Künstliche Intelligenz «KI» - Was verbirgt sich dahinter? – Wo steht die Entwicklung?

Ein kurzer Überblick

Einleitung

Im letzten Jahr hat sich der Begriff aus dem Dunst der Wissenschaft zu einem Diskussions-Thema in der allgemeinen Öffentlichkeit verschoben und nun, wie so oft, zu unterschiedlichen Meinungen geführt zwischen dem Teil der Bevölkerung, der in der Technologie und Wissenschaft eher etwas Positives und Chancen sieht, und einem anderen Teil, der eher die Risiken sieht.

Zu diesem Thema entwickelt sich in der Wissenschaft ein Kampf über die Bedeutungshoheit zwischen den Geisteswissenschaften und den Naturwissenschaften. Die Geisteswissenschaftler sahen sich bisher als über allen anderen stehend und beanspruchten die Hoheit über das Beschäftigen mit dem Denken, Handeln und den Hervorbringungen der Menschen in ihrer ganzen Vielfalt. Die Naturwissenschaften sollen sich mit dem Rest der Schöpfung befassen. Seit über 2000 Jahren wird in der Philosophie über die Stellung des Menschen im Universum diskutiert, werden Hypothesen aufgestellt, verändert, wieder verworfen, wieder neu aktiviert, … . Es war kein Druck da, um zu verbindlichen Schlüssen zu kommen.

Die Naturwissenschaften verstehen inzwischen viel über die Funktionen des menschlichen Körpers. Schrittweise nähern sich die Naturwissenschaften nun im Detail der Funktion des Gehirns und der Strukturen des Denkens an. Die beiden Wissenschaftsbereiche beginnen sich zu überschneiden. Die Geisteswissenschaftler tun sich schwer zu akzeptieren, dass jemand in ihrem Bereich mitreden will bzw. kann. Die Medizin und Informationswissenschaften verstehen schon gut, wie die Denkabläufe und die Wissensspeicherung im menschlichen Gehirn vor sich gehen, nämlich in neuronalen Netzwerken. Die Ingenieur-, Mathematik und Softwarewissenschaften beginnen, mit ihren Bausteinen das menschliche Gehirn «nachzubauen». Sie erwarten eine Diskussion mit den Geisteswissenschaften und kurzfristige Empfehlungen bezüglich Grenzen und der Ausgestaltung ihrer neuen Möglichkeiten, mindestens auf Augenhöhe – soll man den Menschen nur «reparieren», soll man ihn «verbessern»?

Dies ist ein Schock oder jedenfalls eine grosse Herausforderung für die Philosophien, denn bis heute standen sie nie unter Zeitdruck. Sie hatten Ruhe im Elfenbeinturm. Die KI-Entwicklung ist dabei, die Geisteswissenschaft links oder rechts zu überholen. Es stehen viele Fragen an, was darf bzw. soll man mit all den neuen Fähigkeiten tun? Wissenschaftler und deren Investoren erwarten schnelle antworten, sie sind gewohnt ergebnisorientiert und unter Zeitdruck zu arbeiten und Ziele zu erreichen!

Quellen

Die folgenden kürzlich gelesenen Bücher liegen auf meinem Schreibtisch und haben mich zu diesem Aufsatz angeregt, daneben habe ich wie immer in diverse Fachartikel hineingeschaut.

• «Leben 3.0 von Max Tegmark» - KI unter vielen Betrachtungsrichtungen
• «Künstliche Intelligenz» von Manuela Lenzen - KI unter vielen Betrachtungsrichtungen
• «Smarte Maschinen» von Ulrich Eberl - KI unter vielen Betrachtungsrichtungen
• «Zukunfts-Medizin» von Thomas Schulz - KI und Gentechnologie in der Medizin
• «Das Zeitalter des Überwachungskapitalismus» von Shoshana Zuboff - Breitseite gegen Google, Microsoft, Facebook, Amazon, … .
• «Quantenwirtschaft; Was kommt nach der Digitalisierung?» Von Anders Indset - Wirtschaftsphilosophie

Was ist KI?

