Che cos'è un robot "intelligente"?

Robot intelligenti ieri, oggi e domani

L'evoluzione delle idee sulle modalità di sviluppo della robotica, sui suoi obiettivi e sui suoi compiti è molto simile a quella che si osserva in un campo come quello dell'intelligenza artificiale. Ciò si spiega con il fatto che i compiti originari si sono rivelati molto più complessi, richiedendo la creazione di modelli, metodi, tecnologie e soprattutto tecnologie di intelligenza artificiale completamente diversi. Le tecnologie di intelligenza artificiale (AI) sono sempre state strettamente legate alla robotica. Non è un caso che una delle direzioni dell'IA sia ancora considerata il comportamento orientato agli obiettivi dei robot (creazione di robot intelligenti in grado di eseguire autonomamente operazioni per raggiungere gli obiettivi fissati dall'uomo). In generale, un robot può essere definito come un complesso tecnico progettato per eseguire vari movimenti e alcune funzioni intellettuali di un essere umano e che possiede i dispositivi di attuazione, i sistemi di controllo e di informazione necessari a questo scopo, insieme ai mezzi per risolvere compiti computazionali e logici.

Attualmente esistono tre generazioni di robot:

• Programmatico. Rigidamente programmato (ciclogramma).
• Adattabile. Possibilità di riprogrammare (adattarsi) automaticamente a seconda dell'ambiente. Inizialmente vengono impostate solo le basi del programma.
• Intellettuale. Un'attività viene immessa in una forma generale e il robot può prendere decisioni o pianificare le proprie azioni in un ambiente incerto o complicato che riconosce.

Robot intelligenti

È generalmente accettato che un robot intelligente abbia un cosiddetto modello del mondo esterno o dell'ambiente interno, che consente al robot di agire in un ambiente informativo incerto. Se questo modello viene implementato sotto forma di base di conoscenza, è opportuno che questa base di conoscenza sia dinamica. In questo caso, la correzione delle regole di comportamento del robot nelle condizioni di un ambiente mutevole implementa naturalmente i meccanismi di autoapprendimento e adattamento. Pertanto, un robot intelligente è un robot che include un sistema di controllo innovativo (IS). IS significa un sistema informatico per la risoluzione di problemi che un essere umano non può risolvere in tempo reale, o la loro soluzione richiede un supporto automatizzato o fornisce risultati paragonabili alle decisioni umane. Inoltre, tra l'altro, è implicito che per i compiti da risolvere, l'IS non presuppone la completezza delle conoscenze e l'IS stesso dovrebbe avere la capacità: di ordinare dati e competenze con l'assegnazione di parametri essenziali; imparare da esempi positivi e negativi, adattarsi ai cambiamenti nell'insieme dei fatti e delle conoscenze, ecc. Se definiamo l'intelligenza di un robot in parole più semplici, il sistema può risolvere problemi formulati in modo generale. Quindi, nonostante i numerosi criteri di intelligence proposti, il requisito più solido rimane che il ruolo umano nell'interazione con l'IS debba essere ridotto solo alla formulazione del compito.

L'architettura dei robot intelligenti

Oggi si ritiene che un robot intelligente debba comprendere: Attuatori - si tratta di manipolatori, carrelli e altri dispositivi, con l'aiuto dei quali il robot può agire sugli oggetti che lo circondano. Per la loro struttura, si tratta di dispositivi tecnici complessi con servoazionamenti, parti meccatroniche, sensori e sistemi di controllo. Per analogia con gli organismi viventi, sono le braccia e le gambe del robot. I sensori sono sistemi di visione, udito, tatto, sensori di distanza, localizzatori e altri dispositivi che consentono di ottenere informazioni dal mondo circostante. Il sistema di controllo è il cervello del robot, che deve ricevere informazioni dai sensori e controllare gli attuatori. Questa parte del robot è solitamente implementata da un software. Il sistema di controllo di un robot intelligente deve includere i seguenti componenti: Un modello del mondo - riflette lo stato del mondo circostante il robot in termini facili da memorizzare ed elaborare. Il modello del mondo svolge la funzione di ricordare le condizioni degli oggetti nel mondo e le loro proprietà. Sistema di riconoscimento - comprende i sistemi di riconoscimento delle immagini, il riconoscimento vocale, ecc. Il compito del sistema di riconoscimento è l'identificazione, cioè il "riconoscimento" degli oggetti che circondano il robot e della loro posizione nello spazio. Come risultato dei componenti del sistema di riconoscimento, viene costruito un modello del mondo. Il sistema di pianificazione delle azioni esegue una trasformazione "virtuale" del modello del mondo per ottenere un'azione. In questo caso, di solito viene verificata la raggiungibilità dell'obiettivo. Il risultato del lavoro di pianificazione delle azioni è la costruzione di piani, cioè sequenze di azioni elementari. Sistema di esecuzione delle azioni - cerca di eseguire le azioni pianificate impartendo comandi agli attuatori e controllando contemporaneamente il processo di esecuzione. Se l'esecuzione di un'azione elementare risulta impossibile, l'intero processo viene interrotto e deve essere eseguita una nuova (o parzialmente nuova) pianificazione. Sistema di controllo degli obiettivi - definisce la gerarchia, cioè l'importanza e l'ordine di raggiungimento degli obiettivi prefissati. Le proprietà essenziali del sistema di gestione sono la capacità di apprendere e adattarsi, cioè la capacità di generare sequenze di azioni per l'obiettivo prefissato e di adattare il proprio comportamento alle mutevoli condizioni ambientali per raggiungere gli obiettivi prefissati..

