Ia Robotica

Asignatura: Informática Profesora: Irma Fernández

Inteligencia Artificial ¿Qué es? Es una disciplina relativamente joven (sus orígenes se pueden rastrear a 1943) la cantidad de resultados logrados es impresionante, desde el triunfo de la famosa Deep Blue sobre el campeón mundial de ajedrez hasta el campeonato mundial de fútbol robot, pasando por los sistemas expertos para el diagnóstico de enfermedades. Es importante destacar que no sólo se trata de comprender (como en filosofía) sino también de construir entidades artificiales inteligentes. Es decir existen intereses científicos y de ingeniería en IA. Existe la idea de que todo aquello novedoso en informática es “inteligente”, carteles sobre las autopistas que anuncian el estado del tráfico, sistemas de información sobre itinerarios, etc. Pero en muchos casos no pasan de ser simples programas de computación que no utilizan ninguna técnica de IA. Muchas tareas que para los humanos requieren el uso de inteligencia y un considerable esfuerzo, como por ejemplo realizar un cálculo matemático complejo, puede ser tremendamente simple para una computadora, mientras que otras tareas que los humanos realizan sin pensar (reconocer una cara, ver una caricatura de Bugs Bunny y saber que es un conejo, interpretar un gesto, hablar en lenguaje natural, etc.) para las computadoras son extremadamente difíciles y algunas todavía hoy no completamente logradas. Para realizar la liquidación de sueldos al personal, una persona necesita hacer uso de su inteligencia, pero no podemos decir que un sistema de sueldos sea un sistema de inteligencia artificial. Por todo esto es importante que podamos definir ¿qué es? En este tema no hay acuerdo completo, existen diversos enfoques. Algunos autores la definen como:  Inteligencia Artificial es la habilidad de las máquinas para hacer cosas que para ser hechas por humanos requieren inteligencia.  El arte de crear máquinas con capacidad de realizar funciones que realizadas por personas requieren inteligencia”.  Es un campo de la Informática dedicado a analizar y desarrollar sistemas que reproduzcan e imiten los procesos del pensamiento y razonamiento del ser humano.  Es un campo de la computación cuyo objetivo es construir agentes que exhiban comportamientos inteligentes. La IA si bien está fuertemente centrada en las ciencias de la computación, recibe el aporte de otras ciencias: la biología, la lingüística, la psicología, la filosofía, etc. Las motivaciones últimas de la investigación en inteligencia artificial dependerán de cada uno, ya sean éstas comprender el funcionamiento de la inteligencia y el cerebro humano o lograr sistemas y tecnologías que nos permitan resolver problemas concretos en forma eficiente. El primer trabajo reconocido es el de McCulloch y Pitts que en 1943 propusieron un modelo de redes neuronales. A partir de 1.958 algunos investigadores comenzaron a usar las computadoras para “resolver” procesos y estructuras mentales vinculadas a la inteligencia humana, al aprendizaje y a la toma de decisiones. En 1.961 se comienza hablar de IA y a concebir la inteligencia como un sistema de procesamiento de la información. El Objetivo más claro de la IA es el de producir agentes inteligentes que asistan a los seres humanos, compensando sus limitaciones. Tecnología-Informática_Prof. Irma Fernández 1

Algunas de las áreas que intervienen son:    

