Verhaltensbasierte Robotik

Verhaltensbasierte Robotik (BBR) oder Verhaltensrobotik ist ein Ansatz in der Robotik, der sich auf Roboter konzentriert, die trotz eines geringen Zustands der internen Variablen komplex erscheinende Verhalten zeigen können, um ihre unmittelbare Umgebung zu modellieren, wobei sie ihre Aktionen meistens schrittweise über sensorisch-motorische Verbindungen korrigieren.

Verhaltensbasierte Roboter (RBCs) zeigen oft mehr biologische Funktionen als ihre intensiv computerisierten Pendants, die in ihren Funktionen sehr bewusst sind. Ein RBC macht oft Fehler, wiederholt Aktionen und wird verwirrt, hat aber auch den anthropomorphen Charakter der Hartnäckigkeit. Vergleiche zwischen Erythrozyten und Insekten sind aufgrund ihrer Maßnahmen häufig. RBC sind Beispiele für schwache künstliche Intelligenz.

Der Ort, an dem die meisten RBCs in den 1980er Jahren studiert wurden, war das Massachusetts Institute of Technology mit Professor Rodney Brooks, der mit Hilfe seiner Schüler und Kollegen mithilfe der Subsumtionsarchitektur eine Reihe von Robotern mit Rädern oder Beinen baute. Brooks ‘Veröffentlichungen, die üblicherweise mit Titeln wie “Plan ist nur ein Weg, um herauszufinden, was als nächstes zu tun ist” zu vermeiden sind, die anthropomorphen Eigenschaften ihrer Roboter und die relativ niedrigen Kosten ihrer Entwicklungen machten den verhaltensbasierten Ansatz populär.

Brooks ‘Arbeit trug – unabsichtlich oder nicht – zu den beiden größten Marken im Verhaltensansatz bei. In den 1950er Jahren baute William Gray Walter, ein englischer Wissenschaftler mit Erfahrung in der neurologischen Forschung, 1950 ein Paar thermionisch ventilgesteuerte Roboter, die auf dem Festival of Britain im Jahr 1951 ausgestellt wurden und einen einfachen, systemgesteuerten, verhaltensorientierten Ansatz hatten.

Die zweite große Marke war Valentino Braitenbergs Buch “Fahrzeuge – Experimente in der synthetischen Psychologie” (MIT Press) von 1984. Dort beschreibt er eine Reihe von Experimenten, die zeigen, dass einfache Verbindungen zwischen Sensoren / Motoren zu komplexen Verhaltensweisen wie Angst und Liebe führen können.

Einige der neuesten Arbeiten zu RBC stammen von der BEAM Robotics-Community, die von Mark Tilden ins Leben gerufen wurde. Tilden war inspiriert von der Reduzierung der Rechenleistung, die für die Laufmechanismen der Brooks-Experimente erforderlich war (die einen Mikrocontroller für jedes Bein verwendeten), und er reduzierte weiter den Rechenaufwand, der für einfache Logikschaltungen, eine Transistor-basierte Elektronik und das Design benötigt wird analoge Schaltungen.

Prinzipien
Die verhaltensbasierte Robotik unterscheidet sich von der traditionellen künstlichen Intelligenz, indem sie biologische Systeme als Modell verwendet. Klassische künstliche Intelligenz verwendet normalerweise eine Reihe von Schritten, um Probleme zu lösen. Sie folgt einem Pfad, der auf internen Repräsentationen von Ereignissen im Vergleich zum verhaltensbasierten Ansatz basiert. Anstatt vordefinierte Berechnungen zur Bewältigung einer Situation zu verwenden, ist verhaltensbasierte Robotik auf Anpassungsfähigkeit angewiesen. Diese Weiterentwicklung hat es möglich gemacht, dass sich verhaltensbasierte Robotik bei Recherchen und Datenerhebungen durchgesetzt hat.

