Qu'est-ce qu'un robot "intelligent" ?

Les robots intelligents hier, aujourd'hui et demain

L'évolution des idées sur les moyens de développer la robotique, ses objectifs et ses tâches est très similaire à ce que l'on observe dans un domaine tel que l'intelligence artificielle. Elle s'explique par le fait que les tâches initiales se sont révélées beaucoup plus complexes, nécessitant la création de modèles, de méthodes, de technologies et, surtout, de technologies d'intelligence artificielle entièrement différents. Les technologies d'intelligence artificielle (IA) ont toujours été étroitement liées à la robotique. Ce n'est pas un hasard si l'une des orientations de l'IA est toujours considérée comme le comportement des robots axé sur les objectifs (création de robots intelligents capables d'effectuer des opérations de manière autonome pour atteindre les objectifs fixés par les humains). En général, un robot peut être défini comme un complexe technique conçu pour effectuer divers mouvements et certaines fonctions intellectuelles de l'homme et possédant les dispositifs d'actionnement, les systèmes de contrôle et d'information nécessaires à cette fin, ainsi que les moyens de résoudre des tâches informatiques et logiques..

À l'heure actuelle, il existe trois générations de robots :

• Programmatique. Rigidement programmé (cyclogramme).
• Adaptatif. Possibilité de reprogrammer (adapter) automatiquement en fonction de l'environnement. Initialement, seules les bases du programme sont définies.
• Intellectuel. Une tâche est saisie sous une forme générale, et le robot peut prendre des décisions ou planifier ses actions dans un environnement incertain ou compliqué qu'il reconnaît.

Robots intelligents

Il est généralement admis qu'un robot intelligent possède un soi-disant modèle du monde extérieur ou de l'environnement interne, qui permet au robot d'agir dans un environnement d'information incertain. Si ce modèle est implémenté sous la forme d'une base de connaissances, alors il convient que cette base de connaissances soit dynamique. Dans ce cas, la correction des règles de comportement du robot dans les conditions d'un environnement changeant met naturellement en œuvre des mécanismes d'auto-apprentissage et d'adaptation. Ainsi, un robot intelligent est un robot qui intègre un système de contrôle (SI) innovant. SI désigne un système informatique permettant de résoudre des problèmes qu'un humain ne peut résoudre en temps réel, ou dont la solution nécessite un support automatisé ou donne des résultats comparables à des décisions humaines. De plus, entre autres, il est sous-entendu que pour les tâches à résoudre, le SI ne suppose pas l'exhaustivité des connaissances, et le SI lui-même devrait avoir la capacité : de commander les données et l'expertise avec l'attribution des paramètres essentiels ; apprendre à partir d'exemples positifs et négatifs, s'adapter aux changements dans l'ensemble des faits et des connaissances, etc. Si nous définissons l'intelligence d'un robot en termes plus simples, le système peut résoudre des problèmes formulés de manière générale. Ainsi, malgré les nombreux critères de renseignement proposés, l'exigence la plus robuste reste que le rôle de l'humain en interaction avec le SI se réduise à la seule formulation de la tâche.

