Robots: de los automatas al

asistente inteligente

Cristina UrdialesDpto. Tecnología Electrónica

Universidad de Málaga

¿Qué es un robot?

• Robot (1979): manipulador reprogramable y multifuncional diseñado para llevar a cabo una tarea específica a través de una serie de movimientos programados (Robot Institute of America).

Conceptos generales

• Robot (1990): Máquina controlada por ordenador y programada para moverse, manipular objetos y realizar trabajos a la vez que interacciona con su entorno.

Conceptos generales

1. Breve historiaEl mito de Pigmalion. “Sobre el teatro automático”

Heron (280 aC)

Grecia clásicaFalta necesidad y tecnología.

1. Breve historia

Fuente del pavoReal (Al Jazari, 1206)

Pato de Vaucanson (Vaucanson , 1750)

Robot antropomórfico (DaVinci, 1490)

2. Breve historia

1921: Capek usa por primera vez el término robot en R.U.R.

1926: Fritz Lang presenta por primera vez robots mecánicos en Metropolis.

1. Breve historia1942: Isaac Asimov escribe Runaround y I, Robot. Inicio de la robótica como ciencia.

1. Breve historia1946: Devol y Englenberger diseñan los Unimates, que transportan maquinaria.

1946: Presper Eckert y Maulchy diseñan el Eniac.

1. Breve historia1948-49: Se

desarrolla la tortuga Elsie (Grey Walters)

1. Breve historia

1959: Planet Corporation comercializa por primera vez un robot.

1962: General Motors incluye robots en sus cadenas de montaje.

2. Breve historia1960: Shakey (John Hopkins, Stanford)

1. Breve historia1974: Scheinman funda Vicarm.

1976: Las sondas Viking incorporan brazos robóticos.

1. Breve historia1976: Se comienza a desarrollar el Mars Rover.Años 90: Aparecen el COG, el IT, el Lunar Rover, el Dante, el P3, el Soujourner…

• Un robot se considera autónomo e inteligente cuando:

– El sistema de navegación reside en la propia máquina y es capaz de operar sin conexiones físicas a equipos externos.

– Es capaz de tomar decisiones por sí solo a partir de la lectura de sus sensores

2. Robots autónomos

• El sistema de control de un robot autónomo puede ser:

– Deliberados: SPA-primero perciben, luego planifican y, finalmente, actúan.

– Reactivos: asocian patrón y acción. Comportamientos más complejos resultan de las interacciones de los sencillos.

– Híbridos: combinan los dos anteriores

2. Robots autónomos

2. Robots autónomos

3. Robots adaptables

•La adaptación se basa en el aprendizaje, o capacidad de resolver una tarea sin necesidad de programarla explícitamente.

•El aprendizaje facilita a los usuarios no expertos a incorporar robots a la vida diaria (~plug&play)

•El objetivo final del aprendizaje es decirle al robot QUE tiene que hacer y no COMO hacerlo.

3. Robots adaptables

Razonamiento basado en casos:Permite aprender a partir de Experiencias previas

Redes neuronales: modelan funciones no lineales a partir de un conjunto de datos

Logica difusa: permite modelar conocimiento de forma parecida a la humana

3. Robots adaptablesEjemplo: Campos de potencial en navegación

U q =α⋅d q , goal 2∑i

β⋅1

d q , obsi

3. Robots adaptablesAprendizaje supervisado

• El sistema consiste en “enseñarle” al robot qué haría un humano en su lugar manejándolo con un joystick.

3. Robots adaptablesAprendizaje por experiencia

• El sistema consiste en “enseñarle” al robot qué haría un humano en su lugar manejándolo con un joystick.

3. Robots adaptables

4. Robots evolutivos• Vida artificial: Sistemas artificiales que exhiben

propiedades similares a los seres vivos, a través de modelos de simulación.

• Christopher Langton fue el primero en utilizar el término a finales de los años 1980 ("Primera Conferencia Internacional de la Síntesis y Simulación de Sistemas Vivientes“, Los Alamos National Laboratory)

• Se define “vida” como una manera de autoreproducción, almacenamiento de información, evolución, crecimiento y adaptación.

•Un papel se copia a sí mismo lo más rápidamente, así sacrifica velocidad de ataque por perdurabilidad.

•Una piedra directamente bombardea direcciones de memoria intentando matar rápidamente al mayor número de enemigos.

•Una tijera son los que emplean estrategias sofisticadas.

•Un vampire o pit-trapper roba procesos a sus oponentes alterando su código máquina en el bombardeo para que pierdan ciclos.

•Un imp es tan pequeño que su tamaño lo hace difícil de neutralizar.

COREWARS

4. Robots evolutivos

•El juego de la vida es el mejor ejemplo de un autómata celular, diseñado por el matemático británico John Horton Conway en 1970. •Permite observar cómo patrones complejos pueden provenir de la implementación de reglas muy sencillas.•Cada célula tiene 8 células vecinas. Las células tienen dos estados: "vivas" o "muertas“:

Una célula muerta con exactamente 3 células vecinas vivas "nace" al turno siguiente.Una célula viva con 2 o 3 células vecinas vivas sigue viva, en otro caso muere o permanece muerta("soledad" o "superpoblación")

JUEGO DE LA VIDA

Nave ligeraPlaneadorSapoParpadeadorBarcoBloque

4. Robots evolutivos

“The key to create intelligent robots consists of letting them evolve, self-organize, and adapt to their environment”

Idea (1984): Valentino Braitenberg: “Robots en la mesa”

Primer experimento (1994): EPFL, Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne y la Universidad de Sussex en Brighton

4. Robots evolutivos

Experimentos: Predador - Presa

4. Robots evolutivos

Sistemas biomiméticos

4. Robots evolutivos

Sistemas cooperativos

4. Robots evolutivos

Sistemas deformables4. Robots evolutivos

5. Robots sociablesA efectos de convivir con los humanos, se busca que los robots presenten un comportamiento empático. Para ello, se analiza el

comportamiento humano a partir de: expresión facial, postura corporal, gestos, dirección de la mirada y voz.

Color de piel. Movimiento.

Detección de ojos. Estimación de distancia.

Aproximación. Estimación de velocidad.

Detección de sonido Detección de habla

Estimación de tiempos

5. Robots sociables

5. Robots sociables

ROBOTS SOCIABLES.

                                                                                        

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5. Robots sociables

ROBOTS SOCIABLES.

                                                                                        

5. Robots sociables

ROBOTS SOCIABLES.

                                                                                        

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5. Robots sociables