O que é um robô "inteligente

20 Junho 2022 Blog da Leotronics

Robôs inteligentes ontem, hoje e amanhã

A evolução das idéias sobre as maneiras de desenvolver a robótica, seus objetivos e tarefas é muito semelhante ao que se observa em um campo como o da inteligência artificial. Explica-se pelo fato de que as tarefas originais se tornaram muito mais complexas, exigindo a criação de modelos, métodos, tecnologias e, acima de tudo, tecnologias de inteligência artificial totalmente diferentes. As tecnologias de inteligência artificial (IA) sempre estiveram intimamente relacionadas com a robótica. Não é por acaso que uma das direções da IA ainda é considerada como o comportamento orientado a metas de robôs (criação de robôs inteligentes capazes de realizar operações de forma autônoma para atingir as metas estabelecidas pelos humanos). Em geral, um robô pode ser definido como um complexo técnico projetado para executar vários movimentos e algumas funções intelectuais de um humano e possuindo os dispositivos de acionamento, controle e sistemas de informação necessários para este fim, juntamente com os meios para resolver tarefas computacionais e lógicas.

Atualmente, existem três gerações de robôs:

Programática. Programado rigidamente (ciclograma).
Adaptável. Capacidade de reprogramar automaticamente (adaptar) dependendo do ambiente. Inicialmente, apenas o básico do programa é definido.
Intelectuais. Uma tarefa é inserida de forma geral e o robô pode tomar decisões ou planejar suas ações em um ambiente incerto ou complicado que ele reconhece.

Robôs inteligentes

É geralmente aceito que um robô inteligente possui um chamado modelo do mundo externo ou ambiente interno, que permite que o robô atue em um ambiente de informação incerto. Se esse modelo for implementado na forma de uma base de conhecimento, é apropriado que essa base de conhecimento seja dinâmica. Nesse caso, a correção das regras de comportamento do robô nas condições de um ambiente em mudança implementa naturalmente os mecanismos de autoaprendizagem e adaptação. Assim, um robô inteligente é um robô que inclui um sistema de controle (SI) inovador. SI significa um sistema de computador para resolver problemas que um ser humano não consegue resolver em tempo real, ou sua solução requer suporte automatizado ou dá resultados comparáveis às decisões humanas. Além disso, entre outras coisas, está implícito que para que as tarefas sejam resolvidas, o SI não pressupõe a completude do conhecimento, devendo o próprio SI ter a capacidade de: ordenar dados e expertise com alocação de parâmetros essenciais; aprender com exemplos positivos e negativos, adaptar-se a mudanças no conjunto de fatos e conhecimentos, etc. Se definirmos a inteligência de um robô em palavras mais simples - o sistema pode resolver problemas formulados de maneira geral. Assim, apesar dos muitos critérios de inteligência propostos, o requisito mais robusto continua sendo que o papel humano na interação com o SI deve ser reduzido apenas à formulação da tarefa.

