Instituto Tecnológico de Morelia ROBÓTICA Instituto Tecnológico de Morelia ITM M.C. Rogelio Ferreira Escutia M.C. Miriam Zulma Sánchez Hernández

Inteligencia Artificial Ciencia de la obtención de máquinas que logren hacer cosas que requerirían inteligencia si las hiciesen los humanos. (Minsky, 1968) “La IA es el diseño de sistemas Inteligentes, que exhiben características que asociamos con la inteligencia humana, como el aprendizaje y el razonamiento” [Barr-Feigenbaum,1986]. La Inteligencia Artificial (IA) es una de las disciplinas más nuevas, que se inicia a principios de 1956 cuando se define este término, aunque ya se había trabajado en ella tiempo atrás. A pesar de esto, su estudio y aplicación ha crecido grandemente con el paso de los años. El problema que aborda la IA es uno de los más complejos: El estudio del Cerebro, Biológico y Electrónico. En el área de Inteligencia Artificial se han desarrollado diferentes tipos de algoritmos, los cuales tratan de simular el comportamiento del cerebro humano ante la presencia de un problema que implique la toma de decisiones. Ya se han realizado algunos avances en esta área pero aún estamos lejos de crear una verdadera Inteligencia Artificial Desde hace más de 2000 años, los filósofos han tratado de entender la inteligencia, así como la forma en que los humanos aprendemos, recordamos y razonamos, pero a diferencia de la Filosofía y de otras áreas que se encargan del estudio del cerebro (como la Psicología), la IA está encaminada no sólo la comprensión de la inteligencia, sino también a la construcción de entidades inteligentes [Russell-Norvig,96

Fundamentos de la IA FILOSOFÍA De la cual han surgido teorías acerca del Razonamiento y el Aprendizaje MATEMÁTICAS Han aportado teorías formales relacionadas con la lógica, probabilidad, toma de decisiones y la computación PSICOLOGÍA Investiga la mente humana LINGÜÍSTICA Ofrece teorías sobre la estructura y el significado del lenguaje COMPUTACIÓN Aporta el conjunto de herramientas para que la IA se convierta en una realidad hoy en día La IA se fundamenta en otras áreas del conocimiento como la Filosofía, de la cual han surgido teorías acerca del Razonamiento y el Aprendizaje. Las Matemáticas han aportado teorías formales relacionadas con la lógica, probabilidad, toma de decisiones y la computación. La Psicología investiga la mente humana. La Lingüística ofrece teorías sobre la estructura y el significado del lenguaje y por último la ciencia de la Computación, la cual es la más reciente y que aporta el conjunto de herramientas para que la IA se convierta en una realidad hoy en día.

¿Qué es un ROBOT? “agente activo artificial cuyo ambiente es el mundo físico” [Russell y Norvig]. “conexión inteligente de percepción a acción” [Jones y Flynn]. “una máquina programable capaz de percibir y actuar en el mundo con cierta autonomía” [Sucar]. Existe una ciencia, que implica un gran reto para los investigadores, debido a que abarca un gran conjunto de áreas afines entre sí. Éste campo es la Robótica. Algunas de éstas áreas son: Visión: Por medio de imágenes que capta un robot, puede reconocer objetos y evitar obstáculos, esto le ayuda a moverse dentro de su entorno. Instrumentación y Control: Por medio de varios tipos de sensores, se pueden reconocer los objetos que se encuentran alrededor, así como saber la ubicación del robot. También se requiere desarrollar nuevos tipos de mecanismos para mover los robotsÇ Planeación: Por medio de algoritmos de planeación, se generan secuencias de acciones a ejecutar por un robot, para cumplir una lista de tareas. Aprendizaje: El aprendizaje ayuda a que un robot reciba información de entorno y poder aprender de él, mejorar su comportamiento y realizar mejor sus tareas.

