Robotica
Lezione 5
Le basi psicologiche del Comportamento
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Psicofisica
Comportamentismo
Psicologia della Gestalt
Psicologia Ecologica
Psicologia Cognitiva
Lezione 5
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Psicofisica
• La psicofisica è stata la prima a trovare una relazione
fra intensità dello stimolo e percezione.
• Weber e Fechner hanno sviluppato le leggi fisiche
che descrivono
- la relazione fra intensità fisica dello stimolo e l'intensità
come è percepita dall'osservatore
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Comportamentismo
• Nasce (1910) come disciplina psicologica che rifugge
i "concetti mentalistici" di sensazione, percezione, ...
proponendo una definizione di comportamento
basato solamente sull'osservazione (Watson, 1925).
• I dati sperimentali, ottenuti dall’osservazione degli
organismi, sono aggregati in termini di stimolo
risposta che, grazie all'abbandono dell'introspezione,
contribuiscono ad uno studio scientificamente
oggettivo della mente.
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Psicologia della Gestalt
• La psicologia della Gestalt (Kohler, 1974) introduce
esplicitamente la fisica nella tradizione psicofisica del
comportamentismo che si interessa molto di input
sensoriale (è predominante la visione) e di come si
manifestano i comportamenti in relazione alla
struttura dell'ambiente che interagisce con l'agente
stesso.
• Il termine "gestalt" deriva dal tedesco e si riferisce
alla forma o alla sagoma come attributo.
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Psicologia Ecologica
• Mentre il comportamentismo si concentra sull’azione
e la Gestalt si focalizza sulla percezione, il punto di
vista della psicologia ecologica si basa sulla richiesta
di maggiore comprensione dell'ambiente in cui
l'organismo è situato e di come l'evoluzione influisce
sullo sviluppo (Gibson, 1979).
• Le radici della percezione nel comportamento sono
spiegate introducendo la nozione di affordance
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Affordance
• Tutte le azioni sono diretta conseguenza della
percezione sensoriale la quale è determinata dal
continuo adattamento agli stimoli sensoriali disponibili
per l'organismo situato nel mondo, dovuto
all'evoluzione
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Psicologia Cognitiva
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Definisce la cognizione come l'attività del conoscere
(Neisser, 1976) basata su
- acquisizione,
- organizzazione
- uso dell'intelligenza.
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Le basi etologiche del Comportamento
• L'etologia è lo studio del comportamento animale nel
proprio ambiente naturale (Lorenz e Tinbergen)
• Secondo Tinbergen gli studi etologici devono
focalizzarsi sulle quattro aree primarie del
comportamento: causalità, sopravvivenza, sviluppo
ed evoluzione.
• McFarland (1981) propone di classificare i comportamenti animali nelle tre categorie: riflessi, tassi e
schemi fissi d’azione.
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Riflessi
• Il riflesso è definito come una risposta automatica
involontaria correlata ad uno specifico stimolo
ambientale.
• La sua persistenza è determinata dalla durata dello
stimolo la cui intensità regola la forza della risposta
che cessa al cessare dello stimolo.
• I riflessi sono presenti nella locomozione e in tutte le
attivate fortemente coordinate.
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Tassi
• La tassi è una risposta che orienta l'animale verso la
sorgente di uno stimolo (attrazione) oppure lo
allontana da esso (avversione).
• Le tassi si verificano in risposta ad un gran numero di
fenomeni visivi, chimici, meccanici ed elettromagnetici per un larga varietà di organismi.
• A seconda della grandezza fisica coinvolta si parla di
chemiotassi, fonotassi, tropotassi, kliniotassi,
fototassi, ecc...
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Fixed-Patern Action
• Uno schema fisso d'azione è definito come un
modello di risposta continuata nel tempo, correlata ad
uno specifico stimolo ambientale e che persiste oltre
la durata dello stimolo stesso.
• L'intensità e la durata della risposta non sono
governati dalla forza e dalla durata dello stimolo.
• Lo schema fisso d'azione può essere motivato e può
risultare da un più ampio spettro di stimoli rispetto a
quelli che governano un semplice riflesso.
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Comportamenti Motivati
• Si dicono comportamenti motivati quei comportamenti che sono governati non solo da stimoli ambientali ma anche dallo stato interno dell'animale.
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Meccanismo Innato di Risposta
• Lorenz adottò anche la nozione di schema, successivamente chiamato meccanismo di risposta innato
(innated realising mechanism), con lo scopo di
catturare combinazioni complesse di riflessi, tassi e
risposte stereotipate prodotte da una combinazione
opportuna di stimoli.
• Uno stimolo significante è un particolare stimolo
esterno il cui effetto è di produrre una ben specifica
risposta stereotipizzata.
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Comportamenti Robotici
• Implementazione di meccanismi di controllo che
realizzano sistemi robotici reattivi.
• Un sistema robotico reattivo è caratterizzato da un
forte accoppiamento percezione-azione, senza che
intervenga nè una rappresentazione astratta
dell'ambiente nè una traccia temporale delle azioni
eseguite.
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Caratteristica - I
- I comportamenti sono i blocchi elementari con cui
realizzare le azioni dei robot, per cui sono definiti
come coppie sensomotorie e l'attività sensoriale
fornisce l'informazione necessaria per soddisfare
l'applicabilità di una particolare risposta realizzata
come "riflesso motore" di basso livello.
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Caratteristica - II
- La generazione della risposta non impiega
nessuna rappresentazione esplicita interna da
utilizzarsi come conoscenza astratta, per cui la
risposta è immediatamente rilasciata nel mondo
così come viene percepito
- Questa caratteristica è di grande rilievo quando i
robot si trovano ad operare in "ambienti
altamente dinamici e pericolosi" dove
imprevedibilità e ostilità sono la norma.
Caratteristica - III
- La realizzazione dei comportamenti utilizza
spesso modelli animali di riferimento.
Caratteristica - IV
- Dal punto di vista della realizzazione software
questi sistemi sono intrinsecamente modulari, per
cui l'implementazione viene ottenuta espandendo
le competenze del robot, aggiungendo sempre
nuovi comportamenti senza raffinare o scartare i
vecchi.
- Questo modo di procedere è particolarmente utile
quando si intende costruire sistemi robotici
sempre più complessi.
Controllo del Piano
• Il problema di rendere più adatto il funzionamento del
robot all'interno di un dato ambiente per migliorarne
le capacità ad eseguire il compito assegnato, si
sposta dalla ricerca di un piano adatto allo scopo,
seguendo i canoni dell'Intelligenza Artificiale classica,
alla determinazione di un coordinamento possibile fra
le singole abilità del robot affinchè la soluzione si
presenti come proprietà emergente, seguendo i
dettami delle architetture behaviour-based.
Esempio di Navigazione
• Il primo esempio di robot costruito impiegando il
paradigma reattivo è dovuto a Brooks (1986) che
realizzò nei laboratori del M.I.T. un prototipo di
piattaforma mobile, che chiamò Allen, la quale era in
grado di risolvere il compito di navigare da una
posizione iniziale assegnata verso un target,
distinguibile con una sorgente luminosa su di esso,
muovendosi su una superficie piana disseminata di
ostacoli fissi, la cui dislocazione gli era ignota.
Obstacle Avoidance - I
• Poichè il robot deve muoversi su una superficie
disseminata da ostacoli, è necessario che il robot
esibisca un comportamento di obstacle avoidance,
per evitare le collisioni.
Obstacle Avoidance - II
• stato verde: nessun ostacolo viene percepito e il
robot può mantenere la direzione di avanzamento.
• stato giallo: il robot percepisce un’ostacolo e deve
fare attenzione a non trovarsi al di sotto di una certa
distanza di sicurezza
• stato rosso: l’ostacolo si trova periicolosamente
al di sotto della soglia di attenzione costringendo
il robot a cambiare direzione per allontanarsi
dall'ostacolo.
Fototassi
• Comportamento di tassi che spinge il robot nella
direzione della sorgente luminosa opportunamente
posizionata al di sopra del target.
Wandering
• Il comportamento di wandering viene attivato per
evitare che il robot rimanga intrappolato all'interno di
aree delimitate dalla presenza di ostacoli variamente
posizionati.
• Un generatore casuale, attivato ad intervalli prestabiliti, determina un cambiamento nella direzione di
avanzamento.