Robotica

Lezione 5

Lezione 5 2

Le basi psicologiche del Comportamento

• Psicofisica

• Comportamentismo

• Psicologia della Gestalt

• Psicologia Ecologica

• Psicologia Cognitiva

Lezione 5 3

Psicofisica

• La psicofisica è stata la prima a trovare una relazione fra intensità dello stimolo e percezione.

• Weber e Fechner hanno sviluppato le leggi fisiche che descrivono

- la relazione fra intensità fisica dello stimolo e l'intensità

come è percepita dall'osservatore

Lezione 5 4

Comportamentismo

• Nasce (1910) come disciplina psicologica che rifugge

i "concetti mentalistici" di sensazione, percezione, ...

proponendo una definizione di comportamento

basato solamente sull'osservazione (Watson, 1925).

• I dati sperimentali, ottenuti dall’osservazione degli

organismi, sono aggregati in termini di stimolo

risposta che, grazie all'abbandono dell'introspezione,

contribuiscono ad uno studio scientificamente

oggettivo della mente.

Lezione 5 5

Psicologia della Gestalt

• La psicologia della Gestalt (Kohler, 1974) introduce esplicitamente la fisica nella tradizione psicofisica del comportamentismo che si interessa molto di input sensoriale (è predominante la visione) e di come si manifestano i comportamenti in relazione alla struttura dell'ambiente che interagisce con l'agente stesso.

• Il termine "gestalt" deriva dal tedesco e si riferisce alla forma o alla sagoma come attributo.

Lezione 5 6

Psicologia Ecologica

• Mentre il comportamentismo si concentra sull’azione e la Gestalt si focalizza sulla percezione, il punto di vista della psicologia ecologica si basa sulla richiesta di maggiore comprensione dell'ambiente in cui l'organismo è situato e di come l'evoluzione influisce sullo sviluppo (Gibson, 1979).

• Le radici della percezione nel comportamento sono spiegate introducendo la nozione di affordance

Lezione 5 7

Affordance

• Tutte le azioni sono diretta conseguenza della

percezione sensoriale la quale è determinata dal

continuo adattamento agli stimoli sensoriali disponibili

per l'organismo situato nel mondo, dovuto

all'evoluzione

Lezione 5 8

Psicologia Cognitiva

• Definisce la cognizione come l'attività del conoscere

(Neisser, 1976) basata su

- acquisizione,

- organizzazione

- uso dell'intelligenza.

Lezione 5 9

Le basi etologiche del Comportamento

• L'etologia è lo studio del comportamento animale nel

proprio ambiente naturale (Lorenz e Tinbergen)

• Secondo Tinbergen gli studi etologici devono

focalizzarsi sulle quattro aree primarie del

comportamento: causalità, sopravvivenza, sviluppo

ed evoluzione.

• McFarland (1981) propone di classificare i comporta-

menti animali nelle tre categorie: riflessi, tassi e

schemi fissi d’azione.

Lezione 5 10

Riflessi

• Il riflesso è definito come una risposta automatica involontaria correlata ad uno specifico stimolo ambientale.

• La sua persistenza è determinata dalla durata dello stimolo la cui intensità regola la forza della risposta che cessa al cessare dello stimolo.

• I riflessi sono presenti nella locomozione e in tutte le attivate fortemente coordinate.

Lezione 5 11

Tassi

• La tassi è una risposta che orienta l'animale verso la sorgente di uno stimolo (attrazione) oppure lo allontana da esso (avversione).

• Le tassi si verificano in risposta ad un gran numero di fenomeni visivi, chimici, meccanici ed elettromagne-tici per un larga varietà di organismi.

• A seconda della grandezza fisica coinvolta si parla di chemiotassi, fonotassi, tropotassi, kliniotassi, fototassi, ecc...

Lezione 5 12

Fixed-Patern Action

• Uno schema fisso d'azione è definito come un modello di risposta continuata nel tempo, correlata ad uno specifico stimolo ambientale e che persiste oltre la durata dello stimolo stesso.

• L'intensità e la durata della risposta non sono governati dalla forza e dalla durata dello stimolo.

• Lo schema fisso d'azione può essere motivato e può risultare da un più ampio spettro di stimoli rispetto a quelli che governano un semplice riflesso.