Procesamiento del lenguaje natural. Sistemas expertos. Redes neuronales Robótica

Representación del conocimiento a través del lenguaje Se trata de operar con estructuras simbólicas que representan el conocimiento y logran el razonamiento, independientemente de la estructura que los soporta. Para ello existen lenguajes y herramientas. Los lenguajes deben tener una forma (sintaxis) y un significado (semántica), ésta permite que lo escrito sintácticamente tenga un certificado en el mundo real. Algunas áreas de la investigación actual del procesamiento de la información están centradas en programas que permiten a una computadora comprender la información escrita o hablada, generar resúmenes, responder a preguntas específicas, etc. En esos programas es esencial la capacidad del sistema de generar frases gramaticalmente correctas y de establecer vínculos entre palabras e ideas. La investigación ha demostrado que mientras la lógica de la estructura del lenguaje, su sintaxis, está relacionada con la programación, el problema del significado o semántica, es mucho más profundo, y va en la dirección de una auténtica Inteligencia Artificial. Los sistemas expertos Se basan fundamentalmente en incorporar conocimiento específico del dominio sobre el cual se monta un motor de inferencia. La forma de representar este conocimiento es principalmente en un principio reglas del tipo “Si...entonces...” (si llueve entonces me mojo). La idea era que para resolver problemas era más importante el conocimiento específico de un experto que la inteligencia. Si a Einsten se le descompone el auto es difícil que pueda arreglarlo ya que a pesar de su inteligencia no cuenta con el conocimiento del dominio (mecánica automotriz) necesario, por lo cual recurre a un experto (mecánico) para solucionar el problema. Los sistemas expertos intentan reproducir el razonamiento humano de forma simbólica, comprende una programación y un equipo capaces de almacenar y utilizar algún tipo de conocimiento sobre determinada área, que también puede suministrar información que no poseía previamente. Uno de los éxitos más resonantes fue el programa MYCIN que era un sistema experto que permitía diagnosticar infecciones sanguíneas. El porcentaje de aciertos de MYCIN superaba a la media de los médicos y alcanzaba la de un experto. En 1987 ya existían alrededor de 1900 Sistemas Expertos en el mundo. A finales de los años ochenta se trabajaba mucho sobre la comprensión del lenguaje natural. En 1973 Woods creó una interfaz para geología llamado LUNAR, que permitía hacer preguntas en inglés sobre muestras de rocas traídas por el Apolo 11. En 1997 Deep Blue derrota al campeón mundial por 3.5 a 2.5 siendo la primera vez que una máquina derrota a un campeón mundial. En el 2002, un equipo de la Universidad de Buenos Aires participa del mundial de fútbol robot organizado por la federación internacional de fútbol robot y llega a octavos de final sorprendiendo a las potencias mundiales. Una nueva rama interdisciplinaria, la Bioinformática o Biología Computacional, utiliza (junto a otras) técnicas y herramientas surgidas de la IA para resolver problemas biológicos, como el secuenciamiento de ADN. 2

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Redes neuronales Las redes neuronales intentan reproducir el razonamiento desde una perspectiva biológica (recrean la estructura de un cerebro humano mediante algoritmos genéticos). A diferencia de la escuela simbólica, y muchas veces enfrentada fuertemente por esta, en la cual se trata de lograr el razonamiento y representar el conocimiento en forma independiente de la estructura física que los soporte, las redes neuronales intentan construir modelos inspirados en la estructura y funcionamiento del cerebro. Las neuronas son células nerviosas y como tales pertenecen al sistema nervioso central, en la figura1 se ve una neurona con sus partes constituyentes.

La neurona está formada por un cuerpo celular o soma donde se ubica el núcleo de la misma (portando el material genético). Una serie de ramificaciones, llamadas dendritas, y una fibra más larga (generalmente un centímetro pero puede llegar a un metro, es decir de 100 a 10000 veces el diámetro del cuerpo celular) denominada axón. El axón está rodeado por lo que se denomina vaina de mielina. El axón cuenta con filamentos y subfilamentos denominados terminales axónicas, mediante esos se establece una conexión con dendritas o cuerpos de otras neuronas. A esta conexión se la denomina sinapsis. El cerebro humano cuenta con 1011 neuronas y cada una tiene más de mil sinapsis a la entrada y a la salida. La mayoría de los modelos de redes neuronales artificiales se fundamentan en los principios de convergencia y divergencia de los circuitos neuronales, es decir una neurona envía impulsos a muchas otras (divergencia) y a su vez recibe impulsos de varias más (convergencia). Las Redes Neuronales Artificiales están compuestas por elementos de procesamiento o unidades que están unidas mediante conexiones. Los modelos neuronales son mucho más complejos que los modelos computacionales. El comportamiento de las redes está determinado por la topología de la misma, los pesos de las conexiones y una función llamada función neuronal Si consideramos que inteligencia es la capacidad de procesar la información o que está implicada en la realización de tareas y solución de problemas, entonces diríamos que sí podemos copiarla y transferirla a una máquina. Pero si decimos que la inteligencia es una forma particular de actividad biológica que deriva del proceso de adaptación al medio ambiente, que supone distintos niveles de funcionamiento encadenados unos con otros, dando lugar a niveles intelectuales de complejidad creciente a lo largo de la evolución de la especie y del individuo, diríamos que no es posible ni copiarla ni transferirla a una máquina, ya que ésta no es un ser vivo y no se modifica con su funcionamiento. La computadora no puede aprender de sus experiencias pasadas, no posee voluntad, no “quiere”, no tiene “ganas”. 1

Figura extraída de la WEB de la Asociación Alzheimer de Monterrey - México Tecnología-Informática_Prof. Irma Fernández 3

“El cerebro humano es la única computadora creadora”.

