Intelligenza artificiale - Robotica

La robotica è un dominio dell'intelligenza artificiale che si occupa dello studio della creazione di robot intelligenti ed efficienti.

Cosa sono i robot?

I robot sono gli agenti artificiali che agiscono nell'ambiente del mondo reale.

Obbiettivo

I robot hanno lo scopo di manipolare gli oggetti percependo, raccogliendo, spostando, modificando le proprietà fisiche dell'oggetto, distruggendolo o per avere un effetto liberando così la manodopera dallo svolgere funzioni ripetitive senza annoiarsi, distrarsi o esaurirsi.

Cos'è la robotica?

La robotica è una branca dell'IA, composta da ingegneria elettrica, ingegneria meccanica e informatica per la progettazione, la costruzione e l'applicazione di robot.

Aspetti della robotica

• I robot hanno mechanical construction, forma o forma progettata per svolgere un compito particolare.

• Loro hanno electrical components che alimentano e controllano i macchinari.

• Contengono un certo livello di computer program che determina cosa, quando e come un robot fa qualcosa.

Differenza nel sistema robotico e in altri programmi AI

Ecco la differenza tra i due:

Programmi AI	Robot
Di solito operano in mondi stimolati dal computer.	Operano nel mondo fisico reale
L'input per un programma AI è in simboli e regole.	Gli input ai robot sono segnali analogici sotto forma di forme d'onda o immagini del parlato
Hanno bisogno di computer di uso generale su cui operare.	Hanno bisogno di hardware speciale con sensori ed effettori.

Locomozione robotica

La locomozione è il meccanismo che rende un robot capace di muoversi nel suo ambiente. Esistono vari tipi di locomozione:

• Legged
• Wheeled
• Combinazione di locomozione con gambe e ruote
• Slittamento / slittamento cingolato

Locomozione con le gambe

• Questo tipo di locomozione consuma più energia durante la dimostrazione di camminare, saltare, trotto, saltare, salire o scendere, ecc.

• Richiede un numero maggiore di motori per eseguire un movimento. È adatto per terreni accidentati e lisci dove una superficie irregolare o troppo liscia fa consumare più potenza per una locomozione a ruote. È un po 'difficile da implementare a causa di problemi di stabilità.

• Viene fornito con la varietà di una, due, quattro e sei gambe. Se un robot ha più gambe, la coordinazione delle gambe è necessaria per la locomozione.

Il numero totale di possibili gaits (una sequenza periodica di eventi di sollevamento e rilascio per ciascuna delle gambe totali) un robot può viaggiare dipende dal numero delle sue gambe.

Se un robot ha k gambe, il numero di eventi possibili N = (2k-1) !.

Nel caso di un robot a due gambe (k = 2), il numero di eventi possibili è N = (2k-1)! = (2 * 2-1)! = 3! = 6.

Quindi ci sono sei possibili eventi diversi -

• Sollevamento della gamba sinistra
• Rilascio della gamba sinistra
• Sollevamento della gamba destra
• Rilascio della gamba destra
• Sollevando entrambe le gambe insieme
• Rilasciando entrambe le gambe insieme

In caso di k = 6 segmenti, ci sono 39916800 eventi possibili. Quindi la complessità dei robot è direttamente proporzionale al numero di gambe.

Locomozione a ruote

Richiede un numero inferiore di motori per eseguire un movimento. È poco facile da implementare in quanto ci sono meno problemi di stabilità in caso di più numero di ruote. È efficiente dal punto di vista energetico rispetto alla locomozione a gambe.

• Standard wheel - Ruota attorno all'asse della ruota e attorno al contatto

• Castor wheel - Ruota attorno all'asse della ruota e allo snodo dello sterzo sfalsato.

• Swedish 45^o and Swedish 90^o wheels - Omni-ruota, ruota attorno al punto di contatto, attorno all'asse della ruota e attorno ai rulli.

• Ball or spherical wheel - Ruota omnidirezionale, tecnicamente difficile da realizzare.