A arquitetura de robôs inteligentes

Hoje, acredita-se que um robô inteligente deve incluir: Atuadores - estes são manipuladores, material rodante e outros dispositivos, com a ajuda dos quais o robô pode agir sobre os objetos ao seu redor. E por sua estrutura, são dispositivos técnicos complexos com servoacionamentos, peças mecatrônicas, sensores e sistemas de controle. Por analogia com organismos vivos, estes são os braços e pernas do robô. Os sensores são sistemas de visão, audição, tato, sensores de distância, localizadores e outros dispositivos que permitem informações do mundo ao redor. O sistema de controle é o cérebro do robô, que deve receber informações dos sensores e controlar os atuadores. Esta parte do robô é geralmente implementada por software. O sistema de controle de um robô inteligente deve incluir os seguintes componentes: Um modelo mundial - reflete o estado do mundo ao redor do robô em termos que são fáceis de armazenar e processar. O modelo mundial desempenha a função de lembrar a condição dos objetos no mundo e suas propriedades. Sistema de reconhecimento - isto inclui sistemas de reconhecimento de imagem, reconhecimento de fala, etc. A tarefa do sistema de reconhecimento's é identificar, isto é, "reconhecimento" de objetos que envolvem o robô e sua posição no espaço. Como resultado dos componentes do sistema de reconhecimento, é construído um modelo do mundo. O sistema de planejamento de ação realiza um "virtual" transformação do modelo do mundo para obter alguma ação. Neste caso, a realização do objetivo é normalmente verificada. O resultado do trabalho de planejamento de ação é a construção de planos, ou seja, seqüências de ações elementares. Sistema de execução das ações - tenta executar as ações planejadas emitindo comandos para os atuadores e controlando o processo de execução simultaneamente. Se a execução de uma ação elementar se revelar impossível, todo o processo é interrompido e um novo planejamento (ou parcialmente novo) deve ser executado. Sistema de controle de metas - define a hierarquia, ou seja, a importância e a ordem de atingir as metas estabelecidas. As propriedades essenciais do sistema de gerenciamento são a capacidade de aprender e se adaptar, ou seja, a capacidade de gerar seqüências de ações para a meta estabelecida e de ajustar seu comportamento às mudanças das condições ambientais para atingir as metas estabelecidas.

Tecnologias de IA para robôs inteligentes

Sistemas inteligentes são um componente necessário para resolver os problemas de criação de um modelo do mundo, um sistema de planejamento de ação e gerenciamento de metas. A base de conhecimento em sistemas inteligentes é uma das principais partes do modelo mundial e suas funções de transformação. O reconhecimento de imagens há muito tempo é uma parte necessária de sistemas robóticos complexos. Os sistemas de visão volumétrica fornecem informações sobre a orientação dos objetos no espaço. Atualmente, estão ocorrendo mudanças significativas nesta área. O reconhecimento e a geração da fala são necessários para uma comunicação eficaz com os seres humanos. Sem essas tecnologias, o contato pleno com os seres humanos é impossível. Avanços significativos têm sido feitos na área de geração de fala baseada em texto. As coisas estão piores com o reconhecimento da fala porque é uma tarefa mais complexa.

Multi-agent systems are used to collectively control many robots that can work individually or as a team.

Controle inteligente de robôs

As operações são realizadas pelo robô inteligente na seguinte seqüência:

é feito um plano de operações,
levando em consideração o reconhecimento das condições de trabalho e o estado do objeto, a ordem das operações é determinada,
os atuadores do robô são acionados.

Ao contrário dos robôs inteligentes, nos robôs convencionais, o plano de operações e a ordem das ações dependem da decisão intencional de um operador humano, e a atuação dos atuadores é automática.

Uma característica de um sistema de controle de robô inteligente é que ele tem a função de reconhecer um objeto e seu estado usando dispositivos sensores e determinar (com base nessas informações e comandos recebidos do operador) as ações a serem executadas. Essencialmente, torna o robô versátil e capaz de se adaptar ao seu ambiente e fornece controle simples do robô.

Os principais pontos no sistema de controle de um robô inteligente são:

controle dos atuadores,
dispositivos de reconhecimento e detecção,
processamento de comando e tomada de decisão.

Troca de informações entre um humano e um robô inteligente

Dispositivos sensoriais e de reconhecimento

Um robô inteligente deve possuir principalmente a capacidade de se adaptar ao seu ambiente. Nisso, é claro, os dispositivos sensoriais que percebem informações externas desempenham um papel essencial.

Os campos de aplicação dos robôs inteligentes são vastos. Eles podem ser usados tanto na indústria quanto na pesquisa científica. Dependendo do uso pretendido do robô, é necessária uma grande variedade de dispositivos sensores. Aqui, limitaremos nossa discussão a dispositivos sensores e sistemas de reconhecimento de padrões para robôs industriais, que realizam principalmente operações de manuseio.

a) Dispositivos sensores necessários para robôs industriais inteligentes. Os três tipos principais de dispositivos de detecção a seguir podem ser distinguidos:

dispositivos de visão,
aparelhos auditivos,
dispositivos de toque.

