Seminario sulla robotica e L'I.A. Brevissime slide introduttive

2. Introduzione alla robotica
La robotica è una disciplina tecnico-scientifica che si occupa di
progettare e realizzare robot.
L’Intelligenza Artificiale (I.A) una disciplina informatica che si
occupa di progettare e realizzare algoritmi con l’obiettivo di
rendere più intelligente una macchina.

3. Agente razionale
SISTEMA
DECISIONALE
SENSORI ATTUATORI
AGENTE
ROBOTICO
Percezioni Azioni

4. Introduzione alla robotica
Il termine venne utilizzato per la prima volta dallo scienziato/
scrittore Isaac Asimov, a cui si devono anche le famose tre leggi
della robotica:
• Un robot non può recare danno ad un essere umano né può
permettere che, a causa del proprio mancato intervento, un
essere umano riceva danno.
• Un robot deve obbedire agli ordini impartiti dagli esseri umani,
purché tali ordini non contravvengano alla prima legge.
• Un robot deve proteggere la propria esistenza,
purché questa autodifesa non contrasti con la prima o con la
seconda legge.

5. Introduzione alla robotica
Materie presenti quando si studia robotica:
• Informatica
• Meccanica
• Elettronica
• Logica/matematica
• Fisica
• Chimica/ingegneria dei materiali
• …

6. Tipologie robotica
Settori della robotica:
• Robotica industriale
• Robotica medicale
• Robotica militare
• Robotica esplorativa
• Robotica educativa
• Robotica per l’intrattenimento
• Biorobotica

7. Tipologie robot
 ROBOTICA INDUSTRIALE: il tipo di robotica più
diffusa; la si vede applicata in svariati settori produttivi (si
pensi per esempio ai robot per l’assemblaggio delle
autovetture della FIAT).
 ROBOTICA SPAZIALE: in questo ambito rientrano i
robot per le esplorazioni spaziali.
 BIOROBOTICA: a cui fa riferimento tutta la robotica
usata nel settore medicale.
 ROBOTICA SOCIALE: il tipo di robotica che si occupa
di creare robot in grado di cooperare tra loro.

8. Tipologie robot
 ROBOTICA UMANOIDE: si occupa di progettare robot
dall’aspetto e della funzionalità umane.
N.B: Il robot umanoide è un robot con sembianze umane ma di fatto
realizzato completamente con schede elettroniche, plastica, alluminio,….
Un androide è un esempio di robot umanoide. Un CYBORG
(Organismo cibernetico) è un insieme di robotica e
tessuti biologici

9. Robot industriale

10. Robot industriale

11. Robot industriale
LINK
LINK
GIUNTO

12. Robot industriale (cobots)

13. Bio-robotica

14. Bio-robotica - esempi
Big Dog della Boston Dynamics -> percorre in autonomia 32 km
trasporta materiali fino a 180 Kg.
Cheetah -> cane scimmia progettato per supportare la fanteria
In grado di superare i 47 km/h ed è in grado di saltare fino a
40 cm.
BionicFinWave -> pesce bionico in grado di
muoversi all’interno delle tubature.

15. Esempi in ambito medico:
1) Occhio bionico (epiretinale, subretinale)
2) Orecchio bionico
Bio-robotica (esempio medicale)

16. Altro esempio: orecchio bionico.
Un tale dispositivo è in grado di far percepire meglio i suoni ad un
paziente sordo. A differenza della protesi acustica, un orecchio bionico
permette di stimolare il nervo acustico con segnali elettrici.
In generale un impianto cocleare è composto da due componenti:
Una interna -> un ricevitore che permette di stimolare il nervo acustico
Una esterna -> processore
Bio robotica nella medicina

17. ORECCHIO BIONICO

18. Robotica autonoma
La robotica autonoma è un settore della robotica che si
occupa di progettare e realizzare robot in grado di muoversi con
una certa autonomia in ambienti sia strutturati che non
strutturati e piuttosto complessi.
Un ambiente può essere:
- Strutturato
- Non strutturato

19. Robotica autonoma
Un ambiente strutturato è un ambiente di cui si conosce a priori
la tipologia e le caratteristiche geometriche degli oggetti
presenti nell’ambiente ma anche dell’ambiente stesso.
Per esempio: una stanza arredata, ordinata e statica nel senso
che non ci sono oggetti in movimento
In un ambiente non strutturato non si ha tale conoscenza a priori.

