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 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 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 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 è 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? 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 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. 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