Evolución Artificial y Robótica Autónoma
Evolución Artificial y Robótica Autónoma
Santos Reyes, José
Desde siémpre la naturaleza ha proporcionado inspiración para los desarrollos tecnológicos y el campo de la robótica no ha sido una excepción. En los últímos años muchos investigadores enfrentados a la complejidad de los sistemas a desárrollar han comenzado a buscar en la naturaleza, y en particular en la evolución, un mecanismo que permita la obtención de sus sistemas de maner...
Sinopsis
Desde siémpre la naturaleza ha proporcionado inspiración para los desarrollos tecnológicos y el campo de la robótica no ha sido una excepción. En los últímos años muchos investigadores enfrentados a la complejidad de los sistemas a desárrollar han comenzado a buscar en la naturaleza, y en particular en la evolución, un mecanismo que permita la obtención de sus sistemas de manera automática a partir de su interacción con los entornos y las tareas a desarrollar. La disciplina resultante de esta aproximación se denomina robótica evolutiva. La evolución artificial simula en un ordenador el procedimiento por el cual la selección natural prioriza la conservación del material genético de los individuos mejor adaptados al medio y tarea. Si las poblaciones de individuos que evolucionan y que sufren los procesos de selección, cruce y mutación están formadas por estructuras que permiten el control de un robot, o incluso que definen su morfología, podemos establecer un procedimiento para la obtención automática de los robots y sus controladores. El libro se centra en el estudio de temas como los algoritmos para simular la evolución, la evaluación de la calidad en robots, la coevolución para la obtención automática y simultánea de comportamientos y morfologías óptimas, los procesos de desarrollo, las estructuras que soportarán el control y las ventajas de utilización de computación neuronal en robótica, o el uso de aprendizaje y su interrelación con la evolución simulada a través de procesos de Lamarck o favórecida por el Efecto Baldwin. Todo lo tratado en el libro se apoya en ejemplos reales de investigaciones recientes, algunas finalizadas y otras en curso, de universidades y centros de investigación de todo el mundo. El enfoque divulgativo utilizado permite la lectura de esta obra al profano interesado en temas de investigación de vanguardia, al mismo tiempo que la concreción en los diferentes aspectos lo hace idóneo como texto de referencia en las disciplinas tratadas.
Índice
AUTORES PRÓLOGO CAPÍTULO 1: ROBÓTICA AUTÓNOMA 11 Introducción 12 Aproximación basada en conocimiento 13 Aproximación basada en comportamientos 14 Automatización del diseño: robótica evolutiva CAPÍTULO 2: EVOLUCIÓN ARTIFICIAL 21 Superficie o paisaje de calidad 22 Operadores genéticos utilizados en evolución artificial 23 Algoritmos genéticos 231 Opciones avanzadas en algoritmos genéticos 24 Estrategias evolutivas 25 Programación genética y evolutiva 26 Coevolución 27 Evaluación de la calidad en robótica evolutiva CAPÍTULO 3: ¿QUÉ SE PUEDE EVOLUCIONAR EN ROBÓTICA? 31 Evolución de los controladores de comportamientos Tipos de estructuras de control 311 Sistemas de clasificación 312 Sistemas basados en lógica borrosa 313 Redes neuronales artificiales 32 Evolución del hardware o morfología del robot 33 Evolución del modelo de entorno dentro del mecanismo cognitivo CAPÍTULO 4: REPRESENTACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS A EVOLUCIONAR 41 Genotipo que codifica directamente el fenotipo 42 Genotipo que codifica el desarrollo del fenotipo CAPÍTULO 5: COMBINACIÓN DE EVOLUCIÓN Y APRENDIZAJE 51 Aprendizaje como método de refinamiento de las estructuras de control obtenidas mediante evolución 52 Efecto Baldwin 53 Aprendizaje como adaptación a cambios rápidos en el entorno 54 Aprendizaje como capacidad intrínseca de ser evolucionada CAPÍTULO 6: EVALUACIÓN DE LOS CONTROLADORES DE COMPORTAMIENTOS 61 Evaluación en el robot y entorno reales 62 Evaluación en simulación 621 Estrategias de adaptación de la simulación a la realidad 622 El problema de la transferencia de comportamientos Tratamiento del ruido CAPÍTULO 7: EVOLUCIÓN SIMULADA Y ARQUITECTURAS DE INTERCONEXIÓN DE COMPORTAMIENTOS 71 Clasificación de arquitecturas de interconexión de comportamientos 72 Arquitecturas modulares jerárquicas 73 Arquitecturas modulares distribuidas CAPÍTULO 8: ¿CUÁL PUEDE SER EL CAMINO A SEGUIR? 81 Estructuras de control más complejas 82 Mejora del proceso de evolución 83 Independencia de la plataforma del robot, comunicación y cultura 84 Percepción activa y atención 85 Hacia comportamientos más deliberativos Tratamiento de información temporal 86 Consideraciones finales REFERENCIAS ÍNDICE ALFABÉTICO
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