Locomozione di slittamento / slittamento

In questo tipo, i veicoli usano i binari come in un carro armato. Il robot viene sterzato spostando i cingoli con velocità diverse nella stessa direzione o nella direzione opposta. Offre stabilità grazie all'ampia area di contatto tra pista e terreno.

Componenti di un robot

I robot sono costruiti con quanto segue:

• Power Supply - I robot sono alimentati da batterie, energia solare, idraulica o pneumatica.

• Actuators - Trasformano l'energia in movimento.

• Electric motors (AC/DC) - Sono necessari per il movimento rotatorio.

• Pneumatic Air Muscles - Si contraggono quasi del 40% quando viene aspirata aria.

• Muscle Wires - Si contraggono del 5% quando viene attraversata dalla corrente elettrica.

• Piezo Motors and Ultrasonic Motors - Ideale per robot industriali.

• Sensors- Forniscono la conoscenza delle informazioni in tempo reale sull'ambiente del compito. I robot sono dotati di sensori di visione per poter calcolare la profondità nell'ambiente. Un sensore tattile imita le proprietà meccaniche dei recettori tattili della punta delle dita umane.

Visione computerizzata

Questa è una tecnologia di intelligenza artificiale con cui i robot possono vedere. La visione artificiale svolge un ruolo fondamentale nei settori della sicurezza, protezione, salute, accesso e intrattenimento.

La visione artificiale estrae, analizza e comprende automaticamente informazioni utili da una singola immagine o da una serie di immagini. Questo processo implica lo sviluppo di algoritmi per realizzare la comprensione visiva automatica.

Hardware del sistema di visione artificiale

Ciò comporta:

• Alimentazione elettrica
• Dispositivo di acquisizione delle immagini come la fotocamera
• Un processore
• Un software
• Un dispositivo di visualizzazione per il monitoraggio del sistema
• Accessori come supporti per fotocamere, cavi e connettori

Compiti di visione artificiale

• OCR - Nel dominio dei computer, Optical Character Reader, un software per convertire i documenti scansionati in testo modificabile, che accompagna uno scanner.

• Face Detection- Molte fotocamere all'avanguardia sono dotate di questa funzione, che consente di leggere il viso e scattare la foto di quell'espressione perfetta. Viene utilizzato per consentire a un utente di accedere al software in caso di corrispondenza corretta.

• Object Recognition - Sono installati in supermercati, telecamere, auto di fascia alta come BMW, GM e Volvo.

• Estimating Position - Stima la posizione di un oggetto rispetto alla telecamera come nella posizione del tumore nel corpo umano.

Domini applicativi della visione artificiale

• Agriculture
• Veicoli autonomi
• Biometrics
• Riconoscimento dei caratteri
• Forense, sicurezza e sorveglianza
• Ispezione di qualità industriale
• Riconoscimento facciale
• Analisi dei gesti
• Geoscience
• Immagini mediche
• Monitoraggio dell'inquinamento
• Controllo di processo
• Rilevamento remoto
• Robotics
• Transport

Applicazioni della robotica

La robotica è stata determinante nei vari domini come:

• Industries - I robot sono utilizzati per la movimentazione di materiale, taglio, saldatura, rivestimento colorato, foratura, lucidatura, ecc.

• Military- I robot autonomi possono raggiungere zone inaccessibili e pericolose durante la guerra. Un robot di nome Daksh , sviluppato dalla Defense Research and Development Organization (DRDO), è in funzione per distruggere in modo sicuro oggetti pericolosi per la vita.

• Medicine - I robot sono in grado di eseguire centinaia di test clinici contemporaneamente, riabilitare persone disabili permanenti ed eseguire interventi chirurgici complessi come i tumori cerebrali.

• Exploration - I robot scalatori usati per l'esplorazione spaziale, i droni sottomarini usati per l'esplorazione dell'oceano sono solo per citarne alcuni.

• Entertainment - Gli ingegneri della Disney hanno creato centinaia di robot per la realizzazione di film.