L'architecture des robots intelligents

Aujourd'hui, on pense qu'un robot intelligent devrait inclure : Des actionneurs - ce sont des manipulateurs, un train de roulement et d'autres dispositifs, à l'aide desquels le robot peut agir sur les objets qui l'entourent. Et par leur structure, ce sont des dispositifs techniques complexes avec des servo-entraînements, des pièces mécatroniques, des capteurs et des systèmes de contrôle. Par analogie avec les organismes vivants, ce sont les bras et les jambes du robot. Les capteurs sont des systèmes de vision, d'ouïe, de toucher, de capteurs de distance, de localisateurs et d'autres dispositifs qui permettent d'obtenir des informations sur le monde environnant. Le système de contrôle est le cerveau du robot, qui doit recevoir les informations des capteurs et contrôler les actionneurs. Cette partie du robot est généralement mise en œuvre par logiciel. Le système de contrôle d'un robot intelligent doit inclure les composants suivants : Un modèle mondial - reflète l'état du monde autour du robot en termes faciles à stocker et à traiter. Le modèle du monde a pour fonction de se souvenir de l'état des objets dans le monde et de leurs propriétés. Système de reconnaissance - cela inclut les systèmes de reconnaissance d'images, la reconnaissance vocale, etc. La tâche du système de reconnaissance est l'identification, c'est-à-dire la "reconnaissance" ; des objets entourant le robot et leur position dans l'espace. À la suite des composants du système de reconnaissance, un modèle du monde est construit. Le système de planification d'action effectue une "virtuelle" transformation du modèle mondial pour obtenir de l'action. Dans ce cas, la faisabilité de l'objectif est généralement vérifiée. Le résultat du travail de planification des actions est la construction de plans, c'est-à-dire d'enchaînements d'actions élémentaires. Système d'exécution d'action - tente d'exécuter les actions planifiées en envoyant des commandes aux actionneurs et en contrôlant simultanément le processus d'exécution. Si l'exécution d'une action élémentaire s'avère impossible, tout le processus est interrompu, et une nouvelle (ou partiellement nouvelle) planification doit être effectuée. Système de contrôle des objectifs - définit la hiérarchie, c'est-à-dire l'importance et l'ordre d'atteinte des objectifs fixés. Les propriétés essentielles du système de gestion sont la capacité d'apprendre et de s'adapter, c'est-à-dire la capacité de générer des séquences d'actions pour l'objectif fixé et d'adapter son comportement aux conditions environnementales changeantes pour atteindre les objectifs fixés.

Technologies d'IA pour robots intelligents

Les systèmes intelligents sont un élément nécessaire pour résoudre les problèmes de création d'un modèle du monde, d'un système de planification des actions et de gestion des objectifs. La base de connaissances des systèmes intelligents est l'un des principaux éléments du modèle du monde et de ses fonctions de transformation. La reconnaissance d'images est depuis longtemps une partie nécessaire des systèmes robotiques complexes. Les systèmes de vision volumétrique fournissent des informations sur l'orientation des objets dans l'espace. Des changements significatifs ont lieu actuellement dans ce domaine. La reconnaissance et la génération de la parole sont nécessaires pour une communication efficace avec les humains. Sans ces technologies, un contact à part entière avec les humains est impossible. Des avancées significatives ont été réalisées dans le domaine de la génération de la parole à partir de textes. Les choses sont pires avec la reconnaissance vocale car il s'agit d'une tâche plus complexe.

Les systèmes multi-agents sont utilisés pour contrôler collectivement de nombreux robots qui peuvent travailler individuellement ou en équipe.

Contrôle intelligent du robot

Les opérations sont effectuées par le robot intelligent dans l'ordre suivant :

1. un plan d'opérations est établi,
2. en tenant compte de la reconnaissance des conditions de travail et de l'état de l'objet, l'ordre des opérations est déterminé,
3. les actionneurs du robot sont actionnés.

Contrairement aux robots intelligents, dans les robots conventionnels, le plan des opérations et l'ordre des actions dépendent de la décision délibérée d'un opérateur humain, et l'actionnement des actionneurs est automatique.

Une caractéristique d'un système de contrôle de robot intelligent est qu'il a pour fonction de reconnaître un objet et son état à l'aide de dispositifs de détection et de déterminer (sur la base de ces informations et des commandes reçues de l'opérateur) les actions à effectuer. Il rend essentiellement le robot polyvalent et capable de s'adapter à son environnement et offre un contrôle simple du robot.

Les points principaux du système de contrôle d'un robot intelligent sont :

1. contrôle des actionneurs,
2. dispositifs de reconnaissance et de détection,
3. traitement des commandes et prise de décision.

Échange d'informations entre un humain et un robot intelligent

Dispositifs de reconnaissance et sensoriels

Un robot intelligent doit avant tout posséder la capacité de s'adapter à son environnement. En cela, bien sûr, les dispositifs sensoriels qui perçoivent les informations externes jouent un rôle essentiel.

Les domaines d'application des robots intelligents sont vastes. Ils peuvent être utilisés aussi bien dans l'industrie que dans la recherche scientifique. Selon l'utilisation prévue du robot, une grande variété de dispositifs de détection sont nécessaires. Ici, nous limiterons notre discussion aux dispositifs de détection et aux systèmes de reconnaissance de formes pour les robots industriels, qui effectuent principalement des opérations de manutention.

1. a) Dispositifs de détection requis pour les robots industriels intelligents. Les trois principaux types de dispositifs de détection suivants peuvent être distingués :

1. appareils de vision,

2. appareils auditifs,

3. appareils tactiles.

