lunes, 26 de mayo de 2008

Robots como Sistemas Multiagente

Coordinar los movimientos de un robot con múltiples grados de libertad es un problema que se complica a medida que el número de articulaciones y la complejidad de sus maniobras crecen.

El problema de realizar una maniobra en robots complejos puede enfocarse como un problema de coordinación multi-objetivo. Se modela el problema como un sistema multi-agente, y para una buena solución se usaran técnicas de aprendizaje por refuerzo.


Esquema con las articulaciones de un robot y sus grados de libertad

Se intenta formalizar el concepto de maniobra como un conjunto de movimientos coordinados orientados a la consecución de un objetivo global por medio de objetivos locales, es decir, la coordinación de un sistema multiagente. El movimiento de un solo motor de forma individual en un instante de tiempo no sería una maniobra. Siendo así una maniobra, el movimiento conjunto de todos los motores o actuadores del cuerpo del robot durante un tiempo “suficiente” para lograr un objetivo. Una maniobra global puede estar compuesta de submaniobras siempre y cuando haya un objetivo para cada subconjunto de movimientos.

Esto da lugar a un problema clásico de optimización multiobjetivo con objetivos contrapuestos, es decir, la optimalidad de algunas inclinaciones de partes del cuerpo se contraponen a la optimalidad de otras durante algunos intervalos de tiempo, lo cual las hace competir y bloquearse entre ellas, este fenómeno produce lo que se llama una descoordinación motora que puede traducirse en bloqueo u oscilaciones.

Un ejemplo sería el caso de ponerse en pie partiendo de estar tumbado de espaldas.


Se puede plantear como un problema de coordinación multiagente donde cada parte del cuerpo es un agente que intenta maximizar alguna función local para optimizar una función global y compite por uno o más recursos que son las articulaciones que están directamente relacionadas con él. Entonces el problema es la optimización de una función global mediante la coordinación de un sistema multiagente. Cada agente tiene que colaborar para lograr dicho objetivo global.

Cada parte del cuerpo del robot tiene un vector de orientación asociado. Y el objetivo global se define, entre otras cosas, por una orientación dada en los vectores del robot. Así tendremos un agente por cada uno de los vectores del robot. Que tendrá que calcular su propia orientación a partir del inclinómetro localizado en la espalda del robot. La información que reciben todos los agentes del sistema es la misma, y es el estado de todas las articulaciones del sistema y la orientación del inclinómetro. La manera en la que cada agente actúa sobre las articulaciones del robot determina la dinámica de acción del sistema multiagente.

Tendríamos dos opciones:
1. Cada agente actúa solo sobre sus articulaciones adyacentes intentando maximizar el objetivo global.
2. Cada agente actúa solo sobre sus articulaciones adyacentes intentando maximizar su objetivo local.

De esta forma, sobre cada articulación competirían uno o dos agentes, haciendo más sencilla la política de asignación de recursos. La solución es un sistema multiagente cooperativo donde es necesario aprender la función de coordinación, que es precisamente la que se utilizara para realizar una maniobra en particular.


Cooperación de agentes en la maniobra ponerse en pie.

El tema parece un enfoque interesante sobre los SMA relacionado con los agentes físicos. Esperemos a vosotros también os lo parezca.

Saudos, Bubal

sábado, 24 de mayo de 2008

¿Guerra de Robots?

