Robotica Lezione 2. Robotica - Lezione 22 Cos'e' la Robotica Disciplina con un carattere fortemente...
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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
Robotica - Lezione 2 3
Elementi Caratterizzanti
• Controllo Reattivo
– Corporeita'
– Essere situato
• Intelligenza non simbolica
• Cibernetica
– Teoria del Controllo
– Teoria dell'Informazione
– Biologia
Robotica – Lezione 2 4
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 5
Una Definizione
• … La robotica è la connessione intelligente fra percezione ed azione. (M. Brady, 1984)
Robotica – Lezione 2 6
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 7
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 8
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 9
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
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