Die meisten verhaltensbasierten Systeme sind auch reaktiv, dh sie benötigen keine Programmierung interner Repräsentationen, wie ein Stuhl aussieht oder auf welcher Oberfläche sich der Roboter bewegt. Stattdessen werden alle Informationen von den Sensoren des Roboters abgerufen. Der Roboter verwendet diese Informationen, um seine Aktionen schrittweise entsprechend den Änderungen in der unmittelbaren Umgebung zu korrigieren.

Verhaltensbasierte Roboter (BBR) zeigen normalerweise mehr biologisch wirkende Aktionen als ihre rechenintensiven Pendants, die sehr bewusst vorgehen. Ein BBR macht oft Fehler, wiederholt Aktionen und erscheint verwirrt, kann aber auch die anthropomorphe Qualität der Hartnäckigkeit zeigen. Vergleiche zwischen BBRs und Insekten sind aufgrund dieser Maßnahmen häufig. BBRs werden manchmal als Beispiele für schwache künstliche Intelligenz betrachtet, obwohl einige behaupteten, sie seien Modelle aller Intelligenz.

Eigenschaften
Die meisten verhaltensbasierten Roboter verfügen über eine Reihe grundlegender Funktionen, um sie zu starten. Sie erhalten ein Verhaltens-Repertoire, mit dem sie bestimmen können, welche Verhaltensweisen zu verwenden sind und wann Hindernisvermeidung und Batterieladung die Grundlage bilden können, damit die Roboter lernen und erfolgreich sein können. Anstatt Weltmodelle zu erstellen, reagieren verhaltensbasierte Roboter einfach auf ihre Umgebung und Probleme in dieser Umgebung. Sie stützen sich auf internes Wissen, das sie aus ihren Erfahrungen in der Vergangenheit gelernt haben, kombiniert mit ihrem grundlegenden Verhalten, um Probleme zu lösen.

Geschichte
Die Schule der verhaltensbasierten Roboter hat viel zu verdanken, als Rodney Brooks in den 1980er Jahren am Massachusetts Institute of Technology gearbeitet hat, der mit Studenten und Kollegen eine Reihe von Rädern und Beinen konstruierte, die die Subsumtionsarchitektur nutzten. Brooks ‘Papiere, oft mit unbeschwerten Titeln wie “Planung ist nur ein Weg, um herauszufinden, was als nächstes zu tun ist”, die anthropomorphen Eigenschaften seiner Roboter und die relativ niedrigen Kosten für die Entwicklung solcher Roboter, machten den verhaltensbasierten Ansatz populär .

Brooks ‘Arbeit baut – ob zufällig oder nicht – auf zwei früheren Meilensteinen des verhaltensorientierten Ansatzes auf. In den 1950er Jahren baute W. Gray Walter, ein englischer Wissenschaftler mit einem Hintergrund in der neurologischen Forschung, ein Paar Vakuumröhren-Roboter, die auf dem Festival of Britain 1951 ausgestellt wurden und einfache, aber effektive verhaltensbasierte Steuerungssysteme aufweisen.

Der zweite Meilenstein ist das Buch von Valentino Braitenberg aus dem Jahr 1984 “Fahrzeuge – Experimente in der synthetischen Psychologie” (MIT Press). Er beschreibt eine Reihe von Gedankenexperimenten, die zeigen, wie einfach verdrahtete Sensor / Motor-Verbindungen zu komplex erscheinenden Verhaltensweisen wie Angst und Liebe führen können.

Später arbeitet BBR in der BEAM-Robotik-Community, die auf der Arbeit von Mark Tilden aufbaut. Tilden war inspiriert von der Verringerung der Rechenleistung, die für die Laufmechanismen von Brooks ‘Experimenten benötigt wurde (die einen Mikrocontroller für jedes Bein verwendet), und reduzierte den Rechenaufwand auf Logikchips, Transistor-basierte Elektronik und analoge Schaltungsdesigns.

Eine andere Entwicklungsrichtung umfasst Erweiterungen der verhaltensbasierten Robotik für Multi-Roboterteams. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Entwicklung einfacher generischer Mechanismen, die entweder implizit oder explizit zu einem koordinierten Gruppenverhalten führen.

Tags: