Capitolo 2 : Robot autonomo

Un robot in grado di funzionare indipendentemente dal controllo umano è indicato come robot autonomo. W. Grey Walter è accreditato per aver costruito i primi robot completamente autonomi alla fine degli anni '40. A questi robot furono dati i nomi Elmer ed Elsie ed erano conosciuti come l'ambiente circostante. Sono stati i primi robot mai costruiti nella storia del mondo che erano destinati ad avere il libero arbitrio e sono stati progettati per "pensare" allo stesso modo dei cervelli biologici.

Esempi del passato includono diverse sonde spaziali. Le automobili a guida autonoma e gli aspirapolvere sono due esempi di tecnologia moderna. I bracci robotici industriali che lavorano sulle catene di montaggio all'interno delle fabbriche potrebbero anche essere definiti robot autonomi, nonostante il fatto che la loro autonomia sia limitata a causa dell'ambiente altamente controllato in cui operano e del fatto che non sono in grado di muoversi liberamente.

La capacità di un robot di cercare se stesso è il fattore principale che determina se ha o meno una totale autonomia fisica. Molti dei robot alimentati a batteria disponibili oggi sul mercato hanno la capacità di localizzare e connettersi a una stazione di ricarica. Alcuni giocattoli, come l'Aibo di Sony, hanno anche la capacità di auto-docking per caricare le batterie.

La propriocezione, spesso nota come la capacità di percepire il proprio stato interiore, è il fondamento dell'automantenimento. Nello scenario in cui il robot ha bisogno di caricare le batterie, il robot può rilevare tramite propriocezione che le sue batterie si stanno esaurendo, a quel punto cerca il caricabatterie. Il monitoraggio del calore viene effettuato utilizzando un altro tipo tipico di sensore propriocettivo. Sarà necessario che i robot abbiano una maggiore propriocezione in modo che possano funzionare in modo indipendente intorno agli esseri umani e in ambienti ostili. I sensori propriocettivi sono disponibili in una varietà di forme, le più comuni delle quali sono il rilevamento termico, ottico e tattile, nonché l'effetto Hall (elettrico).

Percepire le cose di ciò che ci circonda è un esempio di esterocezione. Affinché possano svolgere i loro compiti e rimanere fuori pericolo, i robot autonomi devono essere dotati di una varietà di sensori ambientali.

Lo spettro elettromagnetico, il suono, il tatto, le sostanze chimiche (odore, odore), la temperatura, la portata di oggetti diversi e l'altitudine sono tutti esempi di sensori esterocettivi comuni.

Alcuni robot aspirapolvere sono dotati di rilevatori di sporco che rilevano la quantità di sporco raccolta e utilizzano queste informazioni per dire loro di rimanere più a lungo in un'area. Alcuni rasaerba robotizzati adatteranno la loro programmazione rilevando la velocità con cui l'erba cresce secondo necessità per mantenere un prato perfettamente tagliato. Inoltre, alcuni rasaerba robotizzati rileveranno la velocità con cui l'erba cresce secondo necessità per mantenere un prato perfettamente tagliato.

Quando si tratta di comportamento autonomo, la fase successiva è quella di svolgere effettivamente un'attività fisica. I robot domestici sono un campo relativamente nuovo che sta iniziando a mostrare un potenziale economico. Nel 2002, aziende come iRobot ed Electrolux sono state le prime a commercializzare robot aspirapolvere in miniatura. Anche se questi sistemi non hanno un grado di intelligenza molto elevato, sono in grado di attraversare grandi distanze e pilotare in condizioni ristrette come le residenze impiegando sensori tattili e senza contatto. Entrambi questi robot fanno uso di algoritmi proprietari per fornire una copertura maggiore di quella che sarebbe possibile con un semplice rimbalzo casuale.

La capacità di un robot di svolgere compiti condizionali è necessaria per il livello successivo di prestazioni di compiti autonomi. Ad esempio, ai robot di sicurezza può essere insegnato a identificare gli intrusi e a reagire in modo predeterminato in base alla posizione dell'intruso nell'edificio. Nel settembre del 2021, ad esempio, Amazon (la società) ha introdotto il suo prodotto Astro per l'uso nell'assistenza agli anziani, nel monitoraggio domestico e nella sicurezza.