Tecnologie AI per robot intelligenti

I sistemi intelligenti sono una componente necessaria per risolvere i problemi di creazione di un modello del mondo, un sistema di pianificazione delle azioni e di gestione degli obiettivi. La base di conoscenza nei sistemi intelligenti è una delle parti principali del modello mondiale e delle sue funzioni di trasformazione. Il riconoscimento delle immagini è stato a lungo una parte necessaria dei complessi sistemi robotici. I sistemi di visione volumetrica forniscono informazioni sull'orientamento degli oggetti nello spazio. Attualmente sono in corso cambiamenti significativi in ​​questo settore. Il riconoscimento e la generazione del linguaggio sono necessari per una comunicazione efficace con gli esseri umani. Senza queste tecnologie, il contatto a tutti gli effetti con gli esseri umani è impossibile. Sono stati compiuti progressi significativi nell'area della generazione vocale basata su testo. Le cose vanno peggio con il riconoscimento vocale perché è un compito più complesso.

I sistemi multi-agente vengono utilizzati per controllare collettivamente molti robot che possono lavorare individualmente o in gruppo.

Controllo robot intelligente

Le operazioni vengono eseguite dal robot intelligente nella seguente sequenza:

1. viene elaborato un piano operativo,
2. tenendo conto del riconoscimento delle condizioni di lavoro e dello stato dell'oggetto, viene determinato l'ordine delle operazioni,
3. vengono azionati gli attuatori del robot.

A differenza dei robot intelligenti, nei robot convenzionali, il piano delle operazioni e l'ordine delle azioni dipendono dalla decisione volontaria di un operatore umano e l'attivazione degli attuatori è automatica.

Una caratteristica di un sistema di controllo robot intelligente è che ha la funzione di riconoscere un oggetto e il suo stato tramite dispositivi sensoriali e di determinare (sulla base di queste informazioni e dei comandi ricevuti dall'operatore) le azioni da compiere. In sostanza, rende il robot versatile e in grado di adattarsi al suo ambiente e fornisce un semplice controllo del robot.

I punti principali nel sistema di controllo di un robot intelligente sono:

1. controllo degli attuatori,
2. dispositivi di riconoscimento e rilevamento
3. elaborazione dei comandi e processo decisionale.

Scambio di informazioni tra un essere umano e un robot intelligente

Dispositivi di riconoscimento e sensoriali

Un robot intelligente deve possedere principalmente la capacità di adattarsi al suo ambiente. In questo, ovviamente, i dispositivi sensoriali che percepiscono le informazioni esterne giocano un ruolo essenziale.

I campi di applicazione dei robot intelligenti sono vasti. Possono essere utilizzati sia nell'industria che nella ricerca scientifica. A seconda dell'uso previsto del robot, è necessaria un'ampia varietà di dispositivi di rilevamento. In questa sede limiteremo la nostra discussione ai dispositivi sensori e ai sistemi di riconoscimento dei modelli per robot industriali, che eseguono principalmente operazioni di movimentazione.

1. a) Dispositivi sensori richiesti per robot industriali intelligenti. Si possono distinguere i seguenti tre tipi principali di dispositivi di rilevamento:

1. dispositivi di visione

2. apparecchi acustici

3. dispositivi touch.

I dispositivi sensoriali primari richiesti da un robot intelligente sono come i tre sensi.

