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Vida Artificial Aula sobre veículos de Braitenberg e as tartarugas de Walter.

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1 Vida Artificial Aula sobre veículos de Braitenberg e as tartarugas de Walter

2 Resumo Veículos de Braitenberg Veículos de Braitenberg Os conceitos por detrás dos veículos Introduzir vários veículos

3 Veículos de Braitenberg Valentino Braitenberg Valentino Braitenberg Vehicles: Experiments in Synthetic Psychology (1984) Neuro-psicólogo (cibernético) interessado em como estruturas neuronais primitivas podem dar origem a comportamento complexo. Desenvolveu um modelo simples de robôs com sensores e motores para demonstrar como é que comportamento complexo pode ser gerado a partir de mecanismos simples. Ideia Ideia Sintetizar comportamento complexo a partir de modelos simples.

4 Extracto do prefácio do livro: Vehicles: experiences in synthetic Psychology Só iremos falar de máquinas com estruturas internas muito simples, de facto demasiado simples para serem interessantes do ponto de vista da engenharia mecânica ou electrónica. O interesse aparece, ao invés, quando olhamos para essas máquinas como se fossem animais num ambiente natural. Só iremos falar de máquinas com estruturas internas muito simples, de facto demasiado simples para serem interessantes do ponto de vista da engenharia mecânica ou electrónica. O interesse aparece, ao invés, quando olhamos para essas máquinas como se fossem animais num ambiente natural.

5 Extracto do prefácio do livro: Vehicles: experiences in synthetic Psychology (cont.) Somos tentados, então, a utilizar uma linguagem psicológica para os descrever. E nós sabemos muito bem que não existe nada nestes veículos que nós não tenhamos colocado. Será um jogo educativo interessante. Somos tentados, então, a utilizar uma linguagem psicológica para os descrever. E nós sabemos muito bem que não existe nada nestes veículos que nós não tenhamos colocado. Será um jogo educativo interessante.

6 A abordagem sintética Construir modelos e pô-los num determinado meio-ambiente e observar o comportamento. Construir modelos e pô-los num determinado meio-ambiente e observar o comportamento.

7 Exercício de Braitenberg O livro descreve um conjunto de experiências envolvendo veículos robóticos simples. O livro descreve um conjunto de experiências envolvendo veículos robóticos simples. Braintenberg pede ao utilizador para imaginar como esses veículos se comportarão quando colocados em ambientes diferentes e sublinha que mesmo os veículos muito simples muitas vezes se comportarão de maneira complexas e surpreendentes. Braintenberg pede ao utilizador para imaginar como esses veículos se comportarão quando colocados em ambientes diferentes e sublinha que mesmo os veículos muito simples muitas vezes se comportarão de maneira complexas e surpreendentes.

8 Exercício de Braitenberg (cont.) Braintenberg convida-nos a antropomorfizar quanto às suas invenções, atribuindo-lhes, por exemplo, emoções tais como amor, medo, ou agressão. Braintenberg convida-nos a antropomorfizar quanto às suas invenções, atribuindo-lhes, por exemplo, emoções tais como amor, medo, ou agressão. Claro que ele sabe (nós sabemos) que os sistemas de controle são demasiado simples para possuir sentimentos do tipo humano, mas o seu objectivo é desafiar-nos acerca de comportamentos e de estados internos de sistemas nervosos de múltiplas maneiras. Claro que ele sabe (nós sabemos) que os sistemas de controle são demasiado simples para possuir sentimentos do tipo humano, mas o seu objectivo é desafiar-nos acerca de comportamentos e de estados internos de sistemas nervosos de múltiplas maneiras.

9 Exercício de Braitenberg (cont.) Ele deseja que nós nos apercebamos que, em geral sobrestimamos a complexidade do mecanismo dado o seu comportamento observado. Ele deseja que nós nos apercebamos que, em geral sobrestimamos a complexidade do mecanismo dado o seu comportamento observado. E ele quer que nós reconheçamos a importância do meio-ambiente quanto à forma dos padrões comportamentais. E ele quer que nós reconheçamos a importância do meio-ambiente quanto à forma dos padrões comportamentais.

10 Características dos veículos de Braintemberg Os sensores estão directamente ligados aos motores. Os sensores estão directamente ligados aos motores. Utilizam influências de excitação e de inibição. Utilizam influências de excitação e de inibição. Não são reprogramáveis, não aprendem. Não são reprogramáveis, não aprendem.

