Robotika és szimuláció

Bevezetés

• emberiség és jólét, tudomány és technika más kihasználása nélkül
• ipari forradalom és fizikai munka
• szellemi munkavégzés kiváltása a 20. században
• sci-fi, társadalomtudományok, álmok
• eddigi eredmények: autógyártás, ûrkutatás, hadiipar, informatika
• a költségek és elterjedés összefüggései

Néhány jellemzõ alkalmazás

A robot definíciója

• Újraprogramozható, többfunkciós manipulátor anyagok, eszközök, részegységek mozgatására, megváltoztatására programozott mozdulatsor segítségével különféle feladatok elvégzése érdekében.
  Robot Institute of America, 1979
• Egy önmûködõ eszköz, mely emberformájú vagy olyan feladatokat hajt végre, melyeket emberinek nevezünk.
  Webster szótár, 1993
• Erõ és intelligencia együttese, ahol a MI találkozik a valós világgal.
  robotics faq
• Mobil robot: Feladatának elvégzéséhez helyváltoztatásra van szükség.

A kezdetek

Az irodalom

• K. Capek: Rossum Univerzális Robotjai, 1921
  
• kényszerû munka
• I. Asimov: Én, a robot novellásgyûjtemény egyik elsõ darabja, 1942
  
• robotikai törvények, erkölcsi elvárások

A tudomány

• N. Tesla: elsõ távirányítású szerkezetek, 1890-es évek
• G. Walter: Elsie, az elsõ valódi automata, 1940-es évek
  
• Stanford Kutatóintézet: Shakey, elsõ memóriával rendelkezõ szerkezet, 1960-as évek
• R. Moser: General Electric Walking Truck, 1960-as évek
  
• G. Devol és J. Engelberger: Unimate, elsõ sikeres kereskedelmi-ipari alkalmazás, 1950-es, 1960-as évek
  
• H. Moravec: Stanford Cart, elsõ természetes környezetben mûködõ robot, 1970-es évek
  

A robotok múlt és jövõbeli fejlõdése

• 90-es évek: lehetõség az áttörésre (1 MIPS fölött)
  • 60-as évek: katonai célú szuperszámítógépek, MI az új csodafegyver
  • 1 MIPS-nek elégnek kell lennie (játékok, tételbizonyítás)
  • cáfolat a számítógépes látás területérõl, érdeklõdés alábbhagy
  • 70-es évek: másodvonalbeli hardver, másodvonalbeli kutatások
  • 80-as évek: olcsóbb PC-k, még mindig 1 MIPS
  • 90-es évek: egyre magasabbra, már 1000 MIPS
• De mire elég ez a teljesítmény?
  • matematikai számítások idõigényének felülbecslése, emberi cselekvések idõigényének alulbecslése (evolúciós idõ <-> hétköznapok)
  • alacsony szintû emberi funkciók modellezésének nehézségei
  • egy gramm emberi agy funkciója: 50,000 MIPS, 100 millió MIPS a teljes agy
  • most valahol a rovaroknál tartunk, vesztésre állunk a retina 1 grammja vagy az aranyhal 0.1 grammnyi agyával szemben
  • évente duplázódik a MIPS, kb. egy évtized múlva 1000 MIPS, guppi
  • mostanában kereskedelemben 10 MIPS, rovarok
  • egyszerûbb rutin feladatok: szállítás, õrködés, padlótisztítás
  • régebben drága, padlóba épített elektronikus jelzõrendszer
  • padlómintázat
  • 90-es évek: a környezet egyéb jelei (falak, sarkok, átjárók)
  • a környezet átalakítása helyett pontosan hangolt szabályzó rendszer
  Rovarszinten lévõ, rovarszerû robotok:
  
  • ezek még a környezettõl erõsen függõ robotok
  • nem lehet minden takarításnál robotspecialista
  • gazdaságos mûködéshez hónapok hibátlan szereplése szükséges, ami a 10 MIPS-sel még nehezen érhetõ el.
  • 90-es évek: viszonylag olcsó, 100 MIPS-es processzoraival térképítés és viszonylagos megbízhatóság
  • további áresés, és teljesítménynövekedés
• A mai szintet képviselõ néhány robot:
  
