TUTORIAL:   Desafios da Inteligência Artificial:  Pesquisa e Desenvolvimento de Robôs Móveis e Veículos Autônomos

RESP: Denis Fernando Wolf, Prof. Dr.; Fernando Santos Osório, Prof. Dr.; Kalinka Castelo Branco, Profa. Dra.

RESUMO

Este tutorial visa apresentar conceitos, técnicas e aplicações de robôs móveis autônomos inteligentes. Inicialmente serão apresentados conceitos relacionados a implementação de robôs e veículos autônomos: modelos de robôs, sensores e atuadores. Uma vez definidos estes conceitos, serão discutidas questões sobre como dotar um robô de um sistema de controle que o torne autônomo e inteligente, capaz de executar tarefas das mais simples até as mais complexas sem a necessidade de intervenção humana. Serão apresentados exemplos de aplicações, considerados grandes desafios para a Inteligência Artificial moderna, analisando os problemas propostos e a busca de soluções para estes desafios, como por exemplo: DARPA Grand Challenge, DARPA Urban Challenge, TORCS AI Competition (CEC, CIG) e a RoboCup. A partir dos conceitos básicos e desafios apresentados, serão discutidos temas de pesquisa ligados a Inteligência Artificial, que visam criar robôs dotados de comportamentos inteligentes, com: o uso de informações imprecisas e incompletas; o reconhecimento e classificação de padrões sensoriais; a fusão sensorial; a estimativa da pose do robô; o planejamento de rotas; a navegação robusta desviando de obstáculos; a interação entre múltiplos robôs; entre outras questões. Entre as diversas técnicas apresentadas, será dado um destaque especial as técnicas de Aprendizado de Máquina, como as Redes Neurais Artificiais e os Algoritmos Genéticos, buscando criar comportamentos inteligentes robustos. Além destas técnicas, será também discutida a importância dos sistemas de Visão Computacional junto às aplicações de robótica inteligente. Para completar este tutorial, serão apresentados exemplos das pesquisas e aplicações que vem sendo desenvolvidas junto ao INCT-SEC - Instituto Nacional de C&T em Sistemas Embarcados Críticos: i) robôs de serviço para o patrulhamento de ambientes fechados; ii) veículos de condução assistida e autônoma; (iii) veículos aéreos não tripulados. Por fim, serão apresentados os novos desafios das pesquisas atuais na área de robótica inteligente e as tendências futuras nesta área.

ABSTRACT

This tutorial intends to introduce concepts, techniques and applications of intelligent autonomous mobile robots. Firstly, concepts related to mobile robots and autonomous vehicles are presented: sensors, actuators and different types of robots. Once the initial concepts are defined, then important questions about autonomy and intelligent robot control are posed, discussing how to define and execute robot behaviors in order to accomplish different tasks autonomously, from the simple ones to a set of complex tasks. Some recent proposed AI problems, applications and competitions, as for example, the DARPA Grand Challenge, the DARPA Urban Challenge, the TORCS AI Competition (CEC, CIG) and the RoboCup will be presented. These competitions are known as AI research grand challenges, where it is interesting to us to study the possible approaches used to solve these problems. From this initial discussion will emerge several current research topics related to intelligent robots and vehicles, as for example: using incomplete and approximate information; classifying and recognizing input patterns; sensor fusion; robot pose estimation and maintenance; path planning; robust robot control and navigation avoiding obstacles; multi-robotic systems interaction. Therefore, a special attention will be provided to Machine Learning methods, especially to Artificial Neural Networks and Genetic Algorithms, used to implement robust intelligent robot behaviors. Besides that, machine vision techniques will be also discussed since these techniques are also very important in the context of mobile robots. Then, the last part of this tutorial is reserved to the presentation of the INCT-SEC (National Science and Technology Institute on Embedded Critical Systems) research developments: indoor service robots, unmanned terrestrial vehicles and unmanned aerial vehicles. Finally, the new challenges and perspectives in the intelligent mobile robots and vehicles research field will be discussed.