Jährlich werden Millionen von Dollar, Euro, Yen und anderen Währungen für den Kampf gegen das Rauchen verpulvert. Riesige Ausgaben bei leider bescheidenen Erfolgen. Für die KI-Forschung lässt sich das gleiche behaupten. Ein solches Missverhältnis hat natürlich seine Ursachen. Betrachten wir die Probleme der "Künstlichen Intelligenz" etwas näher.
In (8) wird Intelligenz folgendermaßen definiert:
Um Missverständnisse zu vermeiden, soll bis auf weiteres gelten: Begreifen, Behalten und Merken sind Grundlagen für Intelligenz und Kreativität. Das oben definierte Problemlösen ist für mich die eigentliche Intelligenz, welche auf konvergentem Denken beruht. Der Begriff Kreativität gilt weiter in der oben definierten Form und beruht auf dem divergentem Denken.
Grundsätzlich lassen sich menschliche Denkvorgänge dem konvergentem bzw. dem divergentem Denken zuordnen. Ein weit verbreiteter Test zur Bestimmung der Denkmuster, ist die Frage nach den Verwendungsmöglichkeiten einer Büroklammer. Stark konvergente Denker klammern sich an eine Büroklammer und schlagen kaum neue Verwendungsmöglichkeiten vor. Meistens handelt es sich um eine Art Anklammern. Stark divergente Denker erfreuen sich sofort an dem Gedanken, mit mehreren Büroklammern die ungewöhnlichsten Dinge erschaffen zu können. Die Anzahl ist jedoch nicht so entscheidend. Vielmehr geht es um unterschiedliche Arten von Kombinationen zwischen Dingen und Wirkungen. Wir kommen darauf noch zurück. Die bisherigen Versuche, menschliches Denken zu simulieren, basieren ausschließlich auf dem konvergenten Denken. Da nach wie vor nicht genau bekannt ist, wie das konvergente Denken funktioniert, sind die Schwierigkeiten bei seinen Modellierung erheblich. Betrachten wir erst einmal ein Beispiel für konvergentes Denken, die Übersetzung eines beliebigen Textes in eine andere Sprache. Gewisse Erfolge bei der Übersetzung von Fachtexten sind unerheblich. Die Übersetzung von Standardformulierungen ist weniger eine Frage der Intelligenz, als vielmehr eine Frage der Speichergröße. Wie sagte doch mein Dozent: "verstehen heißt wiedererkennen". Da wir schon einmal in den Erinnerungen kramen, ein weiteres Beispiel: Das schwierigste sprachliche Problem während meines langjährigen Auslandsstudiums an der Schule Professor Polovinkins, war weniger der Unterricht, als vielmehr die Umstellung von "Kugeln" auf "Gramm" in der Eisdiele.
Stark divergentes Denken treffen wir vor allem bei Kindern und hoch kreativen Menschen an. Bedingt durch die Umwelt gewinnt das konvergente Denken im Laufe der Zeit die Oberhand und verhindert so neue Ideen. Natürlich lässt sich dieser Prozess auch umkehren. Doch kommen wir erst einmal zu einem Beispiel für divergentes Denken. Glasampullen mit wärmeempfindlichem Serum werden durch Gasbrenner zugeschmolzen. Wenn die Flamme sehr heiß ist geht das Zuschmelzen schnell, aber das Serum kann verderben. Ist die Flamme schwach, dauert das Zuschmelzen lange oder es bleiben kleine Kapillaren im Glas übrig. Wie würden Sie dieses Problem lösen? Überlegen Sie doch mal! Der konvergente Denker schlägt meistens vor, zu testen ob die Ampullen hermetisch verschlossen sind. Bei einiger Intelligenz kommt man auch auf die Idee, experimentell solche Temperaturen zu finden, bei denen die Verluste am geringsten sind. Charakteristisch ist dabei das Festhalten an einer schwachen Flamme. Natürlich können konvergente Denker auch einmal eine gute Idee haben. Divergente Denker versuchen verstärkt, das eigentliche Problem zu lösen. Dieses besteht nicht in der heißen Flamme, sondern in der Wärmeempfindlichkeit des Serums. Aber ich will nicht zu viel verraten. Scheinbar ist es schwerer, divergentes Denken zu simulieren. Dies ist jedoch ein Trugschluss. Durch langjährige Forschungen ist es gelungen, große Teile des divergenten Denkens zu algorithmieren. Die konkrete Realisierung erfolgt in Form des Computer aided inventing.
Der hier dargelegte Stand des Computer-aided-inventing basiert auf den Arbeiten zweier sich bekämpfender Schulen. Die Symbolfigur der aus meiner Sicht bedeutendsten Schule ist Professor Altschuller. Als junger Ingenieur und Erfinder begann er um 1946 sich mit der Algorithmierung des divergenten Denkens zu befassen. Im Gegensatz zu den meisten anderen Fachleuten, war er zu dieser Zeit bereits ein erfolgreicher Erfinder. Anfang der sechziger Jahre verfügte er über folgende methodische Werkzeuge:
In seinen modernen Versionen dient der ARIS nur noch zur Lösung noch nicht durch die Anwendung von Standards zu lösenden Problemen. Da er in hohem Maße universell ist, an dieser Stelle kein Beispiel, sondern nur einige kurze Ausschnitte: (stark vereinfacht laut 5)
Ideale Maschine : Die vollkommene, d.h. "ideale Maschine" wiegt überhaupt nichts, beansprucht keinen Raum, verbraucht keine Energie, erzeugt keine Abfälle und leistet trotzdem die Arbeit, um derentwillen sie geschaffen wurde. Dabei arbeitet die ideale Maschine ohne Unterbrechungen und Stillstandszeiten. (1)
administrative Widersprüche : Dieser Widerspruch liegt an der Oberfläche jeder Erfindungsaufgabe. Man muss etwas tun und weiß nicht wie. Für konvergente Denker ist dies eine fast unüberwindliche Hürde.
technische Widersprüche : Jedem administrativen Widerspruch liegen letztendlich technische Widersprüche zugrunde. Wenn ein Teil des technischen Systems mit herkömmlichen Mitteln verbessert wird, dann verschlechtert sich automatisch ein anderer Teil. Der Konstrukteur löst diesen Widerspruch normalerweise nicht auf, sondern schließt einen Kompromiss. Gelöst wird der Widerspruch nur durch eine Erfindung.
Verfahrensprinzipien : Es handelt sich dabei um Lösungsverfahren für die 1482 bisher bekannten und theoretisch möglichen Widersprüche. Sie wurden durch die Analyse führender Patentschriften gewonnen. Besonders effektiv sind Kombinationen mehrerer Verfahrensprinzipien. Obwohl diese Methode nicht unumstritten ist, zeigt sie meist die ungefähre Lösungsrichtung auf.
Beispiel: Ein Frachtschiff ist in gleichartige Sektionen unterteilt. Je nach Bedarf kann das Schiff länger oder kürzer gemacht werden. (Schubschiff)
...Lösungstabellen : Diese geben Auskunft, welche Verfahrensprinzipien zur Lösung eines konkreten Widerspruchs verwendet werden müssen.
Beispiel: Grubenbahn - diese ist zu leicht, um schwere Wagen zu ziehen. Die Räder drehen leicht durch. Die Lok muss aber leicht sein, um sie in immer größere Tiefen zu transportieren.
Technischer Widerspruch : Masse des beweglichen Objekts <--> Kraft (Übertragung)
In den sechziger Jahren begann Professor Altschuller seine Methodik auf Großrechner zu übertragen. Dieser Versuch schlug fehl, da die Programme selber keine Probleme lösen konnten und die Erfinder keinen Zugriff auf Großrechner hatten.
Durch die Gründung von zwei eigenen Universitäten mit Filialen im militärisch industriellen Komplex erzielte er einen Durchbruch in der Anwendung seiner Theorie. Er wurde jedoch kaum von staatlichen Stellen gefördert. Seine Hauptstützen waren der Verband der Erfinder und die Ingenieurvereinigung. Dieses gewaltige Netz ermöglicht es der Altschullerschen Schule, die wichtigsten Entwicklungen auf faktisch allen Fachgebieten zu überwachen und methodologisch aufbereitet der Forschung zur Verfügung zu stellen.
Große Bedeutung bei seinem Vordringen in sicherheitsrelevante Bereiche hatte seine Stoff-Feld-Theorie. Sie ermöglicht es, über Lösungswege zu diskutieren, ohne das eigentliche Problem zu kennen.
Seit dieser Zeit wurde die Methodik ergänzt um die Werkzeuge:TRIZ : die "Theorie zur Lösung von Erfindungsaufgaben"
Beispiel: Die Antenne eines Radioteleskops muss vor Blitzeinschlag geschützt werden. Aus diesem Grund wurden rings um die Antenne Blitzableiter aus Metall errichtet. Leider reflektieren diese Stäbe die Funkwellen. An der Antenne selbst dürfen keine Blitzableiter angebracht werden. Was ist zu tun?
Übergang zur Miniaufgabe : Die positive Eigenschaft, der Blitzschutz, bleibt bestehen. Aber die negative Eigenschaft, der Funkschatten, verschwindet.
Administrativer Widerspruch : Man muss etwas tun und weiß nicht wie. Die Antenne des Radioteleskops muss vor Blitzeinschlag geschützt werden, aber es ist unklar wie man dies machen kann, ohne das Funkschatten auftreten.
Technischer Widerspruch : Wenn man mit konventionellen Mitteln etwas verbessert, so verschlechtert sich etwas anderes. Was wird durch die Lösung der Aufgabe verändert? Von außen auf das Objekt wirkende schädliche Faktoren (Blitzeinschlag). Was verändert sich daraufhin unzulässigerweise? Sichtverhältnisse bzw. Informationsverluste, Zuverlässigkeit und Meßgenauigkeit
Lösungen laut Tabelle : Prinzip der Abtrennung (häufigste Nennung) - Vom Objekt ist der störende Teil (die störende Eigenschaft) abzutrennen.
Physikalisches Problem : Der Blitzableiter muss leitend sein, um den Blitz abzuleiten und nichtleitend sein, um keinen Funkschatten zu werfen.
Standardlösung : Soll sich ein Objekt periodisch in verschiedenen physikalischen Zuständen befinden, muss das Objekt den Übergang "von selbst" vollziehen, und zwar auf dem Wege reversibler physikalischer Umwandlungen, z.B. Phasenübergängen, Ionisierung-Rekombination, Dissoziation-Assoziation usw. siehe Datenbank physikalischer Effekte. Es handelt sich hierbei um ein grundlegendes technisches Gesetz.
Lösung : Blitzschutzanlage mit Blitzableiter in Gestalt einer Gasentladungsröhre. Der Blitzableiter schaltet sich bei Entstehung eines Blitzes "von selbst" ein: Das Gas wird ionisiert und dadurch leitend. Nach dem Blitz rekombinieren sich die Ionen "von selbst" wieder; das Gas wird elektrisch neutral, der Blitzableiter besitzt keine elektrische Leitfähigkeit mehr und erzeugt daher auch keinen Funkschatten. Patent SU 117497
physikalische Widersprüche : An einen Teil des technischen Systems werden gegensätzliche Forderungen gestellt.
Beispiel: Ein Stoff muss vorhanden sein um eine bestimmte Wirkung zu erzielen, er darf jedoch nicht vorhanden sein, da es sich z.B. um ein Lebensmittel handelt.
Stoff-Feld-Systeme : Ein abstraktes technisches System besteht nach Prof. Altschuller aus einem Werkstück, einem Werkzeug und einem wie auch immer geartetem Feld.
Fel
/ \
S1 -- S2
Fel - elektrisches Feld S1 - Leuchtstoff S2 - Elektronen
In Wirklichkeit stellen S1 und S2 ebenfalls technische Systeme dar. Es handelt sich dabei um die Bildschirmmaske und die Elektronenkanone. Die konkrete Struktur des Systems hängt von der zu untersuchenden Aufgabe ab. Im vorliegenden Fall betrachte ich den Fernseher aus der Sicht der Bildpunkterzeugung.
Entwicklungsgesetze technischer Systeme : Die Entwicklung technischer Systeme gehorcht der allgemeinen Systemtheorie. Zur Erläuterung ein Beispiel: (1)
Die Entwicklung technischer Systeme verläuft in Richtung auf ihre Vollkommenheit, d.h. Steigerung des Idealitätsgrades; verläuft unter Übergang zum übergeordneten System; usw.
Standards : Es handelt sich hierbei um formalisierte Lösungen konkreter Erfindungsaufgaben. (Aufgabenklassen) (2)
Beispiele: Wenn ein Feld sich schlecht steuern (nachweisen, messen, verändern oder in ein anderes Feld überführen) lässt und gefordert ist, eine effektive Steuerung zu gewährleisten. So gilt:
a - Umformen des gegebenen Feldes F1 mit Hilfe eines Umformstoffs oder zweier sich wechselseitig beeinflussender Stoffe:
F1' / F1 => S \ F1''
b - Einführung eines Stoffes S, der unter Einwirkung des Felds F1 seine Eigenschaft verändert, wobei sich diese Veränderung mit Hilfe eines Felds F2, das auf S wirkt, leicht nachweisen lässt:
F2' / F1 => F1 --> S \ F2''
Kommen wir nun zur nächsten Schule. Professor Polovinkin begann seine Arbeit auf dem Gebiet der Datenbanken physikalischer Effekte sowie der theoretischer Grundlagen des Computer aided inventing. Ende der siebziger Jahre wandte er sich verstärkt den Problemen der morphologischen Tabellen zu.
Nach dem im Jahre 1981 mit dem Projekt der "5. Computergeneration" begonnen wurde, verstärkte sich die staatliche Unterstützung für Polovinkin erheblich. Da man hardware-seitig nicht konkurrenzfähig war, wurde beschlossen, den auf dem Gebiet des Computer aided inventing bestehenden Vorsprung auszubauen und so durch geringeren Aufwand eine effektivere Lösung zu erhalten. Unter der Projektbezeichnung "Konstrukteur" wurde daraufhin unter Mitarbeit einer Vielzahl von Hochschulen, Universitäten und Instituten der Akademie der Wissenschaften die Arbeit Professor Polovinkins ausgeweitet. Ziel war nun, bestehende CAD-Systeme so auszubauen, dass während der Konstruktion auftretende Probleme vom Computer auf dem Niveau einer Erfindung gelöst werden konnten.
Obwohl er die Schule Professor Altschullers seit jeher bekämpft, gleicht er sich dieser immer mehr an. Unterschiede bestehen zur Zeit noch auf folgenden Gebieten:
Stoff-Feld-Analyse : Professor Polovinkin betrachtet ein technisches System als Folge physikalischer Effekte. Dies ist für durchschnittlich intelligente Ingenieure sehr schwierig, da selbst einfache Systeme äußerst komplex werden. Außerdem lassen sich nicht alle Aufgabenklassen auf den Austausch physikalischer Effekte zurückführen.
Betrachten wir als kleines Beispiel die Glühlampe: (vereinfacht und ohne Parameter)
elektrische Spannung -> [Leiter] -> elektrischer Strom
elektrischer Strom -> [Glühfaden mit Widerstand] -> Temperaturerhöhung
Temperaturerhöhung -> [schwarzer Körper] -> Wärmestrahlung
Wärmestrahlung -> [Glaskolben] -> Absorption
Widersprüche sind für ihn keine methodischen Werkzeuge
Zur gesellschaftlichen Akzeptanz ist noch anzumerken, dass im Christentum gewisse Vorbehalte gegen die Algorithmierung kreativer Fähigkeiten bestehen. Wenn man hingegen die Kôan-Schule des Buddhismus betrachtet, so ähnelt sie durchaus den Seminaren der Schule von Professor Altschuller.
Was ist eigentlich Kreativität? Meiner Meinung nach lässt sie sich auf folgende Grundformen reduzieren:
Beispielsaufgabe : Seit längerem wird erfolglos an der Entwicklung von "Bildschirmen"
für Blinde gearbeitet. Diese sollen es den Blinden und Sehschwachen ermöglichen, mit Computern zu arbeiten.
Der bisherige technische Stand ist nun folgender: Es werden kleine Stahlstifte in zylindrische Spulen
gesteckt und durch Ein- oder Ausschalten des elektrischen Stroms nach oben oder unten bewegt. Aus Kostengründen
wird meist nur eine einzelne Zeile mit 32 Zeichen angefertigt. Da die Sprachausgabe für komplexe Objekte,
wie z.B. Zeichnungen, nicht geeignet ist, müssen folgende Aufgaben gelöst werden:
a) Ein Bildschirmterminal zur Darstellung von Brail-Zeichen (Blindenschrift) mit der Auflösung einer Herkules-Grafikkarte im Textmodus ist zu entwickeln. Die Ausgabegeschwindigkeit einer Seite soll unter 5 Minuten liegen.
Das Elektromagnetisch-mechanische Verfahren gegen ein besseres auszutauschen wäre schon vor über 20 Jahren möglich gewesen. Auch ist nicht zu bestreiten, dass diese Lösung einen erheblichen Effekt bringen würde.
Da diese Lösung durch etwas Nachdenken und einige Versuche inzwischen technisch überholt ist, nun die nächste Aufgabe:
b) Ein Bildschirmterminal zur Darstellung von Brail-Zeichen ist mit folgenden Parametern zu entwickeln: Es soll in der Lage sein, Grafik mit der Auflösung einer Workstation (1152 x 900) darzustellen. Weiterhin ist es notwendig, so etwas ähnliches wie Graustufen darzustellen. Die Bildwiederholfrequenz sollte bei über 10 Herz liegen. Außerdem muss diese Lösung in jeder Hinsicht voll kompatibel mit den LCD-Displays sein.
Während bei der ersten Lösung noch mechanische Bewegungen im klassischen Sinn benutzt werden, muss man sich für die zweite Aufgabe schon etwas besseres einfallen lassen. Auch bei der letzten Lösung ist das bisher bekannte Element, die Tastkuppe erhalten geblieben. Unter der bekannten Weise der Kombination verstehe ich hier die mechanische Bewegung der Tastkuppe. An sich könnte man diese Aufgabe auch der Gruppe Kombination von bekannten und unbekannten Elementen auf unbekannte Weise zuordnen. In diesem Fall wäre die unbekannte Weise die Art, mit der die Tastkuppe bewegt wird.
Beispielsaufgabe: Stellen sie sich vor, dass sie einen Abenteuerurlaub im Amazonasbecken verbringen. Eine Woche vor Ende des Urlaubs entdecken sie einen bisher unbekannten Fluss. Selbstverständlich sind sie ganz versessen darauf, ihn zu kartieren und seine Wassertiefe zu bestimmen. Der Urwaldfluss ist schätzungsweise 100 km lang. Ihr Hubschrauber hat noch Treibstoff für 300 km. Der nächstgelegene Flugplatz liegt in 400 km Entfernung. D.h. sie sind auf sich allein gestellt. Sie haben ausreichend Film- und Fotoausrüstungen, jedoch keine Messgeräte zur Bestimmung der Wassertiefe. Die Fluss enthält Sandbänke und umgestürzte Bäume. Er ist von oben einsehbar und führt braunes Wasser wie der Rio Negro. Die "bekannte Weise" ist zweifelsfrei die Trigonometrie. Unklar ist nur, auf welche Elemente man sie anwenden soll.
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