+ All Categories
Home > Documents > Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von...

Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von...

Date post: 05-Apr-2015
Category:
Upload: conradine-narr
View: 137 times
Download: 4 times
Share this document with a friend
40
Robotik
Transcript
Page 1: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Robotik

Page 2: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Robotik: Eine Einführung

• Was ist ein Roboter?• Woraus bestehen Roboter?• Welche Arten von Robotern gibt es?

• Wozu bauen wir Roboter?• Welche ethischen Probleme werfen Roboter auf?• Wie funktionieren Roboter?• Welche Grundprinzipien gibt es in der Robotik?• Wie beurteilet man einen gegebenen Roboter?

Page 3: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Was ist ein Roboter?

• Ein Roboter ist eine technische Apparatur, die dazu dient, dem Menschen die Arbeit abzunehmen. Roboter können sowohl stationäre als auch mobile Maschinen sein und werden von Computerprogrammen gesteuert. Die Bedeutung hat sich allerdings im Laufe der Zeit gewandelt.

• A robot is a mechanical or virtual artificial agent, usually an electro-mechanical machine that is guided by a computer program or electronic circuitry.

Page 4: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Woraus besteht ein Roboter?

1. sensors– light, sound, touch, pressure, GPS, ...

2. controllers– microcontrollers, chips, neural networks, ...

3. actuators– locomotion: wheels, legs, wings, ...– manipulation: hands, tools, ...– communication: speakers, radio, ...

Power source

Page 5: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Roboterarten

• Beam

• Erkundungsroboter

• Humanoider Roboter

• Biomorpher Roboter

• Industrieroboter

• Lauf-/Flug-/Kriechroboter

• Personal Robot

• Serviceroboter

• Spielzeugroboter

• Transportroboter

• Kampfroboter

• Nanoroboter

• Schwarmroboter

• Modulare Roboter

• Adaptive Robot

• Selfreplicating Robot

Page 6: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Wozu Roboter?

• dangerous environments• inaccessible environments• repetitive or difficult tasks• entertainment• basic research (understanding by rebuilding), e.g.– intelligence– locomotion– collaboration– …

Page 7: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Roboter

Page 8: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

robotics timeline

Page 9: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

TED talks on roboticshttp://www.ted.com/talks/bruno_maisonnier_dance_tiny_robots.htmlRobot dance

http://www.ted.com/talks/daniel_wolpert_the_real_reason_for_brains.htmlNeuroscientist Daniel Wolpert starts from a surprising premise: the brain evolved, not to think or feel, but to control movement http://www.ted.com/talks/rodney_brooks_on_robots.htmlIn this prophetic talk from 2003, roboticist Rodney Brooks talks about how robots are going to work their way into our lives http://www.ted.com/talks/vijay_kumar_robots_that_fly_and_cooperate.htmlIn seinem Labor an der Pennsylvania State University bauen Vijay Kumar und sein Team fliegene Quadcopter.

http://www.ted.com/talks/dennis_hong_my_seven_species_of_robot.htmlBeim TEDxNASA stellt Dennis HONG sieben preisgekrönte All-Terrain-Roboter vor

http://www.ted.com/talks/a_robot_that_flies_like_a_bird.htmlSmartBird, a large, lightweight robot, modeled on a seagull, that flies by flapping its wings. http://www.ted.com/talks/david_hanson_robots_that_relate_to_you.htmlDavid Hanson's Robotergesichter sehen so aus wie Ihres und verhalten sich auch so. http://www.ted.com/talks/hod_lipson_builds_self_aware_robots.htmlHod Lipson zeigt ein paar seiner coolen, kleinen Roboter, die die Fähigkeit besitzen zu lernen, sich selbst zu verstehen und sogar sich selbst zu reproduzieren.

Page 10: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Das Grundprinzip

sensors controller actuators

Eingabe (input)

Verarbeitung (processing)

Ausgabe (output)

Sinne Gehirn Muskeln

Informations-

verarbeitung

Roboter

Menschen

Page 11: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

GOFAI(good old-fashioned artificial intelligence)

Aufstellung Schachspiel

besten Zug berechnen Spielzug

Page 12: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

GOFAI• In artificial intelligence, GOFAI ("Good Old-Fashioned Artificial Intelligence") describes the

oldest original approach to achieving artificial intelligence, based on logic and problem solving. In robotics research, the term is extended as GOFAIR ("Good Old-Fashioned Artificial Intelligence and Robotics").

• GOFAI was the dominant paradigm of AI research from the middle fifties until the late 1980s. After that time, newer sub-symbolic approaches to AI were introduced.

• GOFAI is based on the assumption that many aspects of intelligence can be achieved by the manipulation of symbols, an assumption defined as the "physical symbol systems hypothesis" by Allen Newell and Herbert A. Simon in the middle 1960s. By the 1980s, many researchers began to doubt that high-level symbol manipulation alone could account for all intelligent behaviors.

• Opponents of the symbolic approach include roboticists such as Rodney Brooks, who aims to produce autonomous robots without symbolic representation (or with only minimal representation) and computational intelligence researchers, who apply techniques such as neural networks and optimization to solve problems in machine learning and control engineering.

Page 13: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Es stellt sich also heraus:• Den besten Zug finden ist gar nicht so schwer ...• ... die Figur dann dort hin bewegen dagegen schon

Page 14: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Ziel: MANSAI???

(Modern And Not-Symbolic Artificial Intelligence)

• Wie soll das gehen?• Was sind die Aufgaben?• Was hat das mit Intelligenz zu tun?

Lessons to learn from the one intelligent agent known to us: us.

Page 15: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

GOFAI:

Umwelt

Körper

Sinne

Gehirn

Muskeln

input symbolic computation output

logisches (=symbolisches)

Denken...

Page 16: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Realistischer:

Umwelt

Körper

Sinne

Gehirn

Muskelnbew

usst

erab

stra

kter

sym

bolis

cher

lang

sam

er

Bewusste Entscheidungen, Wille, Pläne, Modelle der

Wirklichkeit, logisches (=symbolisches) Denken...

Page 17: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Goodbye GOFAI?

viele verschiedene Ansätze und Zielrichtungen

Umwelt

Körper

Sinne

Gehirn

Muskeln

Higher level cognition

input

symbolic computation

output

Und was ist mit dem Rest?Und mit dem Zusammenspiel?Und was war nochmal Intelligenz?

Page 18: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Kybernetik(„Regelungstechnik“)

ist-Zustand Vergleich Ist-Soll

Änderung in Richtung Soll-

Zustand

Feedback

Page 19: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

feedback loops

Umwelt

Körper

Sinne

Gehirn

Muskeln

Umwelt

im Körper

im Gehirn

Page 20: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Subsumtion Architecture:Rodney Brooks (1986)

Page 21: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

interplay: bottom-up or top-down?

Umwelt

Körper

Sinne

Gehirn

Muskeln

top

bottom

Umwelt

im Körper

im Gehirn

Page 22: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

time

Umwelt

Körper

Sinne

Gehirn

Muskeln

Umwelt

im Körper

im Gehirn

Gedächtnis Erfahrung

Voraus-sagen

Page 23: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

extras

Umwelt

Körper

Sinne

Gehirn

Muskeln

Umwelt

im Körper

im Gehirn

Gedächtnis ErfahrungWille?!

Selbstbild/modellAufmerksamkeit

Bewusstsein

Voraus-sagen

Page 24: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

tasks and autonomy

Page 25: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Umwelt

Körper

Sinne

Gehirn

Muskeln

Umwelt

im Körper

im Gehirn

Gedächtnis ErfahrungWille?! Voraus-

sagen

NOISENOISE

NOISE

UNVORHERSEHBARKEIT ANDERE AGENTEN

further complications

Page 26: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Sicher handeln in einer unsicheren Welt

• Robustheit gegenüber Noise, Teilausfällen, fehlender Information, neuen Anforderungen, plötzlichen Änderungen, ...– Fehlende Informationen abschätzen• Vorhersagen / Erfahrung• Modelle (selbst, andere Agenten, Umwelt)• Inferenz, Deduktion, Generalisation

– Schnelle Korrektur des Verhaltens• Reaktive Komponenten, Feedback• Aufmerksamkeit

Page 27: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Umwelt

Körper

Sinne

Gehirn

Muskeln

Umwelt

im Körper

im Gehirn

Gedächtnis ErfahrungWille?! Voraus-

sagen

NOISENOISE

NOISE

UNVORHERSEHBARKEIT

LERNEN

ANDERE AGENTEN

using experience to get better

Page 28: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Lernen

• Lernen = Verhaltensänderung• Was wird optimiert?• Wie wird Verhalten umgesetzt (controller)

was genau wird hier geändert?• Ein paar Möglichkeiten:– Symbolisch: Support Vector Machines, Bayesian – Subsymbolisch: Neuronale Netze– Reaktiv: Regelkreis

Page 29: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Umwelt

Körper

Sinne

Gehirn

Muskeln

Umwelt

im Körper

im Gehirn

Gedächtnis ErfahrungWille?! Voraus-

sagen

NOISENOISE

NOISE

UNVORHERSEHBARKEIT

LERNEN

ANDERE AGENTEN

ENTWICKLUNG

life-long adaption

Page 30: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Entwicklung

• Adaption über einen längeren Zeitraum• Bootstrapping? (Zuerst die Einfaches Lernen,

und auf dieser Basis später Schwieriges)• Gleichzeitige Veränderungen der Ressourcen?

(z.B. Wachstum, Motorik, Gedächtnis,...)

Page 31: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Umwelt

Körper

Sinne

Gehirn

Muskeln

Umwelt

im Körper

im Gehirn

Gedächtnis ErfahrungWille?! Voraus-

sagen

NOISENOISE

NOISE

UNVORHERSEHBARKEIT

LERNEN

ANDERE AGENTEN

ENTWICKLUNGEVOLUTION

adaption of the species

Page 32: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Evolution

• Optimierung des Agenten über Generationen– Gelerntes weitergeben ?!– Lernmechanismus weitergeben!

• System so allgemein definieren, dass es sich selbst (graduell) verändern kann

• Selektion (was ist relevant wird optimiert)?

Page 33: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Umwelt

Körper

Sinne

Gehirn

Muskeln

Umwelt

im Körper

im Gehirn

Gedächtnis ErfahrungWille?! Voraus-

sagen

NOISENOISE

NOISE

UNVORHERSEHBARKEIT

LERNEN

ANDERE AGENTEN

ENTWICKLUNGEVOLUTION

Resultat: Ein höchst flexibles, selbstregulierendes, adaptives System, das verschiedenste komplexe Aufgaben in einer nur teilweise vorhersehbaren Umwelt in Echtzeit meistert – oder zumindest lernen (sich entwickeln) kann, sie zu meistern

Page 34: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

environment:

sensors: actuators:controllers (architecture, type of computing):

feedback:

aim of the project:

task(s) & autonomy: learning/adaption: extras/tricks:name:

rating/comments:

Page 35: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

TED talks on roboticshttp://www.ted.com/talks/bruno_maisonnier_dance_tiny_robots.htmlRobot dance

http://www.ted.com/talks/daniel_wolpert_the_real_reason_for_brains.htmlNeuroscientist Daniel Wolpert starts from a surprising premise: the brain evolved, not to think or feel, but to control movement http://www.ted.com/talks/rodney_brooks_on_robots.htmlIn this prophetic talk from 2003, roboticist Rodney Brooks talks about how robots are going to work their way into our lives http://www.ted.com/talks/vijay_kumar_robots_that_fly_and_cooperate.htmlIn seinem Labor an der Pennsylvania State University bauen Vijay Kumar und sein Team fliegene Quadcopter.

http://www.ted.com/talks/dennis_hong_my_seven_species_of_robot.htmlBeim TEDxNASA stellt Dennis HONG sieben preisgekrönte All-Terrain-Roboter vor

http://www.ted.com/talks/a_robot_that_flies_like_a_bird.htmlSmartBird, a large, lightweight robot, modeled on a seagull, that flies by flapping its wings. http://www.ted.com/talks/david_hanson_robots_that_relate_to_you.htmlDavid Hanson's Robotergesichter sehen so aus wie Ihres und verhalten sich auch so. http://www.ted.com/talks/hod_lipson_builds_self_aware_robots.htmlHod Lipson zeigt ein paar seiner coolen, kleinen Roboter, die die Fähigkeit besitzen zu lernen, sich selbst zu verstehen und sogar sich selbst zu reproduzieren.

Page 36: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Humanoide Roboter

• Theatrical robotics?

• Problems with fear and empathy

• What to measure?

• AI-Ethics?

Page 37: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Key concepts

• Artificial intelligence (strong vs. weak)• Degrees of freedom• Inverse kinematics• Degrees of autonomy• Subsumption Architecture• Embeddedness• Symbol grounding• Learning & development• Emergent Behaviour• Bayesion inference

Page 38: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Three laws of robotics

1. A robot may not injure a human being or, through inaction, allow a human being to come to harm.

2. A robot must obey the orders given to it by human beings, except where such orders would conflict with the First Law.

3. A robot must protect its own existence as long as such protection does not conflict with the First or Second Laws.

Page 39: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Die Zukunft?

1. Task-autonome Roboter für spezifischen Aufgaben, inspiriert von der Natur, grösstenteils GOFAI.

2. (und das ist nahe Zukunft!) Bionik:http://www.ted.com/talks/miguel_nicolelis_a_monkey_that_controls_a_robot_with_its_thoughts_no_really.html

Can we use our brains to directly control machines -- without requiring a body as the middleman?

Page 40: Robotik. Robotik: Eine Einführung Was ist ein Roboter? Woraus bestehen Roboter? Welche Arten von Robotern gibt es? Wozu bauen wir Roboter? Welche ethischen.

Umwelt

Bionik:

Körper

Sinne

Gehirn

Muskelnpasst sich an den

gegebenen input/output an!

Roboter

sensors

Controller

actuators


Recommended