20. Robotica autonoma
Un robot, per muoversi e lavorare in autonomia, deve possedere tutta una seria di
caratteristiche, di seguito elencate:
- fonte di energia (possibilmente a bordo)
- Sistema decisionale a bordo
- Sensori ed attuatori a bordo
In questo senso, le proprietà appena elencate sono proprio i fattori che distinguono
un robot autonomo da un classico robot industriale presente normalmente
in una azienda manifatturiera.

21. Robotica autonoma
Robot di questo tipo sono i robot mobili i quali possono essere di
differente tipo e spesso la classificazione la fa il tipo di attuatore. Per
esempio:
- Robot cingolati -> sfruttano i cingoli per muoversi
- Robot bipedi, quadrupedi,… -> sfruttano delle zampe per muoversi
- Robot mobili tipo rover -> sfruttano delle ruote per muoversi

22. Alcuni bio robot sfruttano attuatori particolari per riprodurre
movimenti fluidi ed essere anche strutturalmente meno rigidi.
Tali robot si chiamano anche SOFT ROBOT in quanto usano
attuatori che non fanno parte delle tre tipologie già citate
precedentemente.

23. I soft robot usano attuatori particolari come i polimeri elettroattivi.
I soft robot sono robot “soffici” con capacità di adattamento
superiori a quelle dei robot tradizionali: possono allungarsi,
torcersi, deformarsi, esattamente come le specie animali e vegetali

24. Oggi, grazie allo sviluppo della tecnologia, a nuovi processi produttivi
molto sofisticati e alla stampa 3D si possono fabbricare componenti
integrati, senza più la necessità di parti meccaniche ad
incastro. Attuatori, sensori, e altre parti possono essere creati in
un materiale composito.
Esempi di materiali:
• Polimeri elettroattivi, materiali a forma di
gel che stimolati che basse tensioni si contraggono e
si espandono.

26. Altri soft robot sfruttano l’idrogel.
idrogel - un materiale viscoso composto prevalentemente
d'acqua, mosse da un sistema di pompe idrauliche.
Svariati sono i robot bio ispirati. Su you tube è possibile vedere
Alcuni interessanti robot insetto sviluppati dalla FESTO.

27. Un ramo della bio robotica è la robotica umanoide. Tale settore
Si occupa di progettare e realizzare robot che si ispirano all’essere
umano.
Un robot umanoide dovrebbe essere in grado di muoversi in
Autonomia come un umano, poter riconoscere gli oggetti,
afferrarli, interagire insomma come un umano con l’ambiente
esterno.
Quindi un robot umanoide per potersi muovere ha bisogno
di gambe simili a quelle umane.

29. 1) Studi sui sistemi di locomozione su due arti (Robot Bipedi)
2) Studi sui sistemi di manipolazione (Mano artificiali)
3) Studi sui sistemi di coordinamento Visione-Manipolazione
4) Studi sui sistemi di attuazione e sensoriali ad hoc
5) Studi su sistemi di controllo ad alto livello (AI)
6) Studi su sistemi di controllo in grado di esprimere semplici
stati
d’animo (rabbia, felicità, stupore,indifferenza,paura....)
7) Studi sulle interfacce e i sistemi di tele-manipolazione per
Robot Umanoidi (NASA)

30. La locomozione può essere:
1) Su gambe
2) Su ruote
Una questione molto importante: minore è il numero di
gambe e più complessa si fa la gestione della locomozione
Sono necessari minimo due gradi di libertà
per spostare in avanti una gamba