Lezione 5 13

Comportamenti Motivati

• Si dicono comportamenti motivati quei comporta-menti che sono governati non solo da stimoli ambien-tali ma anche dallo stato interno dell'animale.

Lezione 5 14

Meccanismo Innato di Risposta

• Lorenz adottò anche la nozione di schema, succes-sivamente chiamato meccanismo di risposta innato (innated realising mechanism), con lo scopo di catturare combinazioni complesse di riflessi, tassi e risposte stereotipate prodotte da una combinazione opportuna di stimoli.

• Uno stimolo significante è un particolare stimolo esterno il cui effetto è di produrre una ben specifica risposta stereotipizzata.

Lezione 5 15

Comportamenti Robotici

• Implementazione di meccanismi di controllo che realizzano sistemi robotici reattivi.

• Un sistema robotico reattivo è caratterizzato da un forte accoppiamento percezione-azione, senza che intervenga nè una rappresentazione astratta dell'ambiente nè una traccia temporale delle azioni eseguite.

Lezione 5 16

Caratteristica - I

- I comportamenti sono i blocchi elementari con cui realizzare le azioni dei robot, per cui sono definiti come coppie sensomotorie e l'attività sensoriale fornisce l'informazione necessaria per soddisfare l'applicabilità di una particolare risposta realizzata come "riflesso motore" di basso livello.

Caratteristica - II

-La generazione della risposta non impiega nessuna rappresentazione esplicita interna da utilizzarsi come conoscenza astratta, per cui la risposta è immediatamente rilasciata nel mondo così come viene percepito

-Questa caratteristica è di grande rilievo quando i robot si trovano ad operare in "ambienti altamente dinamici e pericolosi" dove imprevedibilità e ostilità sono la norma.

Caratteristica - III

-La realizzazione dei comportamenti utilizza spesso modelli animali di riferimento.

Caratteristica - IV

-Dal punto di vista della realizzazione software questi sistemi sono intrinsecamente modulari, per cui l'implementazione viene ottenuta espandendo le competenze del robot, aggiungendo sempre nuovi comportamenti senza raffinare o scartare i vecchi.

-Questo modo di procedere è particolarmente utile quando si intende costruire sistemi robotici sempre più complessi.

Controllo del Piano

• Il problema di rendere più adatto il funzionamento del robot all'interno di un dato ambiente per migliorarne le capacità ad eseguire il compito assegnato, si sposta dalla ricerca di un piano adatto allo scopo, seguendo i canoni dell'Intelligenza Artificiale classica, alla determinazione di un coordinamento possibile fra le singole abilità del robot affinchè la soluzione si presenti come proprietà emergente, seguendo i dettami delle architetture behaviour-based.

Esempio di Navigazione

• Il primo esempio di robot costruito impiegando il paradigma reattivo è dovuto a Brooks (1986) che realizzò nei laboratori del M.I.T. un prototipo di piattaforma mobile, che chiamò Allen, la quale era in grado di risolvere il compito di navigare da una posizione iniziale assegnata verso un target, distinguibile con una sorgente luminosa su di esso, muovendosi su una superficie piana disseminata di ostacoli fissi, la cui dislocazione gli era ignota.

Obstacle Avoidance - I

• Poichè il robot deve muoversi su una superficie disseminata da ostacoli, è necessario che il robot esibisca un comportamento di obstacle avoidance, per evitare le collisioni.

Obstacle Avoidance - II

• stato verde: nessun ostacolo viene percepito e il robot può mantenere la direzione di avanzamento.

• stato giallo: il robot percepisce un’ostacolo e deve fare attenzione a non trovarsi al di sotto di una certa distanza di sicurezza

• stato rosso: l’ostacolo si trova periicolosamente al di sotto della soglia di attenzione costringendo il robot a cambiare direzione per allontanarsi dall'ostacolo.

Fototassi

• Comportamento di tassi che spinge il robot nella direzione della sorgente luminosa opportunamente posizionata al di sopra del target.

Wandering

• Il comportamento di wandering viene attivato per evitare che il robot rimanga intrappolato all'interno di aree delimitate dalla presenza di ostacoli variamente posizionati.

• Un generatore casuale, attivato ad intervalli prestabi-liti, determina un cambiamento nella direzione di avanzamento.