ROBOT La definición adoptada por el Instituto Norteamericano de Robótica aceptada internacionalmente para Robot es: Manipulador multifuncional y reprogramable, diseñado para mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos especiales, mediante movimientos programados y variables que permiten llevar a cabo diversas tareas. Si buscamos en otras fuentes especializadas o diccionarios encontraremos: Aparato automático que realiza funciones normalmente ejecutadas por los hombres. El término "robot" se debe a Karel Capek, quien lo utilizó en 1917 por primera vez, para denominar a unas máquinas construidas por el hombre y dotadas de inteligencia. Deriva de "robotnik" que define al esclavo de trabajo

HISTORIA DE LOS ROBOTS Los autómatas Precursores de los robots mecánicos (La primer máquina compleja construida por un hombre, fue llamada autómata) Mecanismos de reloj El más famoso: Concertista de tímpano (1784), cambiaba de melodías El autómata de Maillardet, fabricado alrededor de 1800 en Londres 4 dibujos y 3 poemas Restaurado en el Instituto Franklin

LA CIBERNÉTICA (años 50) Grey Walter, 1941 Burden Neurological Institute (UK) 8 tortugas Un fototubo como ojo Comportamiento tropistas: baile alrededor de una luz Recarga al detectar descarga Intelligent Autonomous Systems Laboratory

LA ELECTRÓNICA (años 60) John Hopkins University (USA) Transistores Centrado con sonar Brazo de recarga Celulas fotoeléctricas (enchufes negros) Tarea: patrullar pasillos

LOS ORDENADORES (años 70) Carrito con visión Stanford University (USA) Ordenador externo Seguimiento visual Luz natural Tarea: Seguimiento de línea

LOS ORDENADORES… Ordenador Shakey Stanford University (USA) Ordenador externo planificación Ordenador interno control Cámara de TV Capaz de encontrar objetos regulares Entorno altamente controlado Tarea: Planificar movimientos

LOS ORDENADORES EMBARCADOS (años 70) Versión moderna del carrito Stanford University Dos cámaras de TV Reconstrucción 3D limitada Entorno estructurado: Reconoce objetos regulares Tarea: Navegación Muy lento, 5 horas para navegar 30 metros.

NAVEGACIÓN EN ENTORNOS REALES (años 90) Xavier, Carnegie Mellon University Construcción de mapas y navegación Entorno no estructurado Tarea: navegación Ordenador: PC’s, Unix

HABILIDADES ACTUALES Mejora del Hardware Primeros usos de robots móviles: cortacésped Navegación “superada” Japón: Humanoides Robot Kismet, MIT

EL FUTURO 2005 Manejo de mapas 3D 2010 Electrodomésticos robóticos 2020 Robots de propósito general 2030 Primates robóticos Interacción con humanos Aprendizaje, Adaptación

El Sojourner, de la misión espacial Pathfinder, proyecto de la NASA, que tocó suelo marciano el 04/07/1997. Es un robot pequeño (65cm x 45 cm x 25 cm) que se puede mover a 0,6 m/min y que tenía varios objetivos científicos y tecnológicos El perro robot de Sony!  Se llama AIBO, pesa unos 16 kg y cuesta alrededor de U$S 2000. Tiene el aspecto de un can común y su comportamiento es como tal Hoy robots cirujanos realizan intervenciones quirúrgicas con la presteza del mejor colega humano. Este de la foto es un colaborador del cirujano

El Sojourner, de la misión espacial Pathfinder, proyecto de la NASA, que tocó suelo marciano el 04/07/1997. Es un robot pequeño (65cm x 45 cm x 25 cm) que se puede mover a 0,6 m/min y que tenía varios objetivos científicos y tecnológicos El perro robot de Sony!  Se llama AIBO, pesa unos 16 kg y cuesta alrededor de U$S 2000. Tiene el aspecto de un can común y su comportamiento es como tal Hoy robots cirujanos realizan intervenciones quirúrgicas con la presteza del mejor colega humano. Este de la foto es un colaborador del cirujano

Cog es un proyecto del MIT basado en la premisa de que la inteligencia humanoide requiere interacción humanoide con el mundo. Tiene un conjunto de sensores y actuadores que intentan aproximar su funcionamiento a los sentidos y movilidad del cuerpo humano.

