Robotica

Lezione 2

Robotica - Lezione 2 2

Cos'e' la Robotica

• Disciplina con un carattere fortemente interdisciplinare– Aspetto ingegneristico

– Aspetto informatico

– Etologia

– Biologia

– Psicologia Cognitiva

– Neuroscienze

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Elementi Caratterizzanti

• Controllo Reattivo

– Corporeita'

– Essere situato

• Intelligenza non simbolica

• Cibernetica

– Teoria del Controllo

– Teoria dell'Informazione

– Biologia

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Robot Manipolatore

• Definizione (RIA 1985)

– Un robot è un manipolatore multi-funzionale

riprogrammabile progettato per spostare materiali,

componenti, utensili o dispositivi specializzati attraverso

movimenti variabili programmati per l'esecuzione di una

varietà di compiti.

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Una Definizione

• … La robotica è la connessione intelligente fra percezione ed azione. (M. Brady, 1984)

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Cibernetica

• Norbert Wiener è universalmente accreditato, verso la fine degli anni '40, come il fondatore della cibernetica: un ibrido fra teoria del controllo, scienza dell'informazione e biologia con l'obiettivo di spiegare i principi comuni del controllo e della comunicazione sia negli animali che nelle macchine

• Retroazione

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Tartaruga di Walter

• W. Grey Walter (1953) applicò questi principi nella creazione della Macchina Speculatrice (Machina Speculatrix), precursore delle macchine robotiche e che fu successivamente trasformata in hardware come Tartaruga di Walter (Grey Walter's Tortoise)

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Cibernetica (Visione Moderna)

• Approccio interdisciplinare all'organizzazione dei sistemi, indipendentemente dalla loro realizzazione fisica.

• Mentre nella teoria generale dei sistemi si guarda agli organismi viventi come un tutto (holismo) focalizzando l'attenzione sulle caratteristiche strutturali, comportamentali e di sviluppo, la cibernetica predilige la prospettiva epistemologica– il sistema nel suo insieme è analizzabile in termini dei

suoi componenti e della loro organizzazione al suo interno, senza perdere informazione su di esso

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Schema Generale

Intelligenza e Cibernetica

• Intelligenza spaziale e corporeo-cinestetica

(Gardner), contrapposta a

• Intelligenza linguistica e logico-matematica

• Cibernetica: accomuna sistemi viventi e artificiali,

spiegandone il funzionamento in termini di feedback e

omeostasi

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Intelligenza nel Comportamento

• In che modo prende corpo un certo comportamento?

• La Tartaruga di Walter mostra come sia possibile

realizzare comportamente intelligenti dovuti ad

adeguate risposte ambientali.

• L'intelligenza del comportamento non richiede

necessariamente implementazioni complesse.

• Non esiste una definizione univoca di intelligenza.

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Definizioni di Intelligenza - I

• Abilità di utilizzare pensiero astratto. [Terman]

• Aver appreso o la capacità di apprendere come

adattarsi all'ambiente. [Colvin]

• Abilità di adattarsi adeguatamente a situazioni nella

vita relativamente nuove. [Pinter]

• Il meccanismo biologico per il quale gli effetti della

complessità degli stimoli sono messi insieme

rispondendo con un comportamento avente un effetto

in qualche modo unificato. [Peterson]

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Definizioni di Intelligenza - II

• La capacità di acquisire abilità. [Woodrow]

• La capacità di apprendere o approfittare

dell'esperienza. [Dearborn]

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Tartaruga di Walter - I

• parsimonia: semplici riflessi sono la base dei

comportamenti elementari

• esplorazione e speculazione: il sistema non rimane

mai fermo tranne che per il caricamento delle

batterie;

• attrazione: tropismo positivo. Il sistema è motivato a

muoversi verso alcuni oggetti dell'ambiente, nel caso

specifico è attratto verso una luce di moderata

intensità

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Tartaruga di Walter - II

• avversione: tropismo negativo. Il sistema si allontana

da certi stimoli negativi, ad esempio, evitando ostacoli

e pendenze

• discernimento: il sistema ha la capacità di distinguere

fra comportamenti produttivi e comportamenti

improduttivi

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Tartaruga di Walter - III

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Comportamenti Esibiti

• ricerca della luce

• avanzamento verso una luce debole

• allontanamento dalle luci intense

• ruota e spingi

• ricarica della batteria

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Ricerca della Luce

• Il sensore di intensità luminosa determina la rotazione

della ruota sterzante

• fino a quando non viene rilevata una luce debole

• mentre il secondo motore, in azione continua,

consente al robot l'esplorazione dell'ambiente.

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Avanzamento verso una Luce Debole

• Non appena la luce rilevata appare di debole

intensità, il robot si muove in quella direzione.

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Allontanamento dalle Luci Intense

• La tartaruga mostra un comportamento di avversione

dalle luci intense esibendo un immediato

allantanamento dalle stesse.

• Comportamento assai utile durante la fase di ricarica

della batteria.

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Ruota e Spingi

• Utilizzato per evitare gli ostacoli.

• Questo comportamento puo’ sostituire quello della

risposta alla luce.

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Ricarica della Batteria

• Durante il suo normale funzionamento la batteria di

bordo si scarica per cui le luci intense finiscono per

essere percepite come deboli.

• Poichè la stazione di caricamento ha una luce di forte

intensità su di essa, il robot muove verso di essa

attraccando solo quando la batteria e’ pressochè

scarica.

• Dopo il ricaricamento la luce viene percepita molto

intensa causando l'allontanamento del robot dalla

stazione.

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Tartaruga (Immagine - I)

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Tartaruga (Immagine - II)

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Paradigmi Robotici

• Gerarchico

• Reattivo

• Ibrido (Deliberativo/Reattivo)

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Paradigma Gerarchico

• Deriva direttamente dall'impostazione classica

dell'Intelligenza Artificiale che, a sua volta, risente

dell'assunzione algoritmica dovuta a Turing. Si basa

sull'ipotesi dell'esistenza di un sistema simbolico sul

quale si regge e funziona l'intelligenza.

• Dallo schema generale degli elaboratori, dovuto a

von Neumann, deriva per adattamento lo schema

SENSE-PLAN-ACT di un robot a controllo gerarchico.

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Paradigma Reattivo

• Considerazioni generali richiedono che lo throughput

del sistema di controllo del robot, o tempo totale di

risposta, non è limitabile superiormente perchè gli

algoritmi di planning, per loro stessa natura, risultano

essere semidecidibili.

• Per ridurre l'impatto dei tempi di computazione del

planner si richiede un accoppiamento diretto sensori-

attuatori utilizzando un modulo specifico che deve

essere necessariamente un automa a stati finiti (FSA),

cosicchè il tempo di reazione può essere limitato

superiormente. Robotica – Lezione 2

Paradigma Deliberativo/Reattivo

• Paradigma che riconcilia l'approccio cognitivista

dell'Intelligenza Artificiale con l'approccio

comportamentale della Cibernetica.

• Da questo punto di vista un robot autonomo, sebbene

dotato di intelligenza simbolica, rimane sempre un

agente corporeo situato.

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Definizione di Comportamento

• Un insieme di azioni, ciascuna delle quali associata

ad uno schema percettivo (riflesso), tali da

caratterizzare, nel loro complesso, un metodo per

conseguire un obiettivo oppure mantenere attivo uno

scopo.

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