Kolektívne správanie robotov.

Nemsila Pavol

Rozvoj

V posledných 30-tich rokov nastal rozvoj trhu s robotmi.

Roboty pracujú v:

• štruktúrovanom prostredí

• neštruktúrovanom prostredí

V štruktúrovanom prostredí:

- priemyselné roboty- automobilový priemysel

- elektronický priemysel

- potravinársky priemysel

- stavebný priemysel

- textilný

- a ďalšie ...

V neštruktúrovanom prostredí:

- servisné roboty (SR).-sú na začiatku sľubnej kariéry

Musia sa prispôsobiť turbulentným podmienkam prostredia.

Netypické prostredie:

- vákuové prostredie

- vesmír

- hlboko pod morom

Štatistika

- roku 1999 bolo v prevádzke 700 000

- medziročný nárast 45 - 60%

Štatistika(2)robotov/10 000 robotníkov štát

325 Japonsko

109 Singapure

73 Švédsku

Robot:

• Zariadenie, ktoré je schopné vykonávať naprogramované pohyby a úkony, prípadne automaticky prispôsobiť svoje pohyby a pracovné operácie k daným okolnostiam.

Priemyselný robot:

• Zariadenie s viacpolohovými jednotkami na pohybových osiach s vlastným riadením, pružným programom, pre automatickú činnosť.

Adaptívny robot:

• Je zariadenie najvyššej úrovne riadenia s rôznym stupňom inteligencie.

• Prispôsobuje sa pracovným podmienkam.

Kognitívny robot:

• Poznávací robot.

• Je zariadenie s adaptívnym riadením, ktoré je schopné vnímať, rozpoznávať prostredie.

• Je schopné vytvárať a priebežne prispôsobovať model prostredia.

• Vnútorná forma reprezentácie.

Vývojové tendencie robotov:

• Zvyšovanie dlhodobej presnosti

• Tendencia zvyšovania možnosti robotov

• Tendencia znižovania hmotnosti robotov

• Tendencia plnej automatizácie robotov

• Tendencia skupinového nasadenia robotov

Kolektívne správanie poloautonómnych robotov:

• Servisné služby - robot musí spĺňať podmienky viacerých aplikácií. Ľahšie je navrhnúť skupinu servisných robotov alebo manipulátorov, ktoré sú navzájom sieťovo spojené a komunikácia medzi robotmi a okolitým prostredím prebieha pomocou senzorov, každý z týchto robotov spolupracuje s operátorov a vzájomne vytvárajú účelný systém.

Kolektívne správanie poloautonómnych robotov(2):

Jednotlivé roboty sú spojené do inteligentnej siete.

• Komunikácia:

robot - > robot -na senzorickej úrovni

robot -> operátor vyžaduje vyššiiu úroveň komunikácie

Kolektívne správanie poloautonómnych robotov(3):

• Hlas a pohyb sú považované za uprednostňované protokoly pre komunikáciu.

• Využitie:

- obsluha imobilných pacientov

- služby

• Táto inteligentná sieť SR bola prezentovaná AGENCY OF INDUSTRIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY v Japonsku.

Kolektívne správanie autonómnych robotov:

Správanie sa robotov v rôznych situáciách

• Kolektívne hry robotov

• Skupinové správanie robotov

• Dosiahnutie globálneho cieľa celej kolónie

• Teritoriálne rozdelenie multirobotických úloh

• Komunikácia medzi autonómnymi robotmi

• Súťaživosť v koevolučnej robotike

• Učenie spoločenského správania

• Navigácia pre viacerých agentov na hľadanie cieľa

• Reprodukcia robotov

Kolektívne hry robotov:

FUTBAL• Futbal -kategória MiroSot - rozmer 7cm3.• Z technického hľadiska má systém robotickýho

futbalu tri časti:

- roboty hráči

- identifikácia polohy lopty a hráčov oboch mužstiev

- stratégia hry

• Stratégia riadenia má 4 úrovne:

- najvyššia - program vyberá najvhodnejšie akcie využitím metód UI a počtu pravdepodobností (vznikajú rozhodnutia: dotyk s loptou, kopnutie, obrana ,atď …). Väčšinou je nutná znalosť polohy a predikcie možných pohybov hráčov protivníka.

- druhá najvyššia - plánuje k vybranej akcii dráhu robotov.

- tretia - nájde pre zadanú dráhu(rýchlosť) odpovedajúce pohyby kolies motorčekov jednotlivých hráčov.

- štvrtá - realizuje potrebné impulzy pre napájanie motorčekov

V štádiu skúšok je modul adaptácie, ktorý podľa zaznamenaných pohybov protivníka ešte v priebehu hry prispôsobuje vlastnú hernú stratégiu.

Podľa skupinového správania môžeme systémy robotov

rozdeliť

• Multi-robot systems (používame 28 a viac robotov).

• Multi-modulárne reprezentácie

• Multi-agentové systémy

Multi-robotické systémy:

• Zahŕňajú v sebe dynamické prideľovanie úloh, špecializáciu tvorenie učenie správania a sociálnych rôl, distribuované priestorové mapovanie, kooperatívnu manipuláciu s objektmi, atď....