11 Veículo 1 Sensor Roda e motor Fio O veículo 1 está equipado apenas com um sensor e um motor. A conexão é muito simples: quanto mais existir da qualidade associada ao sensor mais rápido será o motor. Se a qualidade for a temperatura então acelera nas regiões frias e desacelera nas zonas quentes.

12 Veículo 1 Ao acelerar na direcção da fonte do estímulo, vai carregar sobre ele e ultrapassá-lo. Passa mais tempo nas zonas frias do que nas zonas quentes.

13 Veículo 1: fricção A fricção pode não ser bem simétrica e será desviado do seu curso. A longo prazo parecerá que se está a mover numa trajectória complicada virando para um lado e para o outro sem razão aparente.

14 Veículo 1: fricção O que pensaremos nós se virmos um tal veículo a nadar num lago. Não descansa nunca e não gosta de água quente. Mas é bastante estúpido já que não é capaz de se virar para explorar o lugar agradável (frio) que abandonou. No entanto, está VIVO, já que nunca vimos uma partícula de matéria a mover-se desta maneira.

15 Veículo 1: inibição O veículo 1 está equipado apenas com um sensor e um motor. Inverte-se a conexão e então acelera nas regiões frias e desacelera nas zonas quentes.

16 Veículo 2 Sensores Rodas e motores Fios Fonte sensorial Quanto mais são excitados os sensores mais rápidos serão os motores

17 Três tipos de Veículos 2 Ignoremos o caso c: corresponde a uma versão mais luxuriosa do veículo 1.

18 Veículo 2 Sensores (sensores de luz) ligados directamente aos motores do mesmo lado O que acontece quando a luz é emitida de um dos lados? E directamente em frente?

19 Veículo 2: Cobarde Manobra para longe da fonte Carrega sobre a fonte se estiver em frente dela. Descansa na escuridão

20 Variação no Veículo 2 Os sensores estão ligados directamente aos motores do lado oposto O que acontece quando a luz é emitida de um dos lados? E directamente em frente?

21 Variação no Veículo 2: Agressivo Sensores ligados directamente aos motores do lado oposto Vira na direcção da fonte e carrega sobre ela Mantém-se na escuridão Carrega sobre a fonte se estiver em frente dela.

22 Resumo do Veículo 2: Ambos não gostam das fontes de estímulo.

23 Veículo 3 Sensores ligados através de um inversor aos motores do mesmo lado. Ambos abrandarão perante a presença de um estímulo forte e speedarão na ausência de estímulo. Dispendem mais tempo na vizinhança da fonte e menos tempo longe dela. Se calhar pararão perto da fonte do estímulo a b

24 Veículo 3 Sensores ligados através de um inversor aos motores do mesmo lado Directamente em frente? O que acontece quando a luz é emitida de um dos lados?

25 Veículo 3: Amor Vira-se na direcção da luz e imobiliza-se Move-se na escuridão - - Sensores ligados através de um inversor aos motores do mesmo lado Move-se em frente e imobiliza-se

26 Veículo 3: motores cruzados Os sensores estão ligados através de inversores aos motores opostos E directamente em frente? O que acontece quando a luz é emitida de um dos lados?

27 Veículo 3: Explorador Os sensores estão ligados aos motores opostos através de inversores Afasta-se da fonte de luz Pára perto do alvo Move-se na escuridão

28 Resumo do Veículo 3 Ambos gostam da fonte de estímulo mas de maneiras diferentes. Um gosta dela de um modo permanente, parando a admirá-la e o segundo gosta da fonte mas mantém os olhos abertos para outros estímulos não explorados, talvez mais fortes

29 Super-Veículo 3 Um veículo multi-sensorial com 4 pares de sensores, sintonizados com diferentes qualidades do meio-ambiente: luz, temperatura, concentração de oxigénio e quantidade de matéria orgânica. Ligamos os vários pares de sensores aos motores através de ligações de inibição e de excitação. 3c

30 Super-veículo trois animado L R T L O L F L L L L R F R O R T R L:Luz C:Comida F:Comida O:Oxygen T:Temperatura

31 Super-Análise Estamos perante um veículo realmente interessante. Não gosta de temperaturas elevadas, afasta-se de lugares quentes, e ao mesmo tempo parece não apreciar lâmpadas com maior paixão ainda já que se vira na sua direcção e carrega sobre elas destruindo-as. Por outro lado, parece definitivamente que gosta de lugares bem oxigenados que contêm muitas moléculas orgâncias já que passa muito tempo nesses lugares. Tem o hábito de procurar outros lugares quando a matéria orgânica é reduzida e em especial no caso do baixo teor de oxigénio. O Veículo 3c possui um sistema de VALORES e de SENSATEZ já que destruir lâmpadas tendem a aquecer o meio-ambiente e torná-lo pouco confortável.

