arquitecturas basadas en el comportamiento

ArquitecturasBasadas en el Comportamiento

Introducción a la Robótica Inteligente

Álvaro Gutiérrez11 de marzo de 2022

a.gutierrez@upm.es

www.robolabo.etsit.upm.es

N

Índice

1 Introducción

2 Arquitectura SubsunciónEjemplos IRSIM

3 Esquemas MotoresEjemplos IRSIM

4 Conclusiones

N

1 Introducción

2 Arquitectura SubsunciónEjemplos IRSIM

3 Esquemas MotoresEjemplos IRSIM

4 Conclusiones

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Un poco de historia

I 40’s: Turing y von NewmanI 50’s: Walter y Minsky

I Walter -> Tortugas, ReactivosI Minsky -> Cognitivista, los programas

I 60’s: Problemas del CognitivismoI Problema del marcoI Anclaje del símboloI Homúnculo

I 70’s: ConexionistasI 80’s: Basados en el comportamiento

I BrooksI Arkin

N

Arq. Basadas en Comportamientos

SENSORES ACTUADORES

IDENTIFICAR OBJETOS

NAVEGAR

EXPLORAR

EVITA OBSTACULOS

N

1 Introducción

2 Arquitectura SubsunciónEjemplos IRSIM

3 Esquemas MotoresEjemplos IRSIM

4 Conclusiones

N

Rodney. A. Brooks

I Profesor e investigador en Standford y en el MITI Director del laboratorio de IA del MITI En los 80’s Brooks se hizo preguntas con respecto a la IA

clásica y la inteligencia en general.I Como tantos otros ingenieros y filósofos anteriormente.

I Su paternidad: Arquitectura SubsunciónI Su meta: Desarrollar criaturas artificiales capaces de

habitar en el mundo real y no en un mundosimplificado/simulado

I Actualmente es empresario (IRobot )

N

Subsunción - Niveles de competencia

I Niveles de competencia:I Define los comportamientos deseados: Evitar Obstáculos,

Explorar, traer comida,...I Cada nivel se puede implementar independientementeI Permite una gran escalabilidadI Compuestos de varios módulos

NIVEL 0

NIVEL 1

NIVEL 2

NIVEL 3

SENSORES ACTUADORES

N

Subsunción - Módulos

I Módulos: Son Máquinas de Estados Finitos Aumentadas

COMPORTAMIENTO

DEMODULO

R

ENTRADAS SALIDAS

RESET

S

I

INHIBIDOR

SUPRESOR

N

Subsunción - Módulos

I Los aspectos más importantes son:

I Las salidas son funciones sencillas de las entradas y

variables locales

I Las entradas/salidas se pueden inhibir/suprimir

I Los módulos de los niveles de competencia superiores

pueden inhibir a los inferiores

I Los niveles de competencia inferiores siguen funcionando

como si no existieran los niveles superiores

N

Subsunción - Inhibición

ENTRADA INHIBIDOR(tiempo)

ENTRADA

ir hacia

adelante

ir hacia

adelante

ir hacia

adelante

ENTRADA INHIBIDOR(tiempo)

ENTRADA

BUSCAR

COMIDA

OBSTACULOS

EVITAR

BUSCAR

COMIDA

OBSTACULOS

EVITAR

SIN INHIBICION

CON INHIBICION

MOTORES

VERDADERO

MOTORES

N

Subsunción - Supresión

ENTRADA

ENTRADA

ir hacia

adelante

ir hacia

adelante

ir hacia

adelante

ENTRADA

ENTRADA

motores

parar

motores

parar

BUSCAR

COMIDA

OBSTACULOS

EVITAR

BUSCAR

COMIDA

OBSTACULOS

EVITAR

MOTORES(tiempo)

MOTORES(tiempo)