Les principaux dispositifs sensoriels requis par un robot intelligent sont comme si les trois sens.

1. b) Fonction de reconnaissance d'un robot intelligent. Les signaux reçus par les dispositifs sensoriels sont généralement des informations correspondant à une "image". Sur la base "de ces informations, il est possible d'identifier les caractéristiques de l'objet et d'effectuer les mesures nécessaires de l'image.

En reconnaissant des objets à l'aide d'appareils visuels et auditifs, on peut faire la distinction entre la reconnaissance de la chose de l'opération elle-même et la reconnaissance des signaux de l'opérateur. Dans le second cas, nous parlons de la gloire des appels enregistrés, par exemple, sur papier sous forme de lettres ou de graphiques, ou de la reconnaissance des signes donnés par la voix.

1. Appareils de vision. Des informations visuelles sur une image peuvent être obtenues en utilisant une caméra de télévision comme périphérique d'entrée. Il est également prévu d'utiliser des dispositifs dans lesquels des faisceaux laser seront utilisés comme dispositif d'entrée visuel.

Les informations de reconnaissance sont principalement des informations de lumière et d'ombre (contraste), mais des informations de couleur et des informations de position (par des points lumineux dans l'image) peuvent également être utilisées.

Les objets reconnus sont des objets tridimensionnels. Le processus de reconnaissance se déroule comme suit (séquence :

1. prétraitement (image de contour),
2. reconnaissance,
3. mesure (des paramètres nécessaires de l'objet, par exemple, sa taille, son emplacement, etc.).

Dans le problème de la reconnaissance, il existe de nombreuses questions d'un grand intérêt, telles que la reconnaissance de formes complexes, la reconnaissance d'objets lorsque certains sont placés les uns sur les autres, etc.

Pour qu'un robot intelligent fonctionne, il doit "comprendre" son environnement. Le robot se souvient du monde réel de son territoire sous la forme d'un modèle, mais la vision seule ne suffit pas pour évaluer l'environnement.

2. Appareils auditifs. Les appareils auditifs sont plus souvent utilisés à des fins de mesure et de détection que pour la reconnaissance de formes. En plus des mesures par ultrasons concernant des objets & #39; emplacement et dimensions, les appareils auditifs sont utilisés pour reconnaître la fin des opérations et détecter les bruits inhabituels en captant les sons et les bruits sur le lieu de travail avec des microphones.

3. Appareils tactiles. Ils sont principalement utilisés pour la détection de localisation et la mesure directe. Cependant, en plus de cela, des informations tactiles peuvent être utilisées pour reconnaître l'état de surface des objets et leurs propriétés (poids, élasticité, etc.).

Traitement des commandes et prise de décision

Un robot intelligent établit un plan d'opérations et exécute un travail en fonction des commandes données par un opérateur humain et des résultats de reconnaissance. Les commandes livrées au robot peuvent prendre des formes variées : des plus simples et concrètes aux plus abstraites. Quant aux modalités d'utilisation des résultats de reconnaissance, elles peuvent aussi être très différentes : du changement de programme à l'aide de simples capteurs, donnant au robot des propriétés d'adaptation, à la réalisation automatique d'une programmation heuristique.

Échange d'informations entre un humain et un robot intelligent

Pour effectuer des opérations à l'aide d'un robot intelligent, l'échange d'informations entre un humain et un robot est nécessaire. Les robots intelligents ont une différence significative dans les "niveaux d'intelligence". Selon cela, il existe des moyens d'échange d'informations correspondant à l'un ou l'autre niveau. Dans l'échange d'informations entre un humain et un robot intelligent, il y a des informations que l'humain doit donner au robot et des connaissances que le robot intelligent dirige vers l'humain. Le premier comprend les commandes données au robot et les informations d'apprentissage. Le second fournit des messages à l'humain sur l'avancement des opérations, la fin des opérations, les résultats, etc., ou les demandes d'aide de l'humain. La communication visuelle et auditive peut faciliter un bon échange d'informations entre un robot intelligent et un humain. En tactile optique, les moyens pour le robot intelligent de recevoir des informations de l'humain peuvent être la reconnaissance des lettres et la distinction des figures et des dessins. La norme pour le transfert mutuel d'informations combine un écran avec un stylet lumineux. L'avantage de la communication visuelle est que si un humain utilise des lettres, des dessins, des chiffres, etc., tout en donnant des ordres ou en enseignant, cela aide à organiser sa pensée. Dans la communication auditive, la reconnaissance vocale est le moyen de transmettre des informations. En utilisant des techniques de synthèse vocale, il est possible de donner des commandes et d'enseigner le robot avec une voix humaine. En termes de spécification des méthodes de communication énumérées ci-dessus, le développement de matériel de prétraitement de l'information et la recherche de la structure de l'information et des langages machine sont essentiels.

