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Gli scienziati controllano il “caos” del comportamento dei robot

Scienziati tedeschi hanno sviluppato un modo più semplice per far eseguire ad un robot una serie di funzioni. Il robot a sei gambe mima il comportamento umano e animale, ed è ora in grado di eseguire lo stesso compito con minore sforzo e maggiore flessibilità. Pubblicati sulla rivista Nature Physics, i risultati dello studio sono parte del progetto PACO- PLUS (“Perception, Action and cognition through learning of object-action complexes”), finanziato con quasi 7 milioni di euro dal tema “Tecnologie della società dell’informazione” del Sesto programma quadro (6° PQ).
Nell’uomo e negli animali, piccoli circuiti neurali – chiamati generatori di modello centrale (CPG, ovvero Central Pattern Generators) – controllano alcune attività, tra le quali la capacità di camminare e di respirare. Gli scienziati usano questo principo per lo sviluppo di robot in grado di camminare, con di solito un CPG necessario per ciascun passo (ossia, la modalità di deambulazione o di movimento).

Le informazioni relative all’ambiente circostante sono in genere inviate al robot da sensori. Le informazioni ricevute possono, ad esempio, dare indicazioni su un ostacolo presente sulla traiettoria o su una salita ripida. Sulla base di queste informazioni, il robot sceglie il CPG che dovrà controllare il movimento.
Il gruppo di studio, formato da membri di diversi istituti delle università di Gottinga e di Hannover, ha sviluppato un modo per far eseguire al robot lo stesso compito ricorrendo ad un CGP in grado di produrre una serie di movimenti, oltre a poter unire tra loro i diversi movimenti. Più in particolare, lo strumette permette a 18 sensori di attivare 18 motori, in grado di generare 11 modeli comportamentali di base (ad esempio, orientamento, spostamento e autodifesa) e di integrarli tra loro.
Nel documento pubblicato, gli scienziati spiegano che il segnale di controllo si adatta velocemente e reversibilmente alle nuove situazioni e permette anche l’apprendimento e la memorizzazione a lungo termine di risposte motorie comportamentali. “Quindi, il controllo neurale fornisce un modo potente ma comunque semplice di autorganizzare comportamenti versatili in agenti autonomi, conferendeo loro un buon grado di indipendenza”.
Il CPG sviluppato dal gruppo di lavoro consiste di una piccola rete composta da sue elementi a circuito. Il segreto è proprio il “controllo del caos”. Se il CPG non fosse controllato, il modello comportamentale sarebbe caotico. Ma questa attività può essere controllata dagli imput sensoriali inviati a modelli periodici in grado di decidere sul movimento successivo da eseguire. Modelli diversi – e dunque movimenti diversi – possono essere generati a seconda del segnale sensoriale in entrata.
Il risultato è che il robot può adattarsi rapidamente ai cambiamenti – ad esempio il camminare sulla salita di una collina o su un terreno accidentato – ed evitare contemporaneamente gli eventuali ostacoli. Poiché le funzioni neurali circuitali hanno un comportamento caotico, il robot è anche in grado di liberarsi se intrappolato – ad esempio – in una buca. Inoltre, se il robot dovesse eseguire lo stesso compito una seconda volta, adotterebbe il movimento più opportuno ricordando l’esperienza precedente.

Per il futuro gli scienziati pensano di dotare il robot di una memoria che ne migliorerà la capacità di risposta ai cambiamenti nell’ambiente a lui familiare. Ad esempio, se l’ostacolo presente in una esperienza precedente è stato rimosso, il robot non saprebbe più quale movimento eseguire. Marc Timme, dell’Istituto Max Planck per la dinamica e l’auto-organizzazione, di Gottinga, spiega che quando il robot sarà dotato di una memoria per il motore, sarà in grado di elaborare prima i movimenti successivi.

Per maggiori informazioni, visitare:

Nature Physics:
http://www.nature.com/nphys/index.html

Istituto Max Planck per la dinamica e l’auto-organizzazione:
http://www.mpg.de/

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