Robotica Lezione 2 Cose la Robotica Disciplina con
Robotica Lezione 2
Cos'e' la Robotica • Disciplina con un carattere fortemente interdisciplinare – Aspetto ingegneristico – Aspetto informatico – Etologia – Biologia – Psicologia Cognitiva – Neuroscienze Robotica - Lezione 2 2
Elementi Caratterizzanti • Controllo Reattivo – Corporeita' – Essere situato • Intelligenza non simbolica • Cibernetica – Teoria del Controllo – Teoria dell'Informazione – Biologia Robotica - Lezione 2 3
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. Robotica – Lezione 2 4
Una Definizione • … La robotica è la connessione intelligente fra percezione ed azione. (M. Brady, 1984) Robotica – Lezione 2 5
Cibernetica • Norbert Wiener e' 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 Robotica – Lezione 2 6
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) Robotica – Lezione 2 7
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 analizzabile in termini dei suoi componenti e della loro organizzazione al suo interno, senza perdere informazione su di esso Robotica – Lezione 2 8
Schema Generale Robotica – Lezione 2 9
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 Robotica – Lezione 2
Intelligenza nel Comportamento • In che modo prende corpo un certo comportamento? Robotica – Lezione 2
Definizioni di Intelligenza - I • • Abilità di utilizzare pensiero astratto. [Terman] • 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] Aver appreso o la capacità di apprendere come adattarsi all'ambiente. [Colvin] Robotica – Lezione 2
Definizioni di Intelligenza - II • • La capacità di acquisire abilità. [Woodrow] La capacità di apprendere o approfittare dell'esperienza. [Dearborn] Robotica – Lezione 2
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 Robotica – Lezione 2
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 Robotica – Lezione 2
Tartaruga di Walter - III Robotica – Lezione 2
Comportamenti Esibiti • • • ricerca della luce avanzamento verso una luce debole allontanamento dalle luci intense ruota e spingi rica della batteria Robotica – Lezione 2
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. Robotica – Lezione 2
Avanzamento verso una Luce Debole • Non appena la luce rilevata appare di debole intensità, il robot si muove in quella direzione. Robotica – Lezione 2
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 rica della batteria. Robotica – Lezione 2
Ruota e Spingi • • Utilizzato per evitare gli ostacoli. Questo comportamento puo’ sostituire quello della risposta alla luce. Robotica – Lezione 2
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 ricamento la luce viene percepita molto intensa causando l'allontanamento del robot dalla stazione. Robotica – Lezione 2
Tartaruga (Immagine - I) Robotica – Lezione 2
Tartaruga (Immagine - II) Robotica – Lezione 2
Paradigmi Robotici • • • Gerarchico Reattivo Ibrido (Deliberativo/Reattivo) Robotica – Lezione 2
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. Robotica – Lezione 2
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 sensoriattuatori 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. Robotica – Lezione 2
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. Robotica – Lezione 2
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