1. b) Funzione di riconoscimento di un robot intelligente. I segnali ricevuti dai dispositivi sensoriali sono solitamente informazioni corrispondenti ad alcune "immagini". Sulla base "su queste informazioni, è possibile identificare le caratteristiche dell'oggetto ed effettuare le misurazioni necessarie dell'immagine.

Nel riconoscere gli oggetti mediante dispositivi visivi e acustici, si può distinguere tra il riconoscimento dell'oggetto dell'operazione stessa e il riconoscimento dei segnali dell'operatore. Nel secondo caso si tratta della gloria delle chiamate registrate, ad esempio su carta in forma di lettere o di grafici, oppure del riconoscimento dei segni che la voce dà.

1. Dispositivi di visione. È possibile ottenere informazioni visive su un'immagine utilizzando una telecamera come dispositivo di input. Ci sono anche piani per utilizzare dispositivi in ​​cui i raggi laser verranno utilizzati come dispositivo di input visivo.

Le informazioni per il riconoscimento sono principalmente informazioni su luci e ombre (contrasto), ma possono essere utilizzate anche informazioni sul colore e informazioni sulla posizione (tramite punti luminosi nell'immagine).

Gli oggetti riconosciuti sono oggetti tridimensionali. Il processo di riconoscimento procede come segue (sequenza:

1. preelaborazione (immagine di contorno),
2. riconoscimento,
3. misurazione (dei parametri necessari dell'oggetto, ad es. dimensione, posizione, ecc.).

Nel problema del riconoscimento ci sono molte questioni di grande interesse, come riconoscere forme complesse, riconoscere oggetti quando alcuni sono posti uno sopra l'altro, ecc.

Affinché un robot intelligente funzioni, deve "capire" il suo ambiente. Il robot ricorda il mondo reale del suo territorio sotto forma di qualche modello, ma la visione da sola non è sufficiente per valutare l'ambiente.

1. Apparecchi acustici. Gli apparecchi acustici vengono utilizzati più spesso per scopi di misurazione e rilevamento che per il riconoscimento di schemi. Oltre alle misurazioni ultrasoniche relative agli oggetti' posizione e dimensioni, gli apparecchi acustici vengono utilizzati per riconoscere la fine delle operazioni e rilevare rumori insoliti captando suoni e rumori sul posto di lavoro con i microfoni.

2. Dispositivi touch. Sono utilizzati principalmente per il rilevamento della posizione e la misurazione diretta. Tuttavia, oltre a questo, le informazioni tattili possono essere utilizzate per riconoscere lo stato della superficie degli oggetti e le loro proprietà (peso, elasticità, ecc.).

Elaborazione dei comandi e processo decisionale

Un robot intelligente fa un piano delle operazioni ed esegue il lavoro in base ai comandi impartiti da un operatore umano e ai risultati del riconoscimento. Gli ordini consegnati al robot possono avere una varietà di forme: da semplici e concrete a piuttosto astratte. Per quanto riguarda le modalità di utilizzo dei risultati del riconoscimento, possono essere anche molto diverse: dal cambio di programma con l'ausilio di semplici sensori, conferendo al robot alcune proprietà di adattamento, all'esecuzione automatica della programmazione euristica.

Scambio di informazioni tra un essere umano e un robot intelligente

Per eseguire operazioni utilizzando un robot intelligente, è necessario lo scambio di informazioni tra un essere umano e un robot. I robot intelligenti presentano una differenza significativa nei "livelli di intelligenza". In base a ciò, esistono mezzi di scambio di informazioni corrispondenti all'uno o all'altro livello. Nello scambio di informazioni tra un essere umano e un robot intelligente, ci sono informazioni che l'essere umano deve fornire al robot e la conoscenza che il robot intelligente indirizza all'essere umano. Il primo include i comandi dati al robot e le informazioni di apprendimento. Il secondo fornisce messaggi all'umano sullo stato di avanzamento delle operazioni, la fine delle operazioni, i risultati, ecc., o le richieste di aiuto dell'umano. La comunicazione visiva e uditiva può facilitare un buon scambio di informazioni tra un robot intelligente e un essere umano. Nel tocco ottico, i mezzi con cui il robot intelligente può ricevere informazioni dall'essere umano possono essere il riconoscimento di lettere, figure e distinzioni. Lo standard per il trasferimento reciproco delle informazioni combina un display con una penna luminosa. Il vantaggio della comunicazione visiva è che se un essere umano usa lettere, disegni, figure, ecc., mentre impartisce comandi o insegna, aiuta a organizzare il suo pensiero. Nella comunicazione uditiva, il riconoscimento vocale è il mezzo per trasmettere informazioni. Utilizzando tecniche di sintesi vocale, è possibile impartire comandi e insegnare al robot con voce umana. Per quanto riguarda la specifica dei metodi di comunicazione sopra elencati, lo sviluppo dell'hardware di preelaborazione delle informazioni e la ricerca della struttura delle informazioni e dei linguaggi macchina sono essenziali.