31. A volte è meglio avere 3 GDL.

32. Un aspetto molti importante per un robot umanoide: essere autonomi nel
muoversi in ambienti esterni anche piuttosto complessi….
Solitamente il sistema decisionale di un robot di questo tipo è una classica rete
neurale in cui lo strato di input codifica istante per istante lo stato sensoriale del
robot.
Le informazioni sensoriali che il robot riceve al generico
istante di tempo ‘t’ dipendono chiaramente dall’azione
compiuta dal robot all’istante ‘t-1’ ed influenzano le azioni
che dovrà compiere all’istante ‘t+1’

34. Oltre a muoversi in modo indipendente un robot autonomo deve poter
riconoscere gli oggetti e potersi afferrare e quindi manipolare….
Manipolazione prensile degli oggetti:
• PRESA CON CHIUSURA DI FORZA
• PRESA CON CHIUSURA DI FORMA
Nel primo caso si hanno i giunti della mano bloccata e quindi non si può muovere
l’oggetto tra le dita…..Nel secondo caso (che comunque rientra come sotto caso
del primo) il palmo della mano e le dita per intero avvolgono l’oggetto.
Il primo tipo di chiusura si può realizzare con un numero
Di contati ridotto rispetto a secondo tipo.

38. Su internet è possibile trovare free molti simulatori per il
problema del grasping robotico, tra cui:
• GraspIt (https://graspit-simulator.github.io/)
• OpenGrasp (http://opengrasp.sourceforge.net/)

39. Una flotta o sciame di robot viene studiato in un settore della robotica
chiamato swarm robotics. In poche parole, in tale settore della robotica si
studia il comportamento dei così detti insetti sociali, ossia formiche, api,
eccetera. Lo scopo di tale branchia della robotica è quella di progettare e
sviluppare robot in grado di riprodurre le stesse funzioni di questi insetti dal
punto di vista della cooperazione per il raggiungimento di un particolare
scopo.
Un interessante sito legato agli swarm robots è il seguente:
http://www.swarm-bots.org/

40. I singoli robot devono possedere determinate caratteristiche che sono
riassumibili in:
• Omogeneità
• Semplicità
• Capacità di effettuare comunicazioni locali ed elementari.
Una cosa molto importante è che nella robotica collettiva: I robots devono:
• Essere autonomi
• Essere inclusi all’interno dell’ambiente in cui opereranno
• Poter agire solo localmente
• Collaborare verso un unico obiettivo

41. Come già detto, un insieme di robot deve necessariamente cooperare per
poter affrontare un problema, semplice o complesso che sia, e risolverlo.
Tale cooperazione è dettata dal comportamento collettivo (collective
behaviour) del sistema, per cui tutti i robot ambiscono allo stesso risultato
strutturandosi o compiendo scelte come fossero un unico robot, celando
totalmente il comportamento del singolo.
Questi comportamenti collettivi possono essere del seguente tipo:
• Organizzazione spaziale -> legata all’organizzazione della posizione del
robot all’interno dell’ambiente in cui opera.
• Navigazione collettiva -> legata all’organizzazione dei movimenti dei
singoli robot all’interno dello sciame

42. Ed in campo medico?.....
Questo robot per disabili è una
struttura indossabile che sorregge
il corpo umano. Ha dei motori
posizionati sulle anche e sulle
ginocchia. I motori sono
comandati da un software che si
trova in un computer che si mette
sulle spalle come uno zainetto.
L’orologio comunicatore serve ad
attivare l’esoscheletro.

43. INTELLIGENZA ARTIFICIALE (I.A):
I 4 classici approcci all’I.A:
• Sistemi basati sulla conoscenza
• Logica fuzzy
• Reti neurali
• Algoritmi genetici
Sistemi basati sulla conoscenza (KB=Knowledge Based):
Sono sistemi che in archivio hanno una serie di regole del tipo:
SE (CONDIZIONE VERIFICATA) ALLORA
AZIONE
ALTRIMENTI
ALTRA AZIONE

44. Logica fuzzy:

45. Reti neurali:
[input, output desiderato]

46. Contatti:
Mail: mbuttolo@libero.it
Sito: www.marcobuttolo.com