conclusione che il progetto fosse possibile ed anche desiderabile: così nel giugno del 1993 alcuni ricercatori, fra cui Minoru Asada, Yasuo Kuniyoshi, e Hiroaki Kitano, lanciarono in Giappone la sfida per un campionato locale di calcio per robot, che chiamarono Robot J-League (la "J-League", ovvero la "Serie J", è il circuito dei calciatori professionisti giapponesi).

L'idea dei ricercatori giapponesi riscosse però un enorme interesse presso le università di tutto il mondo, che si offrirono in qualche modo di contribuire al progetto: nacque così la "Robot World Cup Initiative" o, in breve, "RoboCup". All'iniziativa internazionale si unirono così vari altri ricercatori che, indipendentemente dal gruppo originario, stavano a vario titolo interessandosi di versioni più o meno artificiali del gioco del calcio. Ad esempio Itsuki Noda, che stava sviluppando simulatori per agenti autonomi presso il centro di ricerca ElectroTechnical Laboratory (ETL) del governo giapponese, realizzò il server ufficiale per la gestione delle simulazioni: scritto dapprima in linguaggio Lisp (versione 0) e poi in C++ (versione 1), il Soccer Server di Noda fu dimostrato pubblicamente per la prima volta alla International Joint Conference on Artificial Intelligence "IJCAI-95" tenutasi a Montreal nell'agosto del 1995, e successivamente fu reso liberamente disponibile a tutti i ricercatori tramite il Web.

In quella stessa conferenza fu ufficialmente deciso di mettere in piedi un campionato mondiale. Come sede del primo evento fu scelta la conferenza IJCAI-97 che si sarebbe tenuta a Nagoya, in Giappone, nell'agosto del 1997. La manifestazione RoboCup97 si sarebbe dunque svolta in concomitanza con la conferenza sull'intelligenza artificiale e la robotica, la quale avrebbe ospitato in apposite sessioni i lavori di ricerca dei partecipanti. I due anni di tempo sarebbero serviti per la ricerca di base e per la costruzione e la messa a punto dei robot concorrenti, oltre che per l'ottenimento dei fondi necessari.

Alla RoboCup97 di Nagoya parteciparono una quarantina di squadre: 32 simulatori, quattro Small Size e cinque Middle Size. Gli spettatori furono oltre cinquemila, e la risonanza internazionale dell'evento fu enorme presso tutti gli "addetti ai lavori", ossia i ricercatori di robotica e di intelligenza artificiale. Al successivo campionato RoboCup98, tenutosi a Parigi, parteciparono un centinaio di squadre e si delinearono in maniera più formale le "categorie" nelle quali suddividere i giocatori per omogeneità. Da allora in poi l'evento RoboCup si è svolto ogni anno in una nazione diversa, generalmente ospitato nell'ambito di una grande conferenza sulla robotica e l'intelligenza artificiale nella quale la comunità scientifica internazionale fa il punto sullo "stato dell'arte" dell'intelligenza dei robot e dei progressi svolti verso il raggiungimento dell'obiettivo dell'iniziativa.

Le sfide del calcio robotico

Attualmente la RoboCup Federation, che ha sede a Ginevra, coordina gli sforzi di ricerca di circa quattromila ricercatori situati in quaranta Paesi. L'ultimo campionato, svoltosi ad Osaka nel 2005, ha visto la partecipazione di oltre duecentomila spettatori.

Il regolamento vigente del campionato RoboCup prevede le seguenti categorie di giocatori:

Oltre a queste esistono inoltre diverse altre categorie speciali, quali i "simulatori" ed i "commentatori", che tuttavia non effettuano gioco attivo ma sono finalizzate a realizzare funzionalità differenti (quali, ad esempio, quella di produrre la "telecronaca automatica" di un incontro).

È interessante notare che una categoria è esplicitamente dedicata al robot Sony Aibo, il "cagnolino artificiale" del quale abbiamo parlato nella nostra precedente puntata. In questo caso la disponibilità di un robot standard, dotato di un completo insieme di sensori e già perfettamente funzionante, consente ai ricercatori di concentrarsi sul solo sviluppo delle funzioni cognitive legate al gioco del calcio senza dover risolvere da zero spinosi problemi collaterali quali quelli legati al movimento. Purtroppo proprio recentemente la Sony, a seguito di una riorganizzazione delle proprie linee di business, ha ufficialmente decretato la fine della linea di prodotti Aibo. La produzione cesserà infatti a marzo 2006, quando verrà rilasciata l'ultima versione del software di "intelligenza artificiale" del robot. I prodotti Aibo, a seconda dei modelli, rimarranno supportati dal costruttore sino al più a marzo del 2013, ma nel frattempo non verranno sviluppati nuovi modelli né prodotte nuove versioni del software. Ciò potrà avere importanti anche se non immediate ripercussioni sui prossimi tornei RoboCup, i quali dovranno eventualmente fare a meno di questa utile ed importante "piattaforma standard" di sviluppo e prova.

Da notare anche che la categoria "umanoidi" esiste solo dal torneo di Osaka del 2005: prima di questa data, infatti, le difficoltà tecniche insite nella realizzazione di robot antropomorfi erano tali da suggerire che i primi campionati si disputassero solo tra giocatori semoventi di aspetto non umano, tipicamente basati su ruote.

È chiaro che l'obiettivo di produrre un "calciatore artificiale" di tipo generale è immensamente più complesso rispetto a quello di produrre un "semplice" giocatore di scacchi. Un robot semovente si trova infatti a dover compiere un'infinità di scelte che non riguardano solo le questioni strategiche relative all'andamento di gioco, ma sono anche relative al suo comportamento fisico. Tanto per cominciare, non è affatto facile realizzare un androide in grado anche solo di correre su due gambe dietro ad una palla in movimento senza cadere! A questo proposito è interessante notare che le regole della categoria "umanoidi" stabiliscono rigorosamente che se un giocatore cade debba rialzarsi da solo, senza ricorrere ad aiuti esterni!

Ma anche le questioni puramente cognitive strettamente legate al gioco offrono sfide tecnologiche dalla spaventosa complessità, che negli scacchi non sono affatto presenti. Innanzitutto il "fattore ambientale" negli scacchi è statico mentre nel calcio è fortemente dinamico: il robot deve quindi riuscire a dominare non solo la posizione della palla ma anche quella degli altri giocatori, alleati o avversari, e regolare dinamicamente le proprie azioni in conseguenza della mutevole situazione circostante. In secondo luogo i "cambiamenti di stato" negli scacchi avvengono a turni, ossia mediante mosse che si succedono nel tempo con regolarità prestabilita ed a intervalli discreti, mentre nel calcio tutto si svolge contemporaneamente in tempo reale e non vi è un avvicendamento prefissato di ruoli o azioni fra una squadra e l'altra. Poi la "rappresentazione del campo di gioco" negli scacchi è fortemente simbolica mentre nel calcio non lo è affatto, per cui il robot deve attivamente e continuamente ricorrere a sofisticate tecniche di visione artificiale e di telemetria solo per poter rendersi conto dello stato attuale del gioco e della propria posizione rispetto al campo ed agli altri giocatori. Infine il "controllo del gioco" negli scacchi è centralizzato mentre nel calcio è distribuito, e quindi ogni robot non può limitarsi ad agire come se fosse solo ma deve tener conto anche del "gioco di squadra" attuato sia dalla propria formazione che da quella avversaria.

Inoltre azioni che a noi umani sembrano ovvie e banali non lo sono affatto se chi le deve svolgere è un robot: ad esempio la "semplice" decisione se intercettare o no la palla in movimento dipende da fattori che per una macchina possono essere complessi da determinare, quali la "pericolosità" della traiettoria ("Va esattamente verso la mia porta?") oppure la provenienza del tiro ("La palla è stata lanciata da un mio compagno o da un avversario?"). Pensiamo poi alla realizzazione dei diversi "ruoli" del gioco, ed alle incredibili specializzazioni sia cognitive che attuative ad essi sottese: il comportamento che caratterizza un attaccante è ovviamente del tutto diverso da quello di un difensore, per non parlare di quello di un portiere! A tale proposito va sottolineato che le regole stabiliscono che i giocatori, pur potendo eventualmente comunicare tra di loro, non possono in alcun modo ricevere comunicazioni, informazioni o istruzioni dall'esterno: ogni loro decisione deve dunque essere frutto di una elaborazione totalmente autonoma della situazione di gioco.

Tutte queste difficoltà rendono la sfida di RoboCup estremamente interessante ed avvincente. Lo spazio per l'innovazione è enorme, e tutti i team partecipanti affrontano l'impegno con incredibile motivazione. Ed è incredibile, addirittura emozionante, osservare i filmati delle partite disputate negli ultimi campionati: anche se in modo ancora rozzo e impreciso, purtuttavia questi improbabili robottini, che sembrano usciti più da un incubo di Archimede Pitagorico che da un laboratorio di ricerca universitario, "giocano" in ogni ragionevole senso del termine, dimostrando conoscenza delle regole e consapevolezza della situazione. Certo siamo ancora lontanissimi dal pensare di farli competere contro giocatori umani, ma da qui al 2050 c'è ancora tanto tempo per migliorare…

Per la cronaca l'edizione 2006 del Torneo si svolgerà a Brema, in Germania, dal 14 al 20 giugno. E mi sembra importante notare che al calendario degli incontri si affiancherà la prima edizione del "Simposio Internazionale su Musica, Arte e Robotica", un interessantissimo evento scientifico multidisciplinare nel quale i più grandi esperti mondiali tenteranno di fare il punto sui rapporti tra robotica e attività creative.

Il robot sta trasformandosi dunque da oggetto di gioco in soggetto di gioco? È forse presto per dirlo, ma più di un indizio sembrerebbe suggerire questa tesi. Anche perché, per un costruttore che abbandona la scena, ce n'è un altro che vi entra prepotentemente. Ma di Honda, e del suo incredibile robot antropomorfo Asimo, parleremo magari un'altra volta…

Saggio pubblicato su Tangram, rivista di cultura ludica, anno V n° 13 (marzo 2006)
Copyright © 2006, Corrado Giustozzi. Tutti i diritti riservati.

Ultima modifica: 10 gennaio 2011
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