Étapes importantes dans l'histoire des robots intelligents

Les trois "tortues" créées par le biophysicien et neurophysiologiste anglais G. Walter en 1950-1951 constituent une avancée significative dans le développement de la technologie et sont les plus célèbres. Ces appareils sont des jouets électromécaniques autodidactes, capables de ramper vers ou depuis la lumière, d'éviter les obstacles, d'entrer dans le "feeder" pour recharger les piles déchargées, etc. Les "tortues" ; ont démontré des propriétés d'apprentissage malgré un dispositif simple et un système de contrôle analogique. L'émergence de l'intelligence chez les robots est liée au développement de l'ordinateur. Le robot "Shakey" a été créé en 1969 à l'Institut de recherche de Stanford (États-Unis) et était alors appelé robot intégral ou automate mobile utilisant les principes de l'intelligence artificielle. Ce robot était composé d'une partie mobile, d'un ordinateur et du logiciel correspondant. Le robot a été conçu pour étudier les processus de contrôle en temps réel dans un environnement complexe. Toutes les fonctions que le robot doit remplir peuvent être divisées en trois catégories : résolution de problèmes, perception et simulation. Le système de commande du robot qui sert à la résolution de problèmes utilise les informations enregistrées dans le modèle pour planifier et calculer la séquence des actions. Lorsque l'environnement change par les mouvements actifs du robot lui-même ou pour d'autres raisons, le modèle doit être transformé pour se souvenir de ces changements. En outre, de nouvelles informations actuelles sur l'environnement, que le robot acquiert au fur et à mesure qu'il l'apprend, doivent être ajoutées au modèle. En 1969, le Laboratoire électrotechnique (Japon) a commencé à développer un projet de "robot industriel intelligent". L'objectif était de créer un robot doté d'une intelligence artificielle pour effectuer des travaux d'assemblage avec un contrôle visuel. Le manipulateur du robot possède six degrés de liberté et est contrôlé par un mini-ordinateur (mémoire principale 32000 mots, mémoire magnétique externe 273000 mots). Le manipulateur est équipé de capteurs tactiles. Deux caméras TV équipées de filtres rouge-vert-bleu pour la reconnaissance des couleurs des objets sont utilisées comme système de perception visuelle. Le robot pouvait reconnaître des objets simples délimités par des plans et des surfaces cylindriques sous un éclairage spécial. En 1972-1975, l'Institut de cybernétique de Kiev a créé un modèle de robot intégré autonome de transport (TAIR). Ce robot se déplaçait de manière ciblée dans un environnement naturel, évitant les obstacles, etc. Structurellement, TAIR était un chariot autopropulsé à trois roues équipé d'un système de capteurs : un télémètre optique, un système de navigation avec deux radiobalises et une boussole, des capteurs de contact, des capteurs d'angle de chariot, une minuterie, etc.

Applications des robots intelligents

Les robots industriels ont commencé à être largement introduits dans la sphère de la production dans les années soixante-dix du siècle dernier. Ces robots étaient contrôlés automatiquement par des systèmes de commande numérique. L'utilisation d'éléments adaptatifs a permis d'étendre les capacités des robots industriels.

Les industries automobile et électronique sont les principaux consommateurs dans le domaine de la robotique industrielle. Actuellement, de nombreux types de robots industriels sont produits pour la manipulation, la soudure, la peinture, l'emballage, le meulage, le polissage, etc., avec un large éventail d'applications en termes de précision et de nature des opérations effectuées.

