Tartaruga di Walter - Server users.dimi.uniud.it

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
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Elementi Caratterizzanti
• Controllo Reattivo
– Corporeita'
– Essere situato
• Intelligenza non simbolica
• Cibernetica
– Teoria del Controllo
– Teoria dell'Informazione
– Biologia
Robotica - Lezione 2
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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.
Robotica – Lezione 2
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Una Definizione
• … La robotica è la connessione intelligente fra
percezione ed azione. (M. Brady, 1984)
Robotica – Lezione 2
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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
Robotica – Lezione 2
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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)
Robotica – Lezione 2
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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
Robotica – Lezione 2
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Schema Generale
Robotica – Lezione 2
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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?
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.
Robotica – Lezione 2
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]
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
ricarica 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 ricarica
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 ricaricamento 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