È necessario che un robot sia in grado di spostarsi da un luogo all'altro ed essere consapevole della sua posizione attuale per poter "localizzare" le sue azioni. L'uso della guida a filo per questo tipo di navigazione è stato sperimentato negli anni '70, mentre la triangolazione basata su beacon non è stata utilizzata fino ai primi anni 2000. I robot utilizzati nelle applicazioni commerciali sono oggi in grado di navigare autonomamente sulla base del rilevamento delle caratteristiche naturali. Sia il robot medico Pyxus HelpMate che il robot di guardia CyberMotion, entrambi costruiti negli anni '80 da pionieri nel campo della robotica, sono stati i primi robot commerciali a compiere questa impresa. All'inizio, questi robot si muovevano all'interno degli edifici con l'uso di planimetrie CAD preparate manualmente, rilevamento del sonar e altre modifiche che seguivano le pareti. La prossima generazione di robot mobili, come il PatrolBot di MobileRobots e la sedia a rotelle autonoma, entrambi rilasciati nel 2004, sono in grado di generare le proprie mappe basate su laser di un edificio e possono attraversare spazi aperti oltre ai corridoi. Se qualcosa si mette in mezzo, il loro sistema di controllo si regolerà al volo per scegliere un altro percorso.

Inizialmente, la navigazione autonoma dipendeva da sensori planari, che sono sensori in grado di percepire solo a un livello. Esempi di sensori planari includono i telemetri laser. Nei sistemi più moderni di oggi, le informazioni raccolte da una varietà di sensori vengono combinate per eseguire la localizzazione (posizionamento) e la navigazione. Sistemi come Motivity sono in grado di rimappare un intero edificio da soli e possono fare affidamento su una varietà di sensori in varie parti della struttura a seconda di quale sensore offra i dati più accurati in un dato momento.

La maggior parte dei robot per interni è progettata per esplorare luoghi accessibili ai disabili manipolando ascensori e porte elettroniche piuttosto che salire i gradini, un compito che richiede una tecnologia molto specializzata. I robot hanno ora la capacità di muoversi liberamente all'interno degli ambienti grazie alle interfacce elettroniche di controllo degli accessi. In questo momento sono in corso ricerche su robot in grado di sbloccare manualmente le porte e salire le scale da soli.

Man mano che questi approcci interni continuano ad avanzare, i robot aspirapolvere otterranno la capacità di pulire una stanza o un intero pavimento come definito dall'utente. Insieme, i robot di sicurezza saranno in grado di circondare gli invasori e bloccare il loro percorso fuori dall'edificio. A seguito di questi progressi tecnologici, vengono introdotte precauzioni concomitanti. Le mappe interne dei robot spesso consentono di stabilire "zone proibite", il che impedisce ai robot di accedere in modo indipendente a determinate posizioni.

Quando si vola in aria, raggiungere la libertà all'aperto è più facile perché ci sono meno barriere. I missili da crociera sono esempi di robot altamente autonomi e potenzialmente letali. L'uso di droni telecomandati a scopo di ricognizione sta diventando sempre più comune. Alcuni di questi veicoli aerei senza pilota, spesso noti come UAV, sono in grado di completare l'intera missione senza l'assistenza di un pilota umano in nessun momento, con la possibile eccezione dell'atterraggio, che potrebbe richiedere l'assistenza di una persona che utilizza un radiocomando. Tuttavia, diversi tipi di droni hanno la capacità di effettuare atterraggi controllati ma automatizzati. È stato dichiarato che una nave autonoma, chiamata Autonomous spaceport drone ship, sarà creata nel 2014 e il suo primo test operativo è previsto per dicembre dello stesso anno.

A causa dei seguenti fattori, l'autonomia all'aperto è la più impegnativa per i veicoli terrestri:

Una topografia tridimensionale

Grandi variazioni nella densità della superficie

Urgenze causate dalle intemperie

instabilità nell'ambiente che si avverte

Per quanto riguarda la robotica autonoma, ci sono alcune sfide irrisolte che sono uniche per la disciplina stessa piuttosto che essere parte della più ampia ricerca dell'intelligenza artificiale. Secondo il libro Autonomous Robots: From Biological Inspiration to Implementation and Control scritto da George A. Bekey, alcune delle sfide che devono essere superate includono garantire che il robot sia in grado di operare in modo appropriato e non incontrerà alcun impedimento mentre opera da solo.

Indipendenza energetica e foraggiamento

I ricercatori che sono interessati alla creazione di un'autentica vita artificiale sono interessati non solo al controllo intelligente, ma anche alla capacità del robot di cercare le proprie provviste attraverso il processo di foraggiamento (alla ricerca di cibo, che include sia energia che pezzi di ricambio).

Questo ha a che fare con il concetto di foraggiamento autonomo, che è un problema nei campi dell'antropologia sociale, dell'ecologia comportamentale umana e dell'ecologia comportamentale degli esseri umani. Ha anche a che fare con la robotica, l'intelligenza artificiale e la vita artificiale.

C'è stato un aumento della consapevolezza sociale e della copertura mediatica dei più recenti progressi nei robot autonomi, nonché di alcune delle questioni filosofiche, degli effetti economici e degli impatti sociali che derivano dai ruoli e dalle attività dei robot autonomi. Ciò è dovuto al fatto che i robot autonomi sono diventati più...