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ROBÓTICA Un robot es un agente artificial activo, cuyo entorno es el mundo físico, siendo eventualmente capaz de percibir y manipular objetos en dicho entorno. Un robot cuenta con un cuerpo con eslabones y articulaciones que los unen. Los eslabones finales tienen los efectores utilizados por el robot para interactuar con el mundo físico, ejemplo de estos efectores son pinzas de presión, ventosas de succión, sprays de pintura (como los que pintan carrocerías de automóviles), soldadores. Un tipo especial de efector es aquel que garantiza la movilidad del robot, como las ruedas, patas, etc. Además de los efectores, se cuenta con sensores que pueden ser cámaras, radares, sensores táctiles, etc. El término robot es usado para designar gran variedad de cosas, desde manipuladores programables usados en tareas de ensamblaje hasta humanoides. Isaac Asimov, bioquímico y autor de ciencia ficción, estableció las famosas tres leyes de la robótica que deberían incluirse en un robot ético:  Un robot no puede por acción u omisión causar daño a un ser humano  Un robot debe obedecer las órdenes de los humanos excepto que estas órdenes vayan contra la primera ley  Un robot debe proteger su propia existencia en tanto esto no vaya contra la primera y segunda ley Si bien la implantación completa de estas leyes aún no tiene aplicación, dado que no hay robots con suficiente poder de actuación que las torne completamente necesarias. Es verdad que la construcción de robots debe hacerse cuidadosamente para evitar accidentes o perjuicios al entorno. Los robots como todo agente cuentan con efectores y sensores. Los primeros permiten responder en el mundo real (levantar un objeto) y los segundos percibir a éste. Existen diversos tipos de sensores, como los de la visión. La forma y estructura de los robots varían con la tarea para la que fueron diseñados. Un robot de manufactura, como los que se encuentran en las líneas de ensamblado de automotores, no necesita una percepción completa del entorno. Los robots autónomos y móviles (mobots) pueden desplazarse por un edificio de oficinas para lo cual deben ubicarse y esquivar obstáculos, por ejemplo el mensajero: desde una computadora se les da instrucción para distribuir documentos o materiales de abastecimiento en el edificio. El robot circula por los pasillos usa ascensores, etc. Algunos mobots son operados por seres humanos remotamente, estos pueden ver lo que el robot está haciendo a través de una cámara. Un ejemplo de un robot de este tipo es un robot que realiza una operación del corazón controlada por cirujanos humanos desde una terminal de computación. Otros permiten acceder y operar en zonas peligrosas para los humanos, como ser lugares radiactivos. Es mucho menos costoso enviar robots a determinados lugares que seres humanos, por ejemplo a Marte (el conocido pathfinder) o al fondo del mar. Otro tipo de robots son los usados en Domótica (la automatización de viviendas) para vigilancia y limpieza. Existen robots que circulan por toda la casa y mediante una cámara capturan imágenes que pueden ser monitoreadas por el dueño de la casa a través de Internet. Tecnología-Informática_Prof. Irma Fernández 5

Veamos una clasificación de los robots según su complejidad, implementación y utilidad:  Neumáticos: tienen una unidad de control neumático con tubos de plástico conectados. Variando las conexiones se pueden programar acciones distintas.  Con servomecanismos: Utilizan servomecanismos vinculados a sensores que permiten determinar el estado de los brazos y efectores.  Punto a Punto: Son como los anteriores junto a un circuito de control que permite la programación de acciones paso a paso: de ahí su nombre punto a punto.  Controlados por Computadora: un paso más allá es permitir controlar a los robots mediante computadora.  Con capacidades sensoriales: otro paso más, es que además lo robots puedan percibir su entorno y actuar en consecuencia. Ejemplos de robots: ATILA: Brook del laboratorio de Inteligencia Artificial del MIT (Massachusetts Institute of Technology) es el creador de la cucaracha ATILA, de veinticinco centímetros de largo, con seis patas pesa 1,6 kilogramos, cuenta con 24 motores, 10 computadoras y 150 sensores. Su arquitectura se basa en una serie de comportamientos directos (esquivar cosas, moverse, etc.). Cada uno de estos comportamientos se maneja en forma independiente compitiendo entre sí por el control del robot. En este modelo los reflejos están por encima del conocimiento. Los descendientes de Atila serán, según Brooks, robots mosquitos de no más de un milímetro que podrían ingresar en las arterias y realizar operaciones, o limpiar completamente alfombras, incluso cubrir íntegramente una pared que podría cambiar de color con una orden. ALVIN: (Autonomous Land Vehicle in a Neural Network), es una red neuronal artificial para la conducción de vehículos, gira a la izquierda, a la derecha, pudo eficientemente conducir vehículos por caminos, calles en la ciudad y autopistas (más de cien kilómetros llegando a velocidades de 100km/h). La visión artificial, la percepción del sonido y los conocimientos que ha desarrollado la inteligencia artificial son los nuevos elementos que se están incorporando en los así llamados robots inteligentes. Así el desarrollo de las percepciones visual y táctil les proporciona la capacidad para “ver” y “tocar”. La mayor o menor habilidad de un robot para efectuar movimientos espaciales depende de la habilidad de los ingenieros que han programado la actividad.

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