Traguardi importanti nella storia dei robot intelligenti

Un significativo passo avanti nello sviluppo della tecnologia e il più famoso sono state le tre "tartarughe" create dal biofisico e neurofisiologo inglese G. Walter nel 1950 - 1951. Questi dispositivi sono giocattoli elettromeccanici che si muovono autonomamente, in grado di strisciare verso o dalla luce, di evitare gli ostacoli, di entrare nella "mangiatoia" per ricaricare le batterie scariche e simili. Le "tartarughe" hanno dimostrato proprietà di apprendimento nonostante un dispositivo semplice e un sistema di controllo analogico; le "tartarughe" hanno dimostrato proprietà di insegnamento. L'emergere dell'intelligenza nei robot è legato allo sviluppo del computer. Il robot "Shakey" è stato creato nel 1969 presso lo Stanford Research Institute (USA) e all'epoca era chiamato robot integrale o automa mobile che utilizzava i principi dell'intelligenza artificiale. Questo robot consisteva in una parte mobile, un computer e un software corrispondente. Il robot è stato progettato per studiare i processi di controllo in tempo reale in un ambiente complesso. Tutte le funzioni che il robot deve svolgere possono essere suddivise in tre classi: risoluzione di problemi, percezione e simulazione. Il sistema di controllo del robot che serve alla risoluzione dei problemi utilizza le informazioni registrate nel modello per pianificare e calcolare la sequenza di azioni. Quando l'ambiente cambia a causa dei movimenti attivi del robot stesso o per altri motivi, il modello deve essere trasformato per ricordare questi cambiamenti. Inoltre, al modello devono essere aggiunte nuove informazioni attuali sull'ambiente, che il robot acquisisce man mano che lo impara. Nel 1969, il Laboratorio Elettrotecnico (Giappone) ha iniziato a sviluppare un progetto di "robot industriale intelligente". L'obiettivo era quello di creare un robot dotato di intelligenza artificiale per eseguire lavori di assemblaggio con controllo visivo. Il manipolatore del robot ha sei gradi di libertà ed è controllato da un minicomputer (memoria principale 32000 parole, memoria magnetica esterna 273000 parole). Il manipolatore è dotato di sensori tattili. Come sistema di percezione visiva vengono utilizzate due telecamere dotate di filtri rosso-verde-blu per il riconoscimento dei colori degli oggetti. Il robot è in grado di riconoscere oggetti semplici delimitati da piani e superfici cilindriche sotto un'illuminazione speciale. Nel 1972-1975, l'Istituto di cibernetica di Kiev ha creato un modello di robot autonomo integrato per il trasporto (TAIR). Il robot ha dimostrato di muoversi in modo mirato nell'ambiente naturale, evitando gli ostacoli, ecc. Strutturalmente, TAIR era un carrello semovente a tre ruote dotato di un sistema di sensori: un telemetro ottico, un sistema di navigazione con due radiofari e una bussola, sensori di contatto, sensori di angolo del carrello, un timer, ecc.

Applicazioni di robot intelligenti

I robot industriali hanno iniziato ad essere ampiamente introdotti nella sfera della produzione negli anni settanta del secolo scorso. Questi robot erano controllati automaticamente da sistemi di controllo numerico. L'uso di elementi adattivi ha permesso di espandere le capacità dei robot industriali.

Le industrie automobilistiche ed elettroniche sono i principali consumatori nel campo della robotica industriale. Attualmente vengono prodotti diversi tipi di robot industriali per la manipolazione, saldatura, verniciatura, confezionamento, molatura, lucidatura, ecc., con un'ampia gamma di applicazioni in termini di precisione e natura delle operazioni eseguite.

Robot militari

Un buon esempio è un programma implementato dalla Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), il principale centro di ricerca del Dipartimento della Difesa statunitense. La sua essenza è la creazione di un esercito di robot. Secondo gli esperti, il passaggio a un vero e proprio esercito robot-tecnico dovrebbe avvenire entro il 2025. Grazie all'introduzione dei robot, il fattore più critico nelle operazioni militari è escluso: la presenza di soldati vivi sul campo di battaglia. Utilizzando le comunicazioni satellitari, un tale esercito può essere controllato da qualsiasi parte del mondo. Sono già disponibili veicoli aerei senza pilota e armi da terra leggere e medie. A breve sarà disponibile anche una nuova generazione di veicoli pesantemente corazzati.

Robot di sicurezza

Attualmente, questi tipi di robot sono ampiamente utilizzati per la sicurezza. Un robot da ricognizione modulare è stato utilizzato alla Coppa del Mondo FIFA 2006 in Germania. In totale, durante la Coppa del Mondo, almeno 20 di queste macchine erano presenti allo Stadio Olimpico di Berlino in qualsiasi momento.

Negli ultimi anni, i veicoli aerei senza pilota (UAV) sono stati utilizzati attivamente in vari paesi per garantire la sicurezza interna, dal pattugliamento di frontiere, porti, oleodotti e altre strutture strategiche al monitoraggio della popolazione.

Robot domestici

I robot per la casa stanno diventando un attributo della famiglia tanto quanto una TV o un frigorifero. Ogni anno vengono sviluppati modelli nuovi e migliorati di collaboratori domestici. Grazie a ciò, l'andamento dei prezzi degli ultimi anni è stato al ribasso e stanno diventando sempre più accessibili alla popolazione generale.

L'industria della robotica in Giappone non è l'ultimo posto dove creare aiutanti umani robotici. Gli esperti sottolineano che il compito di una ricerca su larga scala sul problema della convivenza uomo-robot-assistente, compresi i suoi aspetti psicologici e sociali, è all'ordine del giorno.

I robot per giochi e intrattenimento hanno guadagnato popolarità negli ultimi anni. Sono stati creati molti giocattoli robotici diversi per varie età.

Robot medici

I robot medici stanno diventando parte integrante delle cliniche moderne. Il sistema chirurgico da Vinci di Intuitive Surgical è molto diffuso. È un manipolatore di precisione per medici. Il sistema controlla accuratamente i suoi movimenti e "vede"; un'immagine tridimensionale, che aiuta a rendere l'intervento molto meno doloroso. E questo, a sua volta, contribuisce a una guarigione più rapida, rendendo il processo di trattamento più accessibile ed economico.

In Giappone, i robot domestici sono ampiamente utilizzati per la cura dei pazienti e nelle cliniche statunitensi le macchine vengono utilizzate per fornire schede di registrazione, dispensare farmaci, eseguire interventi chirurgici e altre funzioni.

Robot spaziali

I robot spaziali conducono l'esplorazione dello spazio e di altri pianeti. Le stazioni interplanetarie automatizzate e i planetoidi per studiare la superficie dei pianeti del sistema solare sono essenzialmente robot complessi. Il lungo ritardo nella propagazione del segnale radio elimina virtualmente il telecontrollo in tempo reale, quindi il planet rover deve essere in grado di prendere decisioni sul posto, cioè avere le proprietà di un robot intelligente.

Stato dell'arte e prospettive

Oggi i robot intelligenti sono usciti dal regno della scienza pura e stanno diventando elementi necessari della vita quotidiana come la televisione e le comunicazioni cellulari. Tuttavia, devono essere superate alcune sfide fondamentali per innescare un vero e proprio boom. Rimangono le difficoltà di comunicazione e di coordinamento. È inoltre necessario elaborare un meccanismo di presa. Tuttavia, le capacità dei robot stanno evolvendo rapidamente. Secondo una ricerca, un cervello umano di 1,5 chilogrammi può eseguire circa 100 trilioni di operazioni al secondo, quasi il triplo del computer più potente del mondo. Le macchine possono raggiungere questa potenza di elaborazione. Tuttavia, un robot non ha bisogno di tutte le capacità del cervello umano per essere sufficientemente funzionale. I dati di vendita danno l'idea della portata del cambiamento in corso. Gli esperti stimano che il volume del mercato dei "robot domestici" in Giappone, ad esempio, raggiungerà un volume annuale di 8.000 miliardi di yen (70 miliardi di dollari) entro il 2025. La domanda di robot personali e mobili è in costante crescita. Oggi viviamo in un mondo in rapida evoluzione, di cui i robot con intelligenza artificiale saranno parte integrante. Non possiamo fermare questi cambiamenti, ma possiamo indirizzarli per migliorare la vita umana..