SUPRESOR

SUPRESOR

SIN SUPRESION

CON SUPRESION

N

1 Introducción

2 Arquitectura SubsunciónEjemplos IRSIM

3 Esquemas MotoresEjemplos IRSIM

4 Conclusiones

N

Ejemplo 1 - IRSIM

S

NAVIGATE

AVOID MOTORSPROX

subsumptionlightcontroller, paramFileSubsumptionLight

N

Ejemplo 2 - IRSIM

S

S

AVOID

NAVIGATE

LOAD BATT

MOTORSPROX

LIGHT

BATT

subsumptionlightcontroller, paramFileSubsumptionLight

N

Ejemplo 3 - IRSIM

S

LOAD BATT

AVOID

FORAGEI

S

NAVIGATE

S

MOTORS

BATT

PROX

LIGHT

LIGHT

LIGHT

GRIPPER

subsumptiongarbagecontroller, paramFileSubsumptionGarbage

N

1 Introducción

2 Arquitectura SubsunciónEjemplos IRSIM

3 Esquemas MotoresEjemplos IRSIM

4 Conclusiones

N

Ronald C. Arkin

I Profesor e investigador en Georgia Institute of TechnologyI Director del Mobile Robot Laboratory (Georgia Tech)I Su paternidad: Esquemas MotoresI Su meta: Permitir coordinación de comportamientos

inspirados en la biología

N

Esquemas Motores

N

Ejemplo 1 - Navegar

Motor Schema Based Navigation For a Mobile Robot(R. C. Arkin 1987)

N

Ejemplo 1 - Evitar Obstáculo

N

Ejemplo 1 - Objetivo

N

Ejemplo 1 - Ruido

N

Ejemplo 1 - Motor Schema

N

1 Introducción

2 Arquitectura SubsunciónEjemplos IRSIM

3 Esquemas MotoresEjemplos IRSIM

4 Conclusiones

N

Ejemplo 1 - IRSIM

NAVIGATE

AVOID MOTORSPROX Σ

motorSchemas1controller, motorSchemas1Param

N

Ejemplo 2 - IRSIM

AVOID

NAVIGATE

LOAD BATT

PROX

LIGHT

BATTΣ MOTORS

motorSchemas1controller, motorSchemas1Param

N

Ejemplo 3 - IRSIM

LOAD BATT

AVOID

FORAGEI

NAVIGATE

Σ

BATT

PROX

LIGHT

LIGHT

LIGHT

GRIPPERMOTORS

motorSchemas2controller, motorSchemas2Param

N

1 Introducción

2 Arquitectura SubsunciónEjemplos IRSIM

3 Esquemas MotoresEjemplos IRSIM

4 Conclusiones

N

ConclusionesI Técnicas de diseño ingenieriles sobre principios

cognitivosI División en niveles de competenciasI Cada nivel recibe información sensorial del mundo y

actúa sobre el mismoI Cada capa es completamente autónomaI Criticada por su poca relación con el diseño de sistemas

inteligentesI Sin embargo:

I Realiza una descomposición funcional: No preguntacomo procesar información sensorial sino como acoplarla alos actuadores

I Está ligada al concepto de corporeizadoI Es distribuidaI Combina el diseño de robots con principios evolutivos

N

Críticas

I ¿Es posible implementar comportamientos complejos?

I ¿Es una evolución?

I ¿Capacidad de aprendizaje?

I ¿Serán necesarias representaciones?

N

Referencias

I R. Pfeifer and C. Scheier. Understanding Intelligence.The MIT Press, Cambridge, MA. (2001)

I R. A. Brooks. A Robust Layer Control System For AMobile Robot. IEEE Journal of Robotics and Automation,RA-2(1), pp. 14-13. (1986)

I R. A. Brooks. A Robot that Walks; Emergent Behaviorsfrom a Carefully Evolved Network. Neural Computation,1(2), pp. 253-262, (1989)

I R. C. Arkin. Behavior-Based Robotics. The MIT Press,Cambridge, MA (1998)

N

Gracias

GRACIAS!!

N

Gracias

GRACIAS!!

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