Multi-modálne reprezentácie:

• Zahŕňajú učenie napodobňovaním, učením nového správania robotov. Používa sa dynamická simulácia ľudského tela.

Multi-agentové systémy.

• Sa zameriavajú na učenie v distribuovaných multiagentových robotickým systémom, zaoberajú sa kooperáciou, súťaživosťou, atď..

Dosiahnutie globálneho cieľa celej kolónie:

• Sa zaoberá systém robotov, ktorý má za vzor mravčiu kolóniu a podľa toho sa nazývajú „The Ants“.

Každý robot mal k dispozícii:

17 - senzorov

4 - svetelné senzory

4 - príjmače - vysielače

snímač kolízie, „potravinový senzor“

Teritoriálne delenie multirobotických úloh:

• Pracovný priestor robotov je rozdelený po dĺžke - (šírke) - na toľko častí, koľko je robotov, v rohu je domáca pôda(„home región“).

• Roboty majú dopraviť napríklad kotúče na domácu pôdu

• Každý s robotov operuje v svojom pracovnom priestore

• Môžeme pri experimente určiť napríklad rýchlosť dopravenia kotúčov v závislosti od počtu robotov, počet zrážok v závislosti od počtu robotov

Správanie sa robotov:

• posluch -roboty príjmajú správy od ostatných

• správanie prežitia - nastáva pri ošetrení udalostí zo senzorov

• správanie zhromažďovania - pri uchopení kotúča alebo pri zhromažďovaní

• Navigačné správanie - pri kolízii s iným robotom, s prekážkou.

• Interferencia v skupine - pri kolízii na hranicia pracovnej oblasti

Súťaživosť v koevolučnej robotike:

• Sa skúmala na robotoch typu Khepera - jeden bol korisť druhý lovec

• Lovec bol vybavený zrakom - senzorom, ktorý dokázal detekovať smer v ktorom sa nachádzala korisť, roboty mali neurónovú sieť a lovec dokázal vyvinúť stratégiu učenia, napr. z toho akú má korisť rýchlosť.

Využitie evolúcie:

• Francesco Mondata, Dario Floreano - sa zaoberali možnosťou využitia evolúcie pri zdokonaľovaní riadenia mobilných robotov. Využili sa roboty Khepera majú šesť senzorov na detekciu kolízie možnosť napojenia dvoch iných senzorov a dva krokové motory - súčasti sú poprepájané jednovrstvovou neurónovou sieťou.

• Sieť nie je priamo učená žiadnym algoritmom, je použitá evolúcia. Najlepšie riešenia sa vyberali pomocou riešenia úlohy pohybu v bludisku. V každej generácií sa vygenerovali jedinci, tí sa otestovali na reálnej aplikácií a najlepší postúpili do ďalšej generácií.

Nevýhoda - dlhý čas potrebný na evolúciu riadiaceho mechanizmu.

Roboty tvoria roboty:

• Projekt Golem - automatický systém na navrhovanie a výrobu robotov s minimálnym zásahom človeka. Počítač dodržiava pravidlá evolúcie.

• Tvorcovia - Hot Lipson

- Jordan Pollacka

z Brandeis Univerzity vo Walthame (USA)

Počítač na skonštruovanie potrebuje poznať:

• údaje o súčiastkách, z ktorými bude pracovať

• fyzikálne prostradia v ktorých sa má robot pohybovať

• účel pohybu

Program pracuje s vopred určenou:

• Množinou blokov(plastické rúrky, rôzne kĺby, akčné členy,...)

• Umelými neurónmi, ktoré predstavujú prvky riadenia

• Návrh a selekcia - pomocou genetického algoritmu

• potomkovia - pridaním modifikáciou a odstraňovaním stavebných prvkov

• Konštrukcia - postupným nanášaním tenkých vrstiev, termoplastickej hmoty

• Ovládanie motorov - umelé neurónové siete, ktoré sa s programu, kde boli navrhnuté, kopírujú do mikropočítača, ktorý riadi pohyb robota

• Zásah človeka - len pri vkladaní motorov do umelohmotných konštrukcíí.

Tri robotické zákony:

• Roboty nesmú samostatne alebo kolektívne pracovať na zničení seba alebo človeka, preto:

1. Robot nesmie ublížiť človeku alebo svojou nečinnosťou spôsobiť, aby človeku bolo ublížené.

2. Robot musí poslúchať príkazy človeka okrem prípadov, keď tieto príkazy sú v rozpore s prvým zákonom.

3. Robot musí chrániť seba samého pred zničením okrem prípadov, keď táto ochrana je v rozpore s prvým alebo druhým zákonom.

Záver:

Lego - možnosť vytvorenia robota pre každého.

Súťaže - Pathfollwer, Micromouse, roboticky futbal, … možnosť overenia a porovnania schopnosti robotov (Organizátori napr.: FEI-STU Bratislava, TU Ostrava...)

Von Neuman - Podstata života je v informáciách a biológia ponúka najlepší spôsob spracovania.(sa potvrdzuje).

Ďakujem za pozornosť.