Os principais dispositivos sensoriais exigidos por um robô inteligente são como se fossem os três sentidos.

b) Função de reconhecimento de um robô inteligente. Os sinais recebidos pelos dispositivos sensoriais são geralmente informações correspondentes a alguma "imagem". Com base "nessas informações, é possível identificar as características do objeto e fazer as medidas necessárias da imagem.

Ao reconhecer objetos usando dispositivos de visão e audição, pode-se distinguir entre o reconhecimento da coisa da operação em si e o reconhecimento de sinais do operador. No segundo caso, estamos falando da glória das chamadas gravadas, por exemplo, em papel em forma de letras ou gráficos, ou do reconhecimento de sinais que a voz dá.

Dispositivos de visão. A informação visual sobre uma imagem pode ser obtida usando uma câmera de televisão como dispositivo de entrada. Também há planos para usar dispositivos nos quais os feixes de laser serão usados como um dispositivo de entrada visual.

As informações para reconhecimento são principalmente informações de luz e sombra (contraste), mas também podem ser usadas informações de cor e posição (por pontos brilhantes na imagem).

Os objetos reconhecidos são objetos tridimensionais. O processo de reconhecimento prossegue da seguinte forma (sequência:

pré-processamento (imagem de contorno),
reconhecimento,
medição (dos parâmetros necessários do objeto, por exemplo, seu tamanho, localização etc.).

No problema do reconhecimento, há muitas questões de grande interesse, como reconhecer formas complexas, reconhecer objetos quando alguns são colocados em cima dos outros etc.

Para que um robô inteligente funcione, ele deve "entender" seu ambiente. O robô lembra o mundo real de seu território na forma de algum modelo, mas a visão por si só não é suficiente para avaliar o ambiente.

Aparelhos auditivos. Os aparelhos auditivos são mais frequentemente usados para fins de medição e detecção do que para reconhecimento de padrões. Além de medições ultrassônicas referentes a objetos' localização e dimensões, os aparelhos auditivos são usados para reconhecer o fim das operações e detectar ruídos incomuns captando sons e ruídos no local de trabalho com microfones.
Dispositivos de toque. Eles são usados principalmente para detecção de localização e medição direta. No entanto, além disso, as informações táteis podem ser usadas para reconhecer a condição da superfície dos objetos e suas propriedades (peso, elasticidade, etc.).

Processamento de comando e tomada de decisão

Um robô inteligente faz um plano de operações e executa o trabalho com base nos comandos dados por um operador humano e nos resultados de reconhecimento. Os pedidos entregues ao robô podem ter uma variedade de formas: desde simples e concretas até bastante abstratas. Quanto aos métodos de uso dos resultados de reconhecimento, eles também podem ser muito diferentes: desde a mudança de programas com a ajuda de sensores simples, dando ao robô algumas propriedades de adaptação, até a execução automática de programação heurística.

Troca de informações entre um humano e um robô inteligente

Para realizar operações utilizando um robô inteligente, é necessário trocar informações entre um humano e um robô. Robôs inteligentes têm uma diferença significativa em "níveis de inteligência." de acordo com isto, existem meios de troca de informações correspondentes a um ou outro nível. Na troca de informações entre um humano e um robô inteligente, há informações que o humano tem que dar ao robô e conhecimento que o robô inteligente direciona ao humano. O primeiro inclui comandos dados ao robô e informações de aprendizagem. O segundo fornece mensagens para o humano sobre o progresso das operações, o fim das operações, resultados, etc., ou pedidos de ajuda do humano. A comunicação visual e auditiva pode facilitar uma boa troca de informações entre um robô inteligente e um humano. No toque óptico, o meio para o robô inteligente receber informações do humano pode ser o reconhecimento da letra e da figura e o desenho da distinção. O padrão para transferência mútua de informações combina um display com uma caneta leve. A vantagem da comunicação visual é que se um humano usa letras, desenhos, figuras, etc., enquanto dá comandos ou ensina, ele ajuda a organizar seu pensamento. Na comunicação auditiva, o reconhecimento de voz é o meio de transmissão de informações. Usando técnicas de síntese de fala, é possível dar comandos e ensinar o robô com uma voz humana. Em termos de especificação dos métodos de comunicação listados acima, é essencial desenvolver o hardware de pré-processamento de informações e pesquisar a estrutura da informação e as linguagens das máquinas..

