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La filosofia PEIS-Ecology non solo propone