Сигнальная коммуникация для управления поведением коллаборативного робота

От роботов все чаще требуется работать в тесном взаимодействии с людьми и другими роботами, при этом такая работа приобретает форму совместного выполнения общей задачи — коллаборации. Существующие методы управления в основном предназначены для высокоуровневого принятия решений автономным агентом, но для внешних взаимодействий необходимы специальные средства реагирования на ситуацию. В данной работе описывается реализация системы управления коллаборативного робота, основанная на эмоционально-потребностной архитектуре и обеспечивающая надежное и интерпретируемое взаимодействие робота с другими агентами. При этом общение оператора с роботом не осуществляется на императивном командном или языковом уровне, а строится на сигнальной коммуникации. Робот является автономным устройством, поведение которого направлено на удовлетворение его актуальных потребностей. Механизм взаимодействия оператора с роботом заключается в том, что сигнал оператора ("команда") активизирует элемент эмоционально-потребностной схемы — шлюз, реализующий обратную эмоциональную связь. Поскольку шлюз осуществляет связь между сенсорикой и поведенческими процедурами, его возбуждение пришедшим внешним сигналом приводит к активизации соответствующей процедуры, как если бы сенсорная система зарегистрировала реальный стимул. Внешний сигнал такого косвенного управления может быть представлен в акустической форме и в виде позы оператора. В потребности робота включены как нужды, обеспечивающие его физическое "выживание" (избежание опасности), так и поддержание социальных связей (сопровождение дружественных агентов). Распознавание других агентов и предметов обстановки выполняется по данным мощной встроенной сенсорики — стереокамер и дальномеров. Робот распознает внешние команды и активизирует шлюз, связанный с наиболее приоритетным действием, причем активность затухает постепенно, что позволяет действиям выполняться некоторое время по внешним командам даже при отсутствии соответствующего внутреннего стимула. Коллаборативный робот, управляемый описанной системой управления, оказался способен выполнять совместно с человеком простейшие задачи патрулирования, действуя предсказуемым и понятным (интерпретируемым) для человека образом.

1. Masuda Y., Miyashita K., Yamagishi K., Ishikawa M., Hosoda K. Brainless Running: A Quasi-quad ruped Robot with Decentralized Spinal Reflexes by Solely Mechanical Devices // 2020 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). 2020. P. 4020—4025. DOI: 10.1109/IROS45743.2020.9340807

2. Saputra A. A., Botzheim J., Ijspeert A. J., Kubota N. Combining Reflexes and External Sensory Information in a Neuromusculoskeletal Model to Control a Quadruped Robot // IEEE Trans. Cybern. 2022. Vol. 52, N. 8. P. 7981—7994. DOI: 10.1109/TCYB.2021.3052253

3. Bhatia A., Mason M. T., Johnson A. M. Reacting to Contact: Transparency and Collision Reflex in Actuation // arXiv:2212.03469 [cs.RO]. 2022. DOI: 10.48550/arXiv.2212.03469

4. Ющенко А. С. Коллаборативная робототехника: состояние и новые задачи // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 18, № 12. С. 812—819. DOI: 10.17587/mau.18.812-819

5. Симонов П . В. Потребностно-информационная теория эмоций // Вопросы психологии. 1982. Т. 6. С. 44—56.

6. Simonov P. V. Thwarted action and need — informational theories of emotions // Int. J. Comp. Psychol. 1991. Vol. 5, N. 2. P. 103—107. DOI: 10.46867/C40W3M

7. Карпов В. Э., Сорокоумов П. С. К вопросу о моральных аспектах адаптивного поведения искусственных агентов // Искусственные общества. Россия. 2021. Т. 16, № 2. DOI: 10.18254/S207751800014740-3

8. Andrews K. The Animal Mind. Second edition. London and New York: Routledge, 2020. P. 136—171. DOI: 10.1515/9781400835720

9. Searcy W. A., Nowicki S. The Evolution of Animal Communication: Reliability and Deception in Signaling Systems. Princeton University Press, 2005. 288 p. DOI: 10.1515/9781400835720

10. Панов Е. Н. Эволюция диалога. Коммуникации в развитии: от микроорганизмов до человека. М.: Языки славянской культуры, 2014. 400 с.

11. Preston S., Waal F. The Communication of Emotions and the Possibility of Empathy in Animals // Altruism and Altruistic Love: Science, Philosophy, and Religion in Dialogue. 2002. P. 284—308. DOI: 10.1093/acprof:oso/9780195143584.003.0025

12. Parker P. R. L., Brown M. A., Smear M. C., Niell C. M. Movement-Related Signals in Sensory Areas: Roles in Natural Behavior // Trends Neurosci. 2020. Vol. 43, N. 8. P. 581—595. DOI: 10.1016/j.tins.2020.05.005

13. Осипов Г. С., Панов А. И., Чудова Н. В., Кузнецова Ю. М. Знаковая картина мира субъекта поведения. М.: Физматлит, 2018. 264 с.

14. Braet K., Cabooter L., Paemeleire K., Leybaert L. Calcium signal communication in the central nervous system // Biol. Cell. 2004. Vol. 96, N. 1. P. 79—91. DOI: 10.1016/j.biolcel.2003.10.007

15. Colledanchise M., Ögren P. Behavior Trees in Robotics and AI. 1st Edition. Boca Raton: CRC Press, 2018. 208 p. DOI: 10.1201/9780429489105