Marcos significativos na história dos robôs inteligentes

Um passo significativo no desenvolvimento da tecnologia e os mais famosos foram três "tartarugas" criados pelo biofísico e neurofisiologista inglês G. Walter em 1950 - 1951. Estes dispositivos são brinquedos eletromecânicos auto-movíveis, capazes de rastejar para ou da luz, evitando obstáculos, entrando no "alimentador" para recarregar baterias mortas, e afins. O " tartarugas " demonstraram propriedades de aprendizagem apesar de um dispositivo simples e um sistema de controle analógico; o "tartarugas" mostraram propriedades de ensino. O surgimento da inteligência em robôs está relacionado com o desenvolvimento do computador. O "Shakey" robô foi criado em 1969 no Instituto de Pesquisa de Stanford (EUA) e foi então chamado de robô integral ou autômato móvel usando os princípios da inteligência artificial. Este robô consistia de uma peça móvel, um computador e o software correspondente. O robô foi projetado para estudar processos de controle em tempo real em um ambiente complexo. Todas as funções que o robô deve realizar podem ser divididas em três classes: solução de problemas, percepção e simulação. O sistema de controle do robô que serve à solução de problemas utiliza as informações registradas no modelo para planejar e calcular a seqüência de ações. Como o ambiente muda pelos movimentos ativos do próprio robô ou por outras razões, o modelo deve ser transformado para se lembrar dessas mudanças. Além disso, novas informações atuais sobre o ambiente, que o robô adquire à medida que o aprende, devem ser adicionadas ao modelo. Em 1969, o Laboratório Eletrotécnico (Japão) começou a desenvolver um " robô industrial inteligente " projeto. O objetivo era criar um robô com inteligência artificial para realizar trabalhos de montagem com controle visual. O robô's manipulador tem seis graus de liberdade e é controlado por um mini-computador (memória principal 32000 palavras, memória magnética externa 273000 palavras). O manipulador é equipado com sensores táteis. Duas câmeras de TV equipadas com filtros vermelho-verde-azul para reconhecimento de cor dos objetos são usadas como sistema de percepção visual. O robô poderia reconhecer coisas simples delimitadas por planos e superfícies cilíndricas sob iluminação especial. Em 1972-1975, o Instituto Kyiv de Cibernética criou um modelo de robô integrado autônomo de transporte (TAIR). O robô demonstrou movimento intencional no ambiente natural, evitando obstáculos, etc. Estruturalmente, o TAIR era um carrinho autopropulsado de três rodas equipado com um sistema de sensores: um telêmetro óptico, um sistema de navegação com dois radiofaróis e uma bússola, sensores de contato, sensores de ângulo do carrinho, um temporizador, etc.

Aplicações de robôs inteligentes

Os robôs industriais começaram a ser amplamente introduzidos na esfera de produção nos anos setenta do século passado. Estes robôs eram controlados automaticamente por sistemas de controle numérico. O uso de elementos adaptativos tornou possível a expansão das capacidades dos robôs industriais.

As indústrias automotiva e eletrônica são os principais consumidores no campo da robótica industrial. Atualmente, diversos tipos de robôs industriais são produzidos para manipulação, soldagem, pintura, embalagem, retificação, polimento, etc., com uma ampla gama de aplicações em termos de precisão e natureza das operações realizadas.

