ARBIB : Um robô autonômo baseado
em inspirações biológicas
Damper, French, Scutt, UK
IEEE Robotics and Autonomous
Systems, 1999
INE – CTC - UFSC
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Resumo
•
•
Testar se o aprendizado pode ser baseado na
habituação e sensibilização neural (nãoassociativo)
Comprovar que o condicionamento clássico e
de alta-ordem (associativo) podem ser
baseados nestas modelagens e dão origem aos
comportamentos emergentes
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Tipos de Aprendizados
• Não-Associativos
– Utiliza um único estímulo
– Habituação e Sensibilização
• Associativos
– Utiliza relações entre eventos (dois ou mais estímulos,
estimulo e resposta, ou resposta e conseqüência)
– Condicionamento Clássico e de Alta Ordem
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Aprendizado Não-Associativo
• Habituação
– Ocorre quando um animal aprende a ignorar um
estímulo fraco repetitivo cuja conseqüência não são
nem recompensa nem algo prejudicial
– Ex: quando você se muda para uma rua movimentada
– Não-associativo porque não há outro estímulo está
envolvido
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Aprendizado Não-Associativo
• Sensibilização
– O animal aprende a responder mais rapidamente a
uma variedade de estímulo depois que recebe um
estímulo nocivo
– Ex: quando você está ouvindo alguém que a cada
frase termina com um ‘ok’
– Não-associativo porque não há uma união de estímulo
sensibilizado e nocivo
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Aprendizado Associativo
• Condicionamento Clássico
– Condicionamento Pavloviano
– Ocorre uma resposta a um estímulo inicialmente
neutro quando este é repetidamente apresentado em
relação a outro estímulo que produz uma resposta
– Ex: Pavlov
Comida (US)  Salivar (UR)
Sino (NS) + Comida (US)  Salivar (UR)
Sino (CS)  Salivar (CR)
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Aprendizado Associativo
• Condicionamento de Alta Ordem
– Ocorre a modificação da reação de um estímulo neutro
associado com um estímulo condicionado que era
anteriormente neutro
– Ex: Pavlov
Sino (CS)  Salivar (CR)
Sino (CS) + Bola (NS)  Salivar (CR)
Bola (CS)  Salivar (CR)
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Aprendizado motivado
biologicamente
• ARBIB é modelado com habituação, sensibilização e
condicionamento clássico
sensibilização
condicionamento clássico
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Sistema Nervoso do Robô
• Geradores de Padrão
Central:
– circuitos neurais oscilatórios
que dão suporte ao
comportamento rítmico no
animal (respirar, andar,
nadar)
• São encontrados em
invertebrados e
vertebrados (espinha
dorsal)
Perambular
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Sistema Nervoso do Robô
• Reflexos:
– Condicionamento clássico assume que existem
comportamentos providos geneticamente que ajudam
as espécies a sobreviveram no ambiente
• ARBIB possui dois reflexos nativos:
– colisão esquerda e direita
– são usados como estímulos incondicionados para o
condicionamento clássico
– formam o ponto inicial do aprendizado do robô
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Sistema Nervoso do Robô
• Condicionamento Clássico
– É realizado através dos sensores IR que passam a
atuar como reflexos de colisão
– Sinais recebidos através dos sensores IR são
inicialmente ignorados e passam a responder ao
ambiente somente após o condicionamento (através
das sinapses condicionadas)
Sinapses condicionadas
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Condicionamento Clássico
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Sistema Nervoso do Robô
• Condicionamento de Segunda Ordem
– Dois sensores de luminosidade (LDR)
– Cada sensor é compostos por duas células sensoriais:
• Proximal: responde ao aumento da intensidade da luz
• Distal: responde a diminuição da intensidade da luz
– Os limiares são muitos próximos ao potencial de
descanso dos sensores de luminosidade, fazendo que
sejam muito sensitivo a mudanças na luz
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Condicionamento de Segunda
Ordem
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Simulador Neural
• Hi-NOON:
– Rede Hieráquica de Neurônios Orientados a Objetos
– Neurônios, sinapses e as redes são representados
como objetos
– Utiliza o potencial da membrana como parâmetro
observável na rede
– Apresenta tipos diferentes de neurônios (basic, noisy,
sensor, etc) conforme seus spikes (potenciais de ação)
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Evolução do spike
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Conclusão
• Através da monitoração das taxas de disparo de
específicos neurônios e dos pesos sinápticos
entre as conexões neurais, confirmou-se que o
condicionamento clássico e de alta ordem
ocorrem, levando a emergência de
comportamentos ecologicamente válidos
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