HONDA vs. SONY --- ASIMO vs. QRIO

ASIMO es un robot humanoide desarrollado por HONDA

En el año 2000, Honda presentó la primera versión del popular ASIMO, un robot que medía sólo 1,2 m de altura y había rebajado su peso hasta los 52 Kg. Era capaz de caminar a 1,6 Km/h, podía permanecer en funcionamiento durante 30 minutos seguidos y sus baterías necesitaban de 4 horas para recargarse por completo. Tras varias mejoras en el año 2007 la compañía japonesa mejoró las funcionalidades de su androide ASIMO, considerado el robot humanoide más avanzado del mundo, dotándolo de mayor autonomía y movilidad, hasta el punto de que ya es capaz de correr, reconocer a personas de su entorno, subir escaleras y hasta encajar la mano. ASIMO tiene un sistema de caminar inteligente que le permite modificar la velocidad y la longitud de sus pasos. Se desplaza de manera muy fluida, casi como un hombre. Además, puede caminar mientras gira, cosa que hasta ahora sólo podía hacer cuando estaba parado. El nuevo androide, que tiene una autonomía de una hora, dispone de más articulaciones en las manos, las rodillas y la cintura, lo que le permite tener una mejor capacidad de giro, de inclinación y de ejercer presión sobre un objeto. Gracias a ello, ASIMO es capaz de bailar, de estrechar la mano de su interlocutor, de subir y bajar escaleras, de chutar balones y hasta de transportar objetos, como bandejas, y dejarlos sobre una determinada superficie, entre otras muchas funciones.

Pero ASIMO tiene una nueva faceta: director de orquesta. Condujo a la Orquesta Sinfónica de Detroit en su presentación de la pieza 'Impossible Dream' (curioso titulo de la obra ya que que esto suceda parecía un sueño imposible hace no muchos años) durante un concierto en Detroit. Aunque el robot no puede responder a las preguntas de 'sus' músicos, lo que ASIMO ha hecho es memorizar e imitar las acciones del conductor de la orquesta, las cuales aprendió a través de las imágenes de un vídeo que había sido grabado en una de las prácticas.



QRIO es un robot humanoide desarrollado por SONY

QRIO camina en dos pies, danza fluidamente con todo su cuerpo y expresa un rango completo de emociones. Se mueve dinámicamente gracias a sus articulaciones equipadas con Servo Actuadores Inteligentes (ISAs). Varia su centro de gravedad al caminar del mismo modo que los seres humanos. Y logra detectar cambios en la superficie sobre la cual camina gracias a sensores en sus pies. Cuenta con sensores de presión que le permiten detectar fuerzas externas provenientes de la derecha, izquierda, frente o detrás. Si ninguna de las acciones que pudiese tomar, evitarán que pierda el equilibrio, QRIO instintivamente saca sus brazos y se prepara para la caída, relajando sus servo actuadores, luego se voltea a una posición frontal y se levanta. QRIO conoce tu rostro, esta equipado con una cámara y la capacidad de analizar las imágenes que ve, incluso puede aprender los rostros de personas que acaba de conocer.
QRIO también reconoce tu voz, puede determinar quien le esta hablando analizando los sonidos que escucha con sus microfonos incorporados, fue diseñado para entender palabras. Conoce más de 10,000 palabras y puede aprender nuevas. Esto le permite mantener conversaciones contigo. Analiza las palabras que dices a través de su tecnología de reconocimiento de voz y responde en sus propias palabras. Te preguntará que clase de cosas te gustan y las recordará para irte conociendo. QRIO puede cantar en vibrato! Además de expresar su emoción a través de la calidad y entonación de su voz. Tiene sus propias emociones y las expresa a través de movimientos, luces, acciones y colores. En ocasiones tiene sus propias emociones, y no hará algo que le pidas.




Si bien tanto QRIO para SONY como ASIMO para HONDA son "máquinas de alcanzar hitos", herramientas de "RoboMarketing", su tecnología puede y debe ser considerada como novedosa en el campo que tratamos.

Cuando HONDA creó ASIMO consiguió crear el primer robot humanoide comercial haciendose de esta forma con la primera posición en tecnología robótica de cara al público. Entonces SONY decidió, con el fin de ganar el pulso de la robótica, que debía construir un robot capaz de hacer algo que ningun robot humanoide comercial hubiera logrado antes, naciendo así QRIO.

Dejamos en vuestro gusto y opinión que juzgueis que Robot es el más completo y quien gana el pulso...

Saudos, Bubal

jueves, 15 de mayo de 2008

Y en España... ¿se desarrollan Robots?

Estamos habituados a oír noticias de robots diseñados y fabricados en Japón o Estados Unidos. Pero hoy nos hemos preguntado… ¿Se esta investigando algo en España en esta tecnología?

La respuesta es SÍ. Vamos a mostrar la creación de Julio Montagut… “Robby”, el primer robot bípedo “made in Spain”.




Su nombre es Robby y su desarrollo llevó a su creador aproximadamente dos años. Su “cerebro” es un ordenador porque es la forma más fácil de hacer las secuencias de movimiento. Gracias al ordenador y a un software diseñado especialmente para el, se pueden “ver” los movimientos de cada articulación, pudiendo intuir lo que va hacer o lo que se quiere que haga. Otro motivo importante es que con ello es muy fácil conectarle un módulo Bluetooth o Wifi para controlarlo. De todos modos su creador sigue trabajando para dotar a sistema de cierta movilidad y mayor autonomía. También se lo quiere dotar de una electrónica más potente y que sea capaz de almacenar los movimientos. Otra futura ampliación sería incorporarle un control de estabilidad para las inclinaciones, pasando así de ser un robot con movimiento estático (sin emplear la inercia y controlando la gravedad en todo momento) a ser un robot con movimiento dinámico (aprovechando la inercia como hacemos las personas inconscientemente al caminar). Esto plantea un desafío, Robby pesa mucho (1950 gramos) y cada añadido físico es un problema que se traduce en más peso y por lo tanto un inconveniente a la hora de ejecutar los movimientos, sobre todo caminar.

Robby utiliza unos módulos de comunicación con el protocolo Zigbee (xBee). Este protocolo es muy actual, trabaja a 2,4 Ghz y es muy similar al Wifi. Su alcance es de 100 metros pero se puede cambiar por los inmediatamente superiores (xBee-Pro) sin hacer ninguna modificación eléctrica, consiguiendo un alcance fiable de una milla (1600 metros).

Si bien es una creación española está inspirado, en el modelo comercial de una empresa llamada Lynxmotion.

Su creador considera que es relativamente barato construirse un “Robby” en casa, alrededor de unos 500 € o 700 €.

Así que si os animáis… ya sabéis ;)

Saúdos, Bubal

martes, 6 de mayo de 2008

¿Podrá un robot llegar a sustituir a un humano

Esta semana os planteamos esta pregunta…

Os preguntareis ¿por qué?, pues porque hemos encontrado que en Japón se están desarrollando unos robots con la intención de sustituir a los hombres. Uno de sus últimos modelos es capaz de trabajar en cualquier circunstancia, y liberar así a los obreros de las tareas más agotadoras o peligrosas.

Al robot en cuestión se le conoce como HRP-3 Promet MK II, mide 1,60 metros de altura y pesa 68 kilos; es capaz de desplazarse por superficies arenosas e inclinadas y soportar un aluvión de agua sobre sus espaldas. Este prototipo también puede caminar durante dos horas seguidas y reconoce la utilización de algunas herramientas como, por ejemplo, los destornilladores.










Cuenta con hardware resistente a ambientes adversos y movimientos complejos muy bien coordinados. Dependiendo de como sea programado, puede tener funcionamiento autónomo, o ser controlado a través de un control inalámbrico.

Se espera tener el robot en el mercado para 2010 con un precio estimado de unos 95 mil €. Sus principales clientes serán empresas constructoras que puedan aprovechar su uso.

El proyecto de investigación se está desarrollando en Japón para paliar la falta de mano de obra en el futuro, ya que su población envejece rápidamente, y también para ayudar en las tareas más peligrosas, delicadas e ingratas del trabajo humano.

Pero si bien en Japón puede ser una necesidad, en otros países sin ese problema, las empresas abaratarían costes a la larga con esta opción y terminarían por no contratar a personas para estas tareas (las mayoritarias) con lo que las cifras de paro se dispararían.

Resumiendo, lo que puede pensarse como la solución a un problema, la sustitución del hombre en tareas peligrosas puede traer consigo uno mayor como sería la propia devaluación del ser humano.

Después de todo esto os planteamos una pregunta para que reflexionéis:

¿Podría ser todo esto el principio del fin del humano como obrero?

Saludos, Bubal

martes, 29 de abril de 2008

¿Robots anti-explosivos?

Indagando por la Web hemos encontrado una noticia interesante sobre agentes físicos y es que resulta que en la Universidad Nacional de Colombia, varios científicos están desarrollando un proyecto que consiste en un sistema de robots, dotados con funciones y personalidad propia, capaces de ingresar en lugares de alto peligro para los humanos.

La idea inicial es que los robots sean introducidos en espacios donde haya amenaza, analicen el objeto sospechoso, envíen la imagen para el monitoreo externo y verifiquen el peligro.

El proyecto consta de tres prototipos: uno de ellos es el anfitrión o reina; los otros son los robots guías o balizas. El equipo de robots, muy similares a carros pequeños, es llamado Smart, Sistema Multiagente Robótico.
Los robots tienen atributos de un agente. Se comunican mediante un protocolo y realizan sus acciones en conjunto. Poseen numerosas de las propiedades de agentes como autonomía, habilidad social, reactividad, proactividad, movilidad, rápida adaptación al entorno y aprendizaje.
La integración de estos agentes conforman un SMA, una red donde cada uno cumple una función determinada. En este proyecto dos robots rodean a una “reina” (de los tres solo dos están construidos); los dos primeros guían a la “reina”, que será finalmente la que desarrolle la acción. Cada uno de los agentes está compuesto por módulos para percibir el ambiente, procesar datos y movilizarse.



A raíz de esta noticia hemos buscado alguna aplicación ya en funcionamiento con características similares y hemos encontrado que en 2005 en Argentina se desarrollo un robot anti-explosivos llamado Konabot. Entre sus posibles usos se encuentra la manipulación de artefactos explosivos, como granadas, bombas de fabricación casera, artefactos explosivos de porte pequeño o mediano.
En el siguiente vídeo podéis ver el funcionamiento y desarrollo del Konabot, junto con las explicaciones de sus desarrolladores.


Consideramos que la aplicación de los agentes o SMA en estos ámbitos puede ahorrar muchas vidas humanas y facilitar las tareas de las fuerzas de seguridad a la hora de desactivar cualquier tipo de explosivos sobre todo en países donde los índices de terrorismo son altos, que cada vez, por desgracia, son más.
Por eso nos pareció interesante resaltar estas dos aplicaciones ya que aunque una de ellas todavía es un proyecto en desarrollo (link), la otra es uno de los ganadores en la categoría Investigación Aplicada en Innovar 2007.

Saludos, Bubal.

miércoles, 23 de abril de 2008

Sistemas MultiAgente y Fútbol de Robots

Existen diferentes aplicaciones de los sistemas multiagentes, como el tráfico de control aéreo, asistentes personales, sistemas de balance de carga, control de extremidades en robots y el fútbol de robots, aplicación que ha aumentado su acogida en los últimos años.

Anualmente se realizan congresos y competenciones mundiales por parte de las dos organizaciones mundiales dedicadas al fútbol de robots, FIRA y ROBOCup, en donde diferente equipos a nivel mundial exponen sus trabajos realizados en cuanto al área y participan en los diferentes encuentros.

El fútbol de robots ha permitido plasmar la mayoría de caracterísiticas y propiedades de los SMA desde mediados de la década 1990-2000, convirtiéndose así en una de las aplicaciones por excelencia de este tipo de sistemas, sus principales ventajas se centran en que son aplicaciones facilmente accesibles, encierran la mayoria de cuestiones que trabajan los SMA, tienen el grado de complejidad suficiente y además, se pueden comparar directamente al enfrentar un sistema con otro en un encuentro.


Seguiremos profundizando en el tema del fútbol entre robots dado que en este país es el deporte rey y así veremos las características de los agentes físicos o robots en este peculiar deporte. En la imagen veis un ejemplo de una ROBOCup de un robot chutando a un niño que está de portero.

Curioso y interesante, ¿verdad?.


Agentes Físicos

Hoy miercoles 23 de Abril de 2008 inaguramos este blog para la asignatura de 5º curso de la ESEI, Sistemas Multiagente (SMA). La intención del mismo es acercarnos al mundo de los Agentes Físicos para conocer el tema con mayor profundidad.

Los Sistemas Multiagente y en concreto los Agentes Físicos tienen muchas aplicaciones hoy en día, entre ellas podemos destacar el uso de Robots.


En futuras entradas trataremos de conocer aplicaciones concretas que usen Agentes Físicos.

Saludos, Bubal