Concepto Tipos de robots Elementos de un robot ROBÓTICA Concepto Tipos de robots Elementos de un robot

Robótica Existe una ciencia, que implica un gran reto para los investigadores, debido a que abarca un gran conjunto de áreas afines entre sí. Éste campo es la Robótica. Algunas de éstas áreas son: Visión: Por medio de imágenes que capta un robot, puede reconocer objetos y evitar obstáculos, esto le ayuda a moverse dentro de su entorno. Instrumentación y Control: Por medio de varios tipos de sensores, se pueden reconocer los objetos que se encuentran alrededor, así como saber la ubicación del robot. También se requiere desarrollar nuevos tipos de mecanismos para mover los robots.

Robótica… Planeación: Por medio de algoritmos de planeación, se generan secuencias de acciones a ejecutar por un robot, para cumplir una lista de tareas. Aprendizaje: El aprendizaje ayuda a que un robot reciba información de entorno y poder aprender de él, mejorar su comportamiento y realizar mejor sus tareas.

Tipos de Robot Robots manipuladores (brazos). Robots móviles. Robots “híbridos” (móviles con manipulación). Vehículos autónomos. Robots caminantes: – 2 patas (humanoides) – 4/6 patas (insectos)

Robot Curso “Robótica Móvil”, Enrique Sucar, ITESM Cuernavaca 2004. 23

Actuadores Un robot interacciona con el mundo a través de sus actuadores. Dos tipos principales: – Locomoción: cambiar la posición del robot respecto al medio ambiente (trasladarse de un lugar a otro) – Manipulación: mover otros objetos en el medio ambiente (manejo de objetos)

Locomoción Existen dos formas básicas de locomoción: Robots con ruedas Robots con patas Ruedas: más simples y eficientes, fáciles de controlar limitadas a terrenos planos Patas: complejas, inestables, difíciles de controlar mayor flexibilidad para todo tipo de terreno

Manipulación Normalmente construidos en base a una serie de segmentos con articulaciones entre ellos (como un brazo).Tres tipos básicos de articulaciones: Rotacionales Cilíndricas Prismáticas Mayor número de articulaciones dan mayor flexibilidad (grados de libertad), pero hacen más complejo el control. Aquí va un brazo de robot

Manipulación Los manipuladores tienen en el extremo un efector final que interactúa directamente con los objetos. Existen diferentes tipos de efectores dependiendo de la tarea: Pinzas herramientas (desarmador. ...) pistola de pintura, soldadora, … “manos”,

Sensores Dispositivos que permiten al robot percibir el medio ambiente y su estado interno. Principales tipos: a) posición y movimiento: Codificadores en uniones de manipuladores Odometría en robots móviles b) De choque (bumpers). c) Táctiles. d) Ultrasonido (sonares).

Sensores Detector de choques: Sonares

Sensores Cámara de video:

Sistema Eléctrico Sistema de potencia que proporcionan la energía eléctrica para la operación de las diferentes partes: electrónica, motores, sensores, etc. Los robots manipuladores se pueden alimentar de las líneas eléctricas (fijos), mientras que los robots móviles normalmente se alimentan de baterías.

Control Provee la interfaz entre el sistema de procesamiento del robot y sus sensores y actuadores. Normalmente se realiza mediante una combinación de hardware y software. Provee una serie de comandos (subrutinas) para los programas de alto nivel del robot (“inteligencia”).

Memoria (“Inteligencia”) Conocimientos que tiene el robot: Mapas, comportamientos… MAPAS Topológicos Métricos Elementos geométricos COMPORTAMIENTOS Ad-hoc incorporados por el programador Aprendidos: Redes neuronales, algoritmos genéticos, etc.

LEYES DE LA ROBÓTICA El término "robótica" termino de popularizarse por Isaac Asimov, quien la comenzó a utilizar en una de sus obras en 1942.  Asimov propuso tres "Leyes de la Robótica", a las cuales les añadió una cuarta, llamada Ley Cero. Estas son. Ley Cero: Un robot no puede dañar a la humanidad, o a través de su inacción, permitir que se dañe a la humanidad. Primera Ley: Un robot no puede dañar a un ser humano, o a través de su inacción, permitir que se dañe a un ser humano. Segunda Ley: Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto cuando tales órdenes estén en contra de la Primera Ley. Tercera Ley: Un robot debe proteger su propia existencia, siempre y cuando esta protección no entre en conflicto con la Primera y la Segunda Ley.