Robots militaires

Un bon exemple est un programme mis en œuvre par la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), le principal centre de recherche du ministère américain de la défense. Son essence est la création d'une armée de robots. Selon les experts, la transition vers une armée de robots à part entière devrait avoir lieu d'ici 2025. Grâce à l'introduction de robots, le facteur le plus critique dans les opérations militaires est exclu - la présence de soldats vivants sur le champ de bataille. Grâce aux communications par satellite, une telle armée peut être contrôlée de n'importe où dans le monde. Des véhicules aériens sans pilote et des armes terrestres légères et moyennes sont déjà disponibles. Une nouvelle génération de véhicules lourdement blindés sera également disponible sous peu.
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Robots de sécurité

Actuellement, ces types de robots sont largement utilisés pour la sécurité. Un robot de reconnaissance modulaire a été utilisé lors de la Coupe du monde de la FIFA 2006 en Allemagne. Au total, pendant la Coupe du monde, au moins 20 machines de ce type étaient présentes à tout moment dans le stade olympique de Berlin.

Ces dernières années, des véhicules aériens sans pilote (UAV) ont été activement utilisés dans divers pays pour assurer la sécurité intérieure : patrouilles aux frontières, ports, pipelines et autres installations stratégiques, surveillance de la population.

Robots ménagers

Les robots pour la maison deviennent autant un attribut de la maison qu'un téléviseur ou un réfrigérateur. Chaque année, de nouveaux modèles améliorés d'aides ménagères sont développés. Grâce à cela, la tendance des prix de ces dernières années est à la baisse, et ils deviennent de plus en plus accessibles au grand public.

L'industrie de la robotique au Japon n'est pas le dernier endroit pour créer des aides humaines robotiques. Les experts soulignent que la tâche de recherche à grande échelle sur le problème de la coexistence homme-robot-assistant, y compris ses aspects psychologiques et sociaux, est à l'ordre du jour.

Les robots pour les jeux et le divertissement ont gagné en popularité ces dernières années. De nombreux jouets robots différents pour différents âges sont en cours de création.

Robots médicaux

Les robots médicaux font de plus en plus partie intégrante des cliniques modernes. Le système chirurgical da Vinci d'Intuitive Surgical est très répandu. Il s'agit d'un manipulateur de précision pour les médecins. Le système contrôle précisément ses mouvements et "voit" une image tridimensionnelle, ce qui contribue à rendre l'opération beaucoup moins douloureuse. Et cela contribue à un rétablissement plus rapide, rendant le processus de traitement plus accessible et moins coûteux.

Au Japon, les robots domestiques sont largement utilisés pour les soins aux patients, et dans les cliniques américaines, les machines sont appliquées pour délivrer des cartes d'enregistrement, distribuer des médicaments, effectuer des opérations chirurgicales et d'autres fonctions.

Robots spatiaux

Les robots spatiaux mènent l'exploration de l'espace et des autres planètes. Les stations interplanétaires automatisées et les planétoïdes destinés à étudier la surface des planètes du système solaire sont essentiellement des robots complexes. Le long délai de propagation des signaux radio élimine pratiquement toute possibilité de télécontrôle en temps réel, de sorte que le rover planétaire doit être capable de prendre des décisions sur place, c'est-à-dire avoir les propriétés d'un robot intelligent.

État des lieux et perspectives

Aujourd'hui, les robots intelligents ont quitté le domaine de la science pure pour devenir des éléments aussi nécessaires à la vie quotidienne que la télévision et les communications cellulaires. Cependant, certains défis majeurs doivent être surmontés pour déclencher un véritable essor. Les difficultés de communication et de coordination demeurent. Un mécanisme de préhension doit également être mis au point. Pourtant, les capacités des robots évoluent rapidement. D'après les recherches, un cerveau humain de 1,5 kilogramme peut effectuer environ 100 trillions d'opérations par seconde, soit près de trois fois plus que l'ordinateur le plus puissant du monde. Les machines peuvent atteindre cette puissance de traitement. Cependant, un robot n’a pas besoin de toutes les capacités du cerveau humain pour être suffisamment fonctionnel. Les chiffres de vente donnent l'ampleur du changement qui s'opère. Les experts estiment que le volume du marché des "robots domestiques" au Japon, par exemple, atteindra un volume annuel de 8 000 milliards de yens (70 milliards de dollars) d'ici 2025. La demande de robots personnels et mobiles est en constante augmentation. Nous vivons aujourd'hui dans un monde en mutation rapide, dont les robots dotés d'intelligence artificielle feront partie intégrante. Nous ne pouvons pas arrêter ces changements, mais nous pouvons les orienter pour améliorer la vie humaine..