Verhaltensbasierte Robotik

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1 PS Anwendungen der moder Verhaltensbasierte Robotik Thomas Wernicke SS 2006

2 1. Einleitung 1.1. Definition 1.2. Vorgeschichte Überblick 1.3. Vorgeschichte / Motivation 2. Konzepte 2.1. KI Konzepte 2.2. Verhaltensbasierter Aufbau 2.3. Vergleich der Konzepte 2.4. Subsumtionsarchitektur 3. Zielsetzung 2

3 Definition [..] physical interaction with the environment as the primary source of constraint on the design of intelligent systems [R. A. Brooks] A behavior is a regularity in the interaction dynamics between the agent and the environment [..] One or more behaviors contribute to the realisation of a particular functionality. [Steels] 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 1. Definition 3

4 Vorgeschichte Philosophie, Psychologie, Kybernetik Kognitionswissenschaft(en), KI-Forschung Philosophie Psychologie Neurowissenschaften Linguistik Kybernetik Kognitionspsychologie 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 2. Vorgeschichte 4

5 Vorgeschichte 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 2. Vorgeschichte 5

6 Vorgeschichte Kognitionswissenschaft(en) 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 2. Vorgeschichte 6

7 Vorgeschichte / Motivation Informatik Kybernetik Computermodell des Geistes Kognitions - wissenschaften 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 3. Vorgeschichte / Motivation 7

8 Vorgeschichte / Motivation Informatik Kybernetik Entwicklung des Computers Kognitions - wissenschaften Computermodell des Geistes Input, Output,Arbeitsgedächtnis (Working Memory) 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 3. Vorgeschichte / Motivation 8

9 Vorgeschichte / Motivation Informatik Kybernetik Entwicklung des Computers Kognitions - wissenschaften Computermodell des Geistes Paradox des Computermodells 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 3. Vorgeschichte / Motivation 9

10 KI Konzepte / Classical AI Classical AI Was ist das? Symbol System Hypothesis Functional information processing 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 1. KI-Konzepte / Classical AI 10

11 KI Konzepte / Classical AI Grenzen der Wissensrepräsentation (mit Symbolen) Wahre Objektivität? Frame probleme Biologische Äquivalenz? Symbol Grounding Problem [..]symbol hypothesis is fundamentally flawed [..] [R.A.Brooks] 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 1. KI-Konzepte / Classical AI 11

12 KI - Konzepte / Classical AI Grenzen der Wissensrepräsentation Biologische Äquivalenz? [Problem] Wir müssen wissen was (menschliche) Intelligenz ist (oder?) 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 1. KI-Konzepte / Classical AI 12

13 KI Konzepte / (Menschliche) Intelligenz Unterschiede menschliche und tierische Intelligenz Körperintelligenz / prärationale Intelligenz Intelligenz allgemein Körper und Geistproblem Intensionalität Funktionalismus Elephants don`t play chess [R.A. Brooks] 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 1. KI-Konzepte / Intelligenz 13

14 KI Konzepte / (Menschliche) Intelligenz Funktionalismus Reiz-Reaktion Theorie Black box Verfahren Wissenssprung für Psychologie & Kognitionsw. 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 1. KI-Konzepte / Intelligenz 14

15 KI Konzepte /Concept of Classical AI Sensoren Perception Verarbeitungszeit zu lang? Modelling Symbols, frames.. Action Roboter 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 1. KI-Konzepte / Concept of Classical AI 15

16 KI Konzepte / Alternativvorschlag Idee: Komplexe Verhalten entstehen nicht notwendigerweise aus komplexen Steuersystemen Weisheit: Die Welt ist ihr bestes Modell 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 1. KI-Konzepte / Alternativvorschlag 16

17 KI Konzepte / Alternativvorschlag Situatedness Der Roboter ist als eine Einheit in seine Umgebung eingebunden Embodiment: Der Roboter hat eine physikalische Präsenz: Emergence: Intelligenz entsteht durch Interaktion mit der Umwelt 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 1. KI-Konzepte / Alternativvorschlag 17

18 Verhaltensbasierter Aufbau Sensoren { Behaviour / Module } Behaviour / Module Behaviour / Module Aktuatoren 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 2. Verhaltensbasierte Aufbau 18

19 Verhaltensbasierter Aufbau Braitenberg`s Vehikeln 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 2. Verhaltensbasierte Aufbau 19

20 Vergleich der Konzepte Traditional model World new model World Perception Cognition Action Perception Action [Rodney A. Brooks Cambrian Intelligence ] Cognition 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 3. Vergleich der Konzepte 20

21 Vergleich der Konzepte Traditional model new model Decomposition of intelligence Functional information Processing modules individual behaviour generating module Kombination der Module ergibt das Gesamtverhalten Coexistence / Co- operation Imrovement of structure Individuelle funktionelle Module Müssen verbessert werden Neue Module hinzufügen 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 3. Vergleich der Konzepte 21

22 Subsumtions Architecture Behaviour / Module Behaviour / Module Ebene n Behaviour / Module Ebene n Sensoren { Ebene 1 } Aktuatoren Inkrementeller Aufbau Ebene 0 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 3. Subsumtionsarchitektur 22

23 Subsumtions Architecture Module en Détail Behaviour / Module Behaviour / Module Behaviour / Module Supressor Eingabe Behaviour / Module Ausgabe Inhibitor 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 3. Subsumtionsarchitektur 23

24 Subsumtions Architecture Ebene n behaviors Ebene 1 Behavior blending Ebene 0 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 3. Subsumtionsarchitektur 24

25 Beispiel Allan Range Sensor Odometry Offboard lisp-machine 3 Layer subsumtion architecture 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 3. Subsumtionsarchitektur / Allan 25

26 Beispiel Allan Erste Ebene: Weiche festen und beweglichen Hindernissen aus Zweite Ebene: Zufällige Bewegung Dritte Ebene Steuere entfernte Ziele an 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 3. Subsumtionsarchitektur / Allan 26

27 Beispiel Tom & Jerry Infrarotsystemen Können sich selbst und Hindernissen ausweichen 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 3. Subsumtionsarchitektur / Tom & Jerry 27

28 Aus der Natur...mit der Natur Evolution als Vorbild Erste Einzeller vor ca. 3,5 Mrd. Jahren Photosynthetische Pflanzen vor ca. 2,5 Mrd. Jahren Vor ca. 0,5 Mrd Jahren erste Fische und Wirbeltiere Vor 450 Mio. Jahren Insekten Reptilien vor 370 Mio. und Dinosaurier vor ca. 330 Mio. Jahren Erste Primaten vor 120 Mio. Jahren Erste Menschen vor 2,5 Mio. Jahren Erste Agrakultur vor ca Jahren Schrift vor weniger als 5000 Jahren Expertenwissen Verhalten aus der Tierwelt beobachten Ethologie Essence of being & reacting Simple -part Of Evolution 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 3. Subsumtionsarchitektur / Natur 28

29 Toto Verhaltensweisen: "Streunen", "Vermeiden" und "Ausrichten" Merkmale von: Fledermäusen, Bienen, Vögeln und Ratten 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : 3. Subsumtionsarchitektur / Toto 29

30 Zielsetzung? Traditionelle KI eignet sich um komplexe Probleme in künstliche Umgebungen zu lösen Wie kann man in der natürlichen Umwelt arbeiten? Nouvelle AI eignet sich um einfache Aufgaben robust in natürlichen Umgebungen zu lösen Wie sollen komplexe Aufgaben gelöst werden? Kombination beider Theorien? Aber wie? 1. Einleitung 2. Konzepte 3. Zielsetzung : : : : : KI-Dilemma? 30

31 Ende 31

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