32 Calma estamos só a brincar com motores e sensores. Isso é absolutamente ridículo! Existem apenas motores e sensores e ligações directas ou cruzadas do tipo inibição e do tipo excitação. Temos de ter cuidado com o uso de tais palavras: sensatez e sistema de valores. A variedade ainda aumentará se tivermos diferentes tipos de influência dos sensores para os motores: fortes e fracas. Pode preocupar-se pouco com a temperatura e muito com a luz.

33 Veículo 4: Valores e Gostos Particulares Até aqui tínhamos dois tipos de conexões dos sensores para os motores: Quanto mais excitado o sensor mais rápido o motor Quanto mais excitado o sensor mais lento o motor Estamos perante conexões incondicionais. Vamos então melhorar.

34 Veículo 4: Conexões não monótonas Vamos então melhorar. A activação de um sensor fará acelerar o motor correspondente mas só até um certo ponto (o ponto máximo) a partir do qual caso o sensor esteja ainda mais activo, a velocidade diminuirá. O mesmo poderá acontecer para conexões inibitórias. Até poderemos fazer mais do que um máximo. Podemos também combinar conexões do tipo monótono com conexões do tipo não monótono.

35 Veículo 4: Trajectórias redondas Um veículo poderá navegar de encontro a uma fonte e depois virar e afastar-se quando o estímulo estiver forte, contornar a fonte de luz e depois descrever um 8. Ou poderá orbitar à volta da fonte de estímulo a uma distância constante como um satélite. Ou perder-se entre dois amores

36 Veículo 4: Instintos Depois de colocar os veículos perante um ambiente rico em estímulos, ficaremos deleitados com as suas trajectórias complicadas. Braitenberg está confiante que os motivos destes veículos são demasiado complicados e intrincados para serem compreendidos pelo observador. Eles serão governados por INSTINTOS.

37 Veículo 4: Funções de passo (limiar) Vamos adicionar um novo tipo de conexão entre os sensores e os motores. A influência dos sensores nos motores vai deixar de ser suave, teremos quebras ou saltos abrutos. Poderão existir gamas de valores dos estímulos, cujos valores dos sensores não são suficientes para excitar os motores e depois, a partir de um certo ponto passam a rolar em velocidade máxima. Padrão do mundo vivo: até um certo ponto nada e a partir de um limiar temos a activação.

38 Veículo 4: Decisões ponderadas Os limiares sob os comportamentos farão grande diferença na análise de um observador. O observador would say que os veículos ponderam as suas DECISÕES. Onde as decisões estão a ser tomadas existe uma VONTADE de as tomar.

39 A lei da análise uphill e da invenção downhill É agradável e fácil criar pequenas máquinas que vazem certos truques. É também relativamente fácil observar o reportório completo de tais máquinas- mesmo que vá para lá do que foi inicialmente planeado, o que acontece com frequência. É muito mais difícil começar de fora e tentar adivinhar qual a estrutura interna apenas através da observação do comportamento. É impossível em teoria determinar exactamente qual o mecanismo escondido sem abrir a caixa. Existem muitos mecanismos com comportamentos idênticos. A análise é muito mais difícil do que a invenção. Quando analizamos um mecanismo temos a tendência se sobrestimar a sua complexidade

40 Veículo 6: Selecção, engenheiro impessoal Entre os diversos veículos criados até agora, pegamos nos espécimes mais complicados e colocamo-los numa mesa. Estamos perante um conjunto de componentes e enquanto os veículos se divertem sobre a mesa nós vamos copiando alguns deles e colocando-os na mesa. Alguns deles caiem e dificielmente serão copiados. As cópias terão erros porque tendemos a quer apressarmo-nos de modo a que os veículos não caiem antes de serem copiados. Os bons designs sobreviverão e os maus não