Der Fakt, dass es keine allgemein gültige Definition für KI gibt, unterstützt die oft polarisierenden und chaotischen Diskussionen. Die einen sind dafür, die anderen dagegen ohne eigentlich zu wissen über was man in diesem konkreten Falle spricht. Eine Definition von KI wird schon erschwert, weil es auch keine einheitliche Definition für Intelligenz gibt.

Intelligenz

Es gibt keine allgemeingültige Definition.
Ich bleibe bei einer einfachen Definition: Intelligenz ist die Fähigkeit abstrakt und vernünftig zu denken und daraus zweckmässiges Handeln abzuleiten.

Um den Status Intelligenz weiter zu analysieren und zu diskutieren, kann die Aufteilung in die folgende Teilbereiche hilfreich sein:

* Dahinter steckt die Frage, was ist das menschliche Bewusstsein? Und wenn wir es verstehen würden, kann man dafür auch künstliche Prozesse, Algorithmen generieren? Ob dies möglich wird, ist zurzeit bezüglich der allgemeinen künstlichen Intelligenz «AKI» der grösste Streitpunkt!

Künstliche Intelligenz «KI»

Von künstlicher Intelligenz spricht man, wenn eine Maschine hauptsächlich im kognitiven Bereich (denken und lernen) gleich gut oder besser ist als ein Mensch. Ein wesentliches Merkmal ist auch, dass sich die Programme/Algorithmen selbständig aufgrund von negativen und positiven Rückmeldungen automatisch verbessern.

• Von schwacher oder spezieller KI, auch Nutzbringende KI «Beneficial KI oder BKI»
  spricht man, wenn eine Maschine im kognitiven Bereich auf einem Spezialgebiet gleich oder besser ist als ein Mensch.
• Von starke- oder allgemeiner KI «AKI»
  spricht man, wenn eine Maschine im kognitiven Bereich in einem breiten Bereich gleich oder besser ist als ein Mensch.
• Von KI Singularity spricht man bei künstlicher Intelligenz, wenn die Maschine in definierten Bereichen gleich gut oder besser ist als ein Mensch. Einige einfache Beispiele sind bekannte Spielprogramme. Man hat einem Computer nur die Schachregeln, die Spielregeln für GO oder die Poker-Regeln gelehrt und dann dem Rechner den Auftrag gegeben, für sich selbst Spielstrategien zu entwickeln. Die Maschinen haben innert Stunden millionenfach Spiele gegen sich selbst gespielt. Dabei haben sie so viel gelernt, dass die jeweiligen Weltklassenspieler chancenlos sind. Die Computer haben für die Spezialisten unerwartete Lösungen gefunden und sehr erfolgreich gespielt.
• Turingtest: 1950 definierte Alan Turing seinen Test, der als «Turing» Test bezeichnet wird.
  Eine Person stellt einem unsichtbaren Experten und einem unsichtbaren Computer schriftlich oder mündlich die gleichen Fragen und der Spezialist und der Computer antworten ihm. Wenn der Fragende nicht mehr feststellen kann, wer der Mensch und wer der Computer ist, hat der Computer die Schwelle der BKI «Beneficial KI» überschritten.
  Einige Sprachübersetzungsprogramme haben, unter anderen, diese Stufe erreicht.

Bei der Beurteilung «Was kann KI» hängt es stark von der persönlichen Erwartungshaltung ab, was ich von KI erwarte oder ob ich die innere Haltung habe: Es darf nicht geben was es nicht geben darf, mit dem Thema beschäftige ich mich nicht! Dies entspricht der Vogelstraussmethode, Kopf in den Sand und warten was noch kommt.

Vielleicht hilft das folgende Bild «Landschaft menschlicher Kompetenz» zum besseren Verständnis. KI beherrscht schon die tiefen Lagen in dieser KI-Landschaft und ist zurzeit dabei, die mittleren Höhenlagen zu erlangen. Ich bin überzeugt, dass ein Vorstoss in höhere Lagen nur eine Frage der Zeit ist.