• a többi a jövõ, Moravec elképzelései szerint
• 2010-re gyíkok 5000 MIPS-es teljesítménye
  • fûnyírás, takarítás, szemétgyûjtés, raktározás, szállítás, ajtónyitás, házõrzés
  • Univerzális Robotok elsõ generációja
  • nem lesznek képesek adaptálódni a változó körülményekhez
  • nem hatékonyak, de használhatóak
• második generáció: egerek 100,000 MIPS-e
  • megerõsítéses tanulás
  • felhasználó jutalmaz és büntet
  • tapasztalattal egyre jobb teljesítmény
• harmadik generáció: majmok 5 millió MIPS-e
  • nagyon gyors tanulás
  • belsõ szimuláció: a feladat fizikai, kultúrális és pszichikai tényezõi
  • fizikai: tárgyak súlya, alakja és képe
  • kulturális: tárgy neve, értéke, helye és hasznosíthatósága
  • pszichikai: emberi és gépi célok, hitek, érzések ismerete
• negyedik generáció: 100 millió MIPS-es emberi képességek
  • absztrakció és az általánosítás
  • fogalmak, szimbólumok összekapcsolása a valódi világgal
  
• • nagyratörõ és optimista jövõkép
  • következõ 50 év
  • kézzelfogható feladatokat, melyeket ``már csak valakinek meg kellene csinálni'' -> 10 év
  • nem várt nehézségek kapcsolódnak, komoly új felfedezések -> 50 év

A robotszimuláció szerepe

• szimuláció szerepe a robotika fejlõdésére
• elõny a fejlesztõknek
• robotépítés terepe, paraméterek meghatározása:
  • általános felépítés
  • szükséges alkatrészek
  • megfelelõ mennyiségû, érzékelési tartományú és felbontású szenzorok
  • kellõ hatóerõvel és szabadságfokokkal rendelkezõ aktorok
• a robot viselkedését meghatározó algoritmusok kifejlesztése
• irodaházi takarító robot fejlesztése
• iterációk száma, kopás, környezet tûrõképesssége
• elõny a felhasználóknak: veszélyes környezetben, egyszeri próbálkozásnál vagy költséges feladatnál

• a világ modellezése, azaz a feladat szempontjából lényeges részek kiemelése
• a világ minél pontosabb modellezése (mozgás dinamikája, ütközések, optika (fény-árnyék, tükrözõdés, takarás))
• általánosság (sokféle robot szimulálásának lehetõsége, új robotok szerkesztése, algoritmuskönyvtár)
• valódi robottal való kapcsolat lehetõsége (semmi,offline,online (VR))
• valós idejûség
• grafikus megjelenítés minõsége
• eredmény analízisének támogatása

A mesterséges intelligencia fejlõdésének buktatói

• Azonban a MI csúcsa nem fog a fejlõdés lendületénél fogva létrejönni
• R. Brooks gondolatkísérlete
• mesterséges repülés megvalósításának feladata 1890-ben
• kutatók idõutazása 1990-be egy utasszállító gép fedélzetére
• látszik az eredmény, le kellene utánozni
• kezdeti sikerek: ülés biztonsági övvel, kétrétegû ablaküveg
• problémák -> szakterületekre specializálódott kutatócsoportok
• kevés csoportok közötti kommunikáció
• független eredmények: tömör acélrudak - csövek, pilótafülke (gáz, fék, magasság, autókormány, légsebességmérõ csõrendszer)
• integráció sikertelensége
• hasonló buktatók a MI-ban
  • megoldható
  • mégis nehéz feladat
  • szép eredmények etológiából, genetikából, neurobiológiából, evolúcióbiológiából, antropológiából, robotikából
  • tudat, az érzetek, a hit, a vágy, a szándék lényege megoldatlan kérdések