41 Problema do quadro de referência À tendência para colocarmos a razão da complexidade do comportamento de um organismo no próprio organismo e não no ambiente ou na interacção entre organismo e ambiente, Pfeifer e Scheler chamaram de problema do Quadro de Referência. À tendência para colocarmos a razão da complexidade do comportamento de um organismo no próprio organismo e não no ambiente ou na interacção entre organismo e ambiente, Pfeifer e Scheler chamaram de problema do Quadro de Referência. O comportamento de um organismo resulta da interacção sistema - meio-ambiente. O comportamento de um organismo resulta da interacção sistema - meio-ambiente. A abordagem sintética mostra que simples organismos colocados em ambientes determinados são capazes de gerar comportamentos complexos.. A abordagem sintética mostra que simples organismos colocados em ambientes determinados são capazes de gerar comportamentos complexos..

42 Grey Walter ( )

43 Grey Walter a soldar Elsie

44 Elsie e Elmer: (aqui só Elsie) Uma cópia de Elsie: Machina Especulatrix Dois sensores: um de luz e outro de toque. O primeiro (célula fotoeléctrica) apontava para onde apontava a roda da frente. O segundo era um contacto eléctrico que ficava activo sempre que a concha tocava em alguma coisa Dois motores: um para fazer andar as rodas de trás e outro para rodar a roda da frente do triciclo robótico.

45 Características das tartarugas Parsimónia – reflexos simples como base para o comportamento Parsimónia – reflexos simples como base para o comportamento Atracção (tropismo positivo) – move-se em direcção à luz moderada Atracção (tropismo positivo) – move-se em direcção à luz moderada Aversão (tropismo negativo) evita os obstáculos. Aversão (tropismo negativo) evita os obstáculos. Exploração ou especulação: nunca está quieta a não ser quando estiver a ser recarregada Exploração ou especulação: nunca está quieta a não ser quando estiver a ser recarregada Discernimento: É capaz de distinguir entre comportamento produtivo e improdutivo Discernimento: É capaz de distinguir entre comportamento produtivo e improdutivo

46 Comportamentos da tartaruga electrónica Procura a luz: O sensor rodava até detectar uma fraco estímulo de luz Procura a luz: O sensor rodava até detectar uma fraco estímulo de luz Orientar-se na direcção de fontes fracas de luz Orientar-se na direcção de fontes fracas de luz Afastar-se de fontes fortes de luz Afastar-se de fontes fortes de luz Rodar e recuar (para evitar obstáculos) Rodar e recuar (para evitar obstáculos) Recarregar a bateria – quando a carga é baixa, a luz forte torna-se atractiva, é percepcionada como fraca. Recarregar a bateria – quando a carga é baixa, a luz forte torna-se atractiva, é percepcionada como fraca. A tartaruga terminava com a acção de recarga – quando a luz se tornava forte de novo. A tartaruga terminava com a acção de recarga – quando a luz se tornava forte de novo.

47 Arbitragem de comportamentos Os comportamentos têm prioridades do mais baixo para o mais alto na ordem: Os comportamentos têm prioridades do mais baixo para o mais alto na ordem: Procurar a luz Mover-se para/afastar-se da luz Evitar obstáculos

48 Comportamento da tartaruga Complexidade moderada Complexidade moderada Mover-se explorando o espaço e evitando os obstáculos, recarregando-se sempre que fosse necessário. Mover-se explorando o espaço e evitando os obstáculos, recarregando-se sempre que fosse necessário.

49 Elsie perante luz e obstáculo

50 Elsie visita duas fontes de luz: escolha da segunda fonte

51 Elsie e a zona de recarga

52 Elsie a sair da zona de recarga

53 A dança do espelho: Um Narciso Irrequieto

54 O Análogo Robótico à Parábola da Formiga de Simon As trajectorias são complicadas As trajectorias são complicadas Essa complexidade não se reflecte na complexidade interna da tartaruga Essa complexidade não se reflecte na complexidade interna da tartaruga Depende da complexidade da interacção Depende da complexidade da interacção [Jasons postscript: Youre making something that follows simple rules, interacting with its environment to give the illusion of life.]

55 O Análogo Robótico à Parábola da Formiga de Simon Perante a trajectória de uma formiga

56 O Análogo Robótico à Parábola da Formiga de Simon (cont.) Simon afirma que depende mais da interacção com o meio-ambiente do que dos seus mecanismos internos.

57 Conclusão Podemos gerar um comportamento complexo com base na interacção dos vários componentes simples e da interacção desses componentes com o meio exterior.


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