KI kann auch wie folgt strukturiert werden:

Vertieftes Lernen und maschinelles Lernen
Im nächsten Bild werden die Teilgebiete «vertieftes Lernen» und «maschinelles Lernen» hervorgehoben. Dies sind die Bereiche in denen heute viel geforscht, entwickelt und mehr und mehr angewendet wird.

Die Methode des Deep learning/tiefes Lernen ist die Basis der KI Spielprogrammen wie Schach, GO, Poker, usw.. Der Rechner bekommt die Spielregeln vorgegeben und entwickelt seine eigene Strategie. Er übt selbst und lernt dabei indem er z.B millionenfach gegen sich selbst oder andere spielt und aufgrund der Rückmeldungen erfolgreiche oder nicht erfolgreich Aktionen auswertet und sich selbstständig verbessert.

Bei der Methode maschinelles Lernen werden Regeln aus grossen Datenmengen generiert und laufend weiter optimiert. Dies ist heute eine oft verwendete Methode. Darin sind im Westen die Firmen, die viele Daten besitzen dominant, Google, Facebook, Microsoft, Apple, Amazon und ihre chinesischen Konkurrenten Baidu, Alibaba und Tencent, die «BAT» Konzerne. Diese Firmen leiten aus ihren Kundendaten statistische Verhaltenstendenzen für bestimmte Gruppen ab und entwickeln Strategien, wie das individuelle Verhalten vorhergesehen, beeinflusst und/oder schlussendlich geändert werden kann.
Als Basis dienen neuronale Netzwerke, die dem Denkprozess in unserem Gehirn nachgebildet sind.
 
Nur ein paar wenige Beispiele, in denen maschinelles Lernen schon genutzt wird:

• Übersetzungsprogramme, wie Google Translate. Auf der Basis von Korrekturen der Nutzer wird das Programm automatisch verbessert.
• Medizinische Anwendungen, mit jeder Diagnose richtig oder falsch lernt das Programm selbständig. Bei der Diagnose von Krebs sind Computerprogramme schon besser als Fachärzte.
• Verkettetes lernen von vielen Robotern. Was ein Roboter gelernt hat gibt er auch seinen «Roboterkollegen» weiter.
• Usw.

Teilgebiete

Nachfolgend ein paar Bemerkungen zu Teilgebieten, in denen vermehrt KI Algorithmen eingesetzt werden. Die Anwendungsgebiete sind heute so umfangreich, dass es schon sehr viele Bücher und Fachartikel zu diesem Thema gibt, auch sehr spezialisierte. Einige wenige stehen auch in meiner Bibliothek, andere stehen noch auf der potenziellen Kaufliste (siehe Aufzählung).

Ansatzpunkt Bosch
Regelmässig verfolge ich auch die Arbeitsgebiete meines letzten Arbeitsgebers, die Firma Bosch. KI und deren Anwendungen ist eine Kernstrategie in allen ihren Geschäftsfeldern. Ich starte mit meiner Betrachtung deshalb hier. Die Abteilung, die die Grundlagen für KI Anwendungen erarbeitet, hat Ende 2018 ca. 200 Mitarbeiter und soll 2022 schon auf mehrere Tausend Spezialisten angewachsen sein. Ihr Budget beträgt für diesen Zeitraum 300 Mio. EUR. 

Im gesamten Entwicklungsbereich des Konzerns arbeiten inzwischen bald 70’000 Entwickler, davon 1900 in der Vorausentwicklung an 12 Standorten in 8 Ländern. Sie erarbeiten zusammen mit Universitäten die Grundlagen für neue Produkte. Erfolgversprechende Ansätze werden an die Entwicklungen (130 Standorte weltweit) in den zuständigen Produktegruppen weitergeben.

Bei den Konkurrenten von Bosch werden natürlich ähnliche Aufwendungen für die Forschung betrieben. Das heisst weltweit werden pro Jahr Milliarden in KI investiert. Zehntausende von Wissenschaftlern arbeiten nur an den Grundlagen von KI an Universitäten, Forschungs- Institutionen und Firmen. Auf deren Erkenntnissen entwickeln Hunderttausende von Ingenieuren Anwendungen in vielen Bereichen des täglichen Lebens. Kürzlich habe ich bezüglich KI-Forschungsinvestitionen in den folgenden Institutionen die folgenden Summen gelesen: Microsoft, Google, Facebook und Co. über 10 Mia. US$ pro Jahr, US Verteidigungsdepartement 1 Mia. US$, etc..

Bosch arbeitet daran, in den folgenden Bereichen KI Algorithmen zu integrieren:

• Industrie 4.0: Der deutsche Begriff für die flexible und hochautomatisierte Produktion
• Smart Home: KI in Haushaltgeräten, Heizungen, Energieversorgung, Sicherheitssystemen in Haus und Wohnung
• Smart City: Steuerung- und Überwachung des öffentlichen Raumes, der Energieverteilung, …
• Roboter: Einfache und komplexe Roboter in diversen Anwendungen, die aufgrund von Erfahrungen immer weiter selbständig dazulernen.
• Autonomes Fahren (Autos, Lastwagen, Busse) ein Stammbereich bei Bosch indem ich schnuppern durfte.
  Hier einige Bemerkungen dazu:
  Allgemein stuft man die Autonomie eines Strassenfahrzeuges zurzeit in 5 Stufen ein, siehe das Dokument des ADAC: 
  www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/autonomes-fahren/grundlagen/autonomes-fahren-5-stufen/

1. Fahrerassistenzsystem – Fahrer muss bereit sein sofort einzugreifen.
2. Teilautomatisches fahren – Fahrer muss bereit sein sofort zu übernehmen
3. Bedingt automatisches fahren – Fahrer darf etwas anderes machen, muss aber bereit sein, bei Aufforderung durch das Fahrzeug sofort zu übernehmen.
4. Hochautomatisches Fahren – Auf definierten Strecken (z.B. Autobahnabschnitt, Parkhaus, etc.) muss sich der Fahrer nicht um das Fahrzeug kümmern, das Fahrzeug kann auf der definierten Strecke auch ohne Fahrer unterwegs sein.
5. Vollautomatisiertes Fahren – Es gibt keinen Fahrer, nur noch Passagiere. Das Fahrzeug handelt in allen Situationen selbstständig.

Aktueller Stand
Stufe 1: Gehört bei Neufahrzeugen bald zum Standard

Stufe 2: Mehr und mehr in Luxusfahrzeugen vorhanden

Stufe 3: Testfahrzeuge für öffentlichen Verkehr in verschiedenen Ländern freigegeben

Stufe 4: Testfahrzeuge auf Testgeländen und unter Aufsicht teilweise auf bestimmten Strassen und Verkehrsflächen zugelassen.
Bosch/Daimler hat im Sept. 2019 die Bewilligung bekommen in einigen deutschen Parkhäusern Fahrzeuge auf Stufe 4 automatisch fahren zu lassen

Stufe 5: Entwicklungsstatus. Liegt noch in der Zukunft

KI wird ab Stufe 4 vermehrt von Bedeutung sein. Die Systeme sollen selbstständig lernen, die Programme optimieren und laufend die Erfahrungen seinen «Kollegen – Autopiloten» unmittelbar weitergeben. Alle gleichen Fahrzeuge auf der Welt sollten den gleichen Stand haben. Eine Ethikkommission «Autonomes Fahren» arbeitet in Deutschland an entsprechenden Richtlinien.

Medizin und Gesundheitstechnik

KI im Gesundheitsbereich ist ein grosses Anwendungsgebiet, das noch viel Diskussionen hervorrufen wird.

Die grossen Datenmengen von Millionen von Personen und die individuellen Daten des Patienten sowie alle Analysenergebnisse werden immer mehr digital und personalisiert erfasst. Das heisst, es entsteht eine digitale Medizin. Die grossen Datenmengen können nur mit Algorithmen der KI analysiert und bearbeitet werden. Auf dieser Basis kann die Therapie für jede Person gezielt optimal festgelegt werden. Deep Learning wird in der Medizin mehr und mehr eingesetzt. Da zurzeit Google, Microsoft und Co. die grösste Erfahrung im Deep Learning haben, drängen sie auch in den Gesundheitsbereich vor und investieren Milliarden in die Forschung. Die Medizin und die moderne Datenverarbeitung wachsen zusammen.
Eine kurze Aufzählung einiger möglicher Anwendungsgebiete.

1. Diagnostische Methoden
   Ein Arzt oder auch ein Ärzteteam verfügt über ein beschränktes Wissen und lediglich persönliche Erfahrungen, die zudem schnell veralten. Heute werden grosse Datenbanken angelegt über Krankenschichten und Basisdaten der Patienten, inklusive DNA.  So entsteht quasi der Superarzt, der Millionen von Fällen kennt und vergleichen kann. Auf Grund der laufend verbesserten Daten kann der Computer basierend auf AI Algorithmen bessere Diagnosen stellen. Teilweise können rechnergestützte Tumordiagnosen-Programme in mehreren Bereichen schon heute treffsicherer Diagnosen stellen als ein spezialisiertes Ärzteteam (z.B. Hautkrebs).
2. Diagnose von genetischen Risiken können lange vor Ausbruch einer Erkrankung erstellt werden. Dazu werden auf der Basis aller vorhandenen Daten (auch Daten aus Smartphones, Gesundheitsbändern, etc.) eine Kartographie der individuellen Gesundheitsentwicklung erstellt.
3. KI Algorithmen können die riesigen Datenbanken (Patientendaten) nach neuen Zusammenhängen durchkämmen und daraus neue Therapiemöglichkeiten erkennen.
4. Entwicklung neuer Medikamente bzw. Wirkungsbereiche von Medikamenten können unterstützt werden.
5. Datenschutz wird zu einer grossen Herausforderung. Für den Einsatz von AI in der Medizin sind grosse persönliche Datenmengen erforderlich. Wer umfangreich davon profitieren will muss bereit sein, seine Daten beizusteuern. Diese gegen Missbrauch zu schützen wird eine grosse Aufgabe sein. Die verfügbaren Daten lassen auch Schlüsse auf zukünftige Krankheiten ziehen. Das kann einerseits für die betroffene Person belastend sein, anderseits kann auch früher mit vorbeugenden Therapien gestartet werden.
6. Die Kombination von KI, Nanotechnologie (1 Milliardstel mm) und Biotechnologie öffnet ganz neue Bereiche für die Therapie, die Verbesserung, die Veränderung bzw. Manipulation des menschlichen Körpers. Die Medizin steht vor einem neuen Umbruch.

 
Militärische Anwendungen

Ein weiterer grosser Bereich ist der militärische Einsatz bei Land-, See-, Luft- und Weltraumstreitkräften.

KI wird in vielen Bereichen von vielen Armeen eingesetzt. Die USA, England, Russland und China sind wahrscheinlich die führenden Nationen. KI-Anwendungen im militärischen Bereich können wie folgt strukturiert werden:

• Autonomer Einsatz von Waffensystemen wie Drohnen und Drohnenschwärme, die ohne Verbindung zur Heimbasis unabhängig Aufträge erfüllen. Es gibt KI-Programme, die Kampfpiloten im Luftkampf schlagen können. Hier stellt sich die ethische Frage, wie weit lässt man solche Systeme zu, die nicht mehr einer menschlichen Kontrolle unterstehen.
• Automatische Datenanalysen und Auswertungen.
• KI-erstellte Kampfpläne und Befehle. KI-Systeme können viel schneller aus den vielen Daten Kampfstrategien und -Pläne erstellen und laufend die notwendigen Handlungsanweisungen geben. Programme, die für Spiele wie «GO», «StarCraftII» und weitere entwickelt wurden, haben gezeigt, dass auch nichtbekannte Strategien des Gegners in die eigene Lösung eingebaut werden.

 
Auch in vielen anderen Bereichen wird KI mehr und mehr eingesetzt

• Rechtsprechung
• Ausbildung
• Finanzwesen und Versicherungswesen, wie z.B. Anlagestrategien
• Energie, z.B. Stromnetzmanagement
• Kommunikation und Information
• Logistik und Retail
• Ingenieurwesen und Entwicklungsbereiche
• Journalismus und Schriftstellerei
  Siehe:   www.nzz.ch/feuilleton/maschine-und-mensch-ein-algorithmus-revolutioniert-die-literatur-ld.1506743?mktcid=nled&mktcval=107_2019-09-19&kid=nl107_2019-9-18

 
China News am 18.9.2019

Beim durchstöbern von chinesischen Zeitungen am 18. September 2019 sind mir die folgenden drei Artikel aufgefallen, die mit KI und 5G zusammenhängen. Ähnliche erscheinen täglich in den chinesischen Medien.

1. Busse wie Taxi
   Shanghai führt Stadtbusse ein, die keine festen Routen haben, sondern die Routen werden laufend individuell festgelegt. Der Kunde gibt über eine App ein, wann er von wo nach wohin fahren will. All die Anforderungen werden laufend von einem Rechner mit Unterstützung von KI-Algorithmen und unter Berücksichtigung der aktuellen Verkehrssituation berechnet. Auf der Basis dieser Informationen wird die individualisierte Route für jeden Bus laufend festgelegt. Die Buse haben 40 Plätze und das Belegungssystem plant eine Auslastung von 80%
2. Fahrerlose Lastwagen in Shanghai
   Für den Containertransport vom Yangshan Tiefseehafen zum 33 km entfernten Zollfreilager verkehren seit anfangs September 2019 einige fahrerlose Lastwagen. Die Verbindungen basieren auf einem 5G Netz und die Optimierung erfolgt über KI-Algorithmen.
3. Autonomes Fahren in Shanghai
   Shanghai hat das Strassennetz im Stadtteil Jiading, das für autonomes Fahren freigegeben ist, von 11 km auf 54 km erweitert. Shanghai hat auch festgelegt, dass Fahrzeuge, die für autonomes Fahren freigegeben sind, spezielle Autonummern erhalten.

 
Zusammenfassung

In fast allen Lebensbereichen gibt es umfangreiche Ansätze, in denen die Algorithmen von KI angewendet werden, und noch viele mehr sind in unterschiedlichen Entwicklungsstufen. Jeder der sich interessiert wird Literatur für die diversen Fachgebiete (auch sein persönliches Interessengebiet) finden. Eine sehr grosse Akzeptanzschwelle entsteht in den Situationen, in denen ein KI-System Vorschläge macht, die nicht von entsprechenden Fachleuten erklärt werden können. Zum Beispiel wenn medizinische KI-Systeme Behandlungsvorschläge macht, die von Ärzten nicht verstanden werden, aber wirkungsvoller sind, als die eigenen Vorschläge von Ärzten! Die Algorithmen in KI-Systemen können zu Resultaten führen, die nicht mehr rückverfolgt werden können, weil der Rechner riesige Datenmengen benutzt und Millionen von Abstimmungen durchgeführt hat.

Nach meinem Verständnis ist das Allgemeinwissen über all die Entwicklungen, trotz der ausgelösten Diskussion, noch schwach und wie schon erwähnt - viele wollen es auch nicht wahrhaben, bis es plötzlich da ist. Die Schwelle, sich damit auseinander zu setzen, ist so hoch, weil KI unser Leben schon wieder stark verändern wird.

Meine Empfehlung: Die Entwicklung aktiv verfolgen und sich rechtzeitig damit auseinandersetzen!

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