Robôs militares

Um bom exemplo é um programa implementado pela Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), o principal centro de pesquisa do Departamento de Defesa dos EUA. Sua essência é a criação de um exército de robôs. Segundo especialistas, a transição para um exército técnico de robôs completo deve ocorrer até 2025. Graças à introdução de robôs, o fator mais crítico nas operações militares é excluído - a presença de soldados vivos no campo de batalha. Usando comunicações via satélite, esse exército pode ser controlado de qualquer lugar do mundo. Veículos aéreos não tripulados e armas terrestres leves e médias já estão disponíveis. Uma nova geração de veículos fortemente blindados também estará disponível em breve.

Robôs de segurança

Atualmente, esses tipos de robôs são amplamente utilizados para segurança. Um robô de reconhecimento modular foi usado na Copa do Mundo FIFA de 2006 na Alemanha. No total, durante a Copa do Mundo, pelo menos 20 dessas máquinas estiveram presentes no Estádio Olímpico de Berlim a qualquer momento.

Nos últimos anos, os veículos aéreos não tripulados (UAVs) têm sido usados ativamente em vários países para garantir a segurança interna, desde o patrulhamento de fronteiras, portos, oleodutos e outras instalações estratégicas até o monitoramento da população.

Robôs domésticos

Robôs para o lar estão se tornando um atributo do lar tanto quanto uma TV ou uma geladeira. Todos os anos, são desenvolvidos novos e melhorados modelos de ajudantes domésticas. Graças a isso, a tendência de preços dos últimos anos foi de queda e eles estão se tornando cada vez mais acessíveis à população em geral.

A indústria de robótica no Japão não é o último lugar para criar ajudantes humanos robóticos. Especialistas apontam que a tarefa de pesquisa em larga escala sobre o problema da convivência humano-robô-assistente, incluindo seus aspectos psicológicos e sociais, está na agenda.

Robôs para jogos e entretenimento vêm ganhando popularidade nos últimos anos. Muitos brinquedos robotizados diferentes para várias idades estão sendo criados.

Robôs médicos

Os robôs médicos estão se tornando parte integrante das clínicas modernas. O sistema cirúrgico da Vinci da Intuitive Surgical é amplamente difundido. É um manipulador de precisão para médicos. O sistema controla com precisão seus movimentos e "vê" uma imagem tridimensional, que ajuda a tornar a cirurgia muito menos dolorosa. E isto, por sua vez, contribui para uma recuperação mais rápida, tornando o processo de tratamento mais acessível e mais barato.

Space robots

Robôs espaciais conduzem a exploração do espaço e de outros planetas. As estações interplanetárias automatizadas e os planetóides para estudar a superfície dos planetas do sistema solar são essencialmente robôs complexos. O longo atraso na propagação do sinal de rádio praticamente elimina o telecontrole em tempo real, portanto, o planet rover deve ser capaz de tomar decisões no local, ou seja, ter as propriedades de um robô inteligente.

Estado da Arte e Perspectivas

Hoje, robôs inteligentes saíram do reino da ciência pura e estão se tornando elementos tão necessários da vida cotidiana quanto a televisão e as comunicações celulares. No entanto, alguns desafios-chave devem ser superados para desencadear um verdadeiro boom. As dificuldades de comunicação e coordenação permanecem. Um mecanismo de aperto também precisa ser trabalhado. Ainda assim, os robôs' as habilidades estão evoluindo rapidamente. De acordo com pesquisas, um cérebro humano de 1,5 quilograma pode realizar cerca de 100 trilhões de operações por segundo - quase três vezes mais do que o computador mais potente do mundo's. As máquinas podem alcançar este poder de processamento. Entretanto, um robô não precisa de todas as capacidades do cérebro humano... 39;s para ser funcional o suficiente. Os números das vendas dão a escala da mudança que está ocorrendo. Especialistas estimam que o volume do "robôs domésticos" mercado no Japão, por exemplo, atingirá um volume anual de 8 trilhões de ienes (70 bilhões de dólares) até 2025. A demanda por robôs pessoais e móveis está em constante crescimento. Hoje vivemos em um mundo em rápida mudança, do qual os robôs com inteligência artificial serão parte integrante. Não podemos deter estas mudanças, mas podemos direcioná-las para melhorar a vida humana.