211service.com
Mäktig mus
MED MUSEUM
I en kornig film inspelad på Bell Laboratories 1952 står matematikern och Bell Labs-forskaren Claude Shannon, SM ’40, PhD ’40, bredvid en maskin av sin egen konstruktion. Det byggdes först 1950 och var ett av världens första exempel på maskininlärning: en robotbaserad labyrintlösande mus känd som Theseus. Theseus från den antika grekiska mytologin navigerade i en minotaurs labyrint och flydde genom att följa en tråd som han använt för att markera sin väg. Men Shannons elektromekaniska leksak kunde komma ihåg sin väg med hjälp av telefonreläbrytare.
När filmen börjar utforskar Shannons mus med hjul metodiskt sin omgivning – en 25 kvadrat stor labyrint. Shannon berättar för tittarna att labyrintens metallväggar kan arrangeras fritt, så Theseus måste använda en liten dator för att lära sig layouten på nytt varje gång. Men musen, en liten träanordning som innehåller en stångmagnet och prydd med trådhårhår, är alldeles för liten för att rymma en dator, säger han. Istället är maskineriet gömt under golvet i labyrinten, en serie telefonreläkretsar som han har återställt för att göra något som de aldrig hade gjort förut: lära sig.
Under labyrintens metallgolv kan en elektromagnet monterad på en motordriven vagn röra sig norr, söder, öster och väster; när den rör sig, gör även Theseus. Varje gång dess kopparmorrhår vidrör en av metallväggarna och slutför den elektriska kretsen, händer två saker. Först växlar motsvarande reläkrets omkopplare från på till av och registrerar att utrymmet har en vägg på den sidan. Sedan roterar Theseus 90° medurs och rör sig framåt. På så sätt rör sig den systematiskt genom labyrinten tills den når målet, och registrerar utgångarna och väggarna för varje ruta den passerar genom.
Dessa bilder, publicerade i Life magazine 1952, visar vägen Theseus tog när han lärde sig ett labyrintmönster och den direkta vägen som togs på sin andra resa genom samma labyrint.
Medan Theseus arbetar genom labyrinten, klipps filmen till andra bilder när Shannon pratar om AT&T:s telefonnät. Någon minut senare återvänder betraktaren till labyrinten, där Shannon, med musen i handen, berättar att den har lärt sig färdigt. Shannon placerar tillbaka den i labyrinten, och när den väl har släppts styrs Theseus och dess inbäddade magnet av den elektromagnetiska vagnen längs vägen som indikeras av reläomkopplarna som är kvar i påslaget läge. På bara 18 sekunder skjuter den felfritt till målet, en mässingsbit som utlöser en summer när den berörs av kopparmorrhåren.
Innan han arbetade på Bell Labs hade Shannon redan gjort sina avtryck som student vid MIT, där han bevisade att boolesk logik kunde tillämpas på elektroniska kretsar, ett koncept som skulle lägga grunden för digital datoranvändning. Den framstående kognitionsforskaren Howard Gardner skulle senare kalla sin masteruppsats från 1940, A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits, möjligen århundradets viktigaste och även mest kända magisteruppsats.
1948 hade Shannon introducerat begreppet informationsteori i A Mathematical Theory of Communication, ett papper som ger matematiska bevis på att all kommunikation kan uttryckas digitalt. Tanken att information skulle kunna reduceras till 1s och 0s var revolutionerande på 1940-talet, när stora delar av telefonsystemet fortfarande var beroende av operatörer som använde manuella växel för att göra analoga, trådbundna förbindelser mellan telefoner. Det var faktiskt så revolutionerande att det fanns många människor som inte höll med Shannon, säger Mazin Gilbert, vice vd för avancerad teknologi och system på AT&T Labs. De såg inte det djupa genombrottet som han hade. I decennier tvivlade många på att kommunikation helt och hållet kunde vara digital, och det tog år innan folk började testa och förstå Shannons vision. Även på 90-talet hade forskare svårt att förstå vad Shannon pratade om, säger Gilbert. Han var flera generationer före sin tid.
Theseus var också före sin tid, och det inspirerade hela området för AI, säger Gilbert. Musen, som var med i Populär vetenskap , Tid , och Liv tidningar samma år som AT&T-filmen gjordes, lärd genom försök och misstag. Detta slumpmässiga försök och misstag är grunden för artificiell intelligens, säger Gilbert.
Av många konton var Shannon obekväm med sin växande berömmelse; han var tillbakadragen under sin tid som professor vid MIT och handlade endast sju doktorander under sin 22-åriga tjänstgöring. När det gäller Theseus byggdes flera versioner av labyrinten på Bell Labs för demonstrationsändamål, inklusive den spegelmonterade maskinen i videon från 1952. Även om den ursprungliga labyrinten inte längre fungerar, är den fortfarande en del av MIT Museums samling.
Shannon gjorde den ursprungliga Theseus-labyrinten hemma, med hjälp av sin fru Betty, som själv var matematiker vid Bell Labs. Hade AT&T en maskinverkstad som kunde ha byggt den åt honom? Ja. Men han byggde det hemma för att han ville, säger AT&T-historikern Sheldon Hochheiser. Han gillade att mixtra, gillade att bygga saker … [det var] en del av hans geni. Men även om han kanske har byggt det främst för att det är roligt, gav Shannons labyrint av självlärande, självrörliga växlar Bell Labs forskare en bättre förståelse av det labyrintiska nätverket av AT&T:s telefonväxlingssystem. I en skriftlig beskrivning av projektet noterade Shannon att hans maskin kunde lösa [genom försök och misstag], komma ihåg lösningen och även glömma den om situationen förändras och lösningen inte längre är tillämplig. Insikter från Theseus-projektet gjorde det möjligt för AT&T att förbättra det mekaniska minnet och routingen av sitt telefonnätverk.
Dessa reläbrytare under golvet i labyrinten fungerar som hjärnan för Theseus, den labyrintlösande musen. MIT Museum
Men inte alla Shannons utrustning hade praktiska tillämpningar. Jag har alltid strävat efter mina intressen utan större hänsyn till slutvärde eller värde för världen, sa han i en intervju 1992. Jag har spenderat mycket tid på totalt värdelösa saker. Han gick dit hans inspiration tog honom, vilket ofta handlade om leksaker och spel, inklusive schackspelmaskiner, en Rubiks kub-lösare, gasdrivna pogopinnar och en maskin som, när den är påslagen, får en mekanisk hand att hoppa ut ur en låda och stäng av sig själv.
Shannons skeva humor dyker upp i slutet av Theseus-filmen. Han tittar direkt in i kameran och konstaterar att metoden som musen använder är matematiskt garanterad att lösa alla möjliga labyrint. Och sedan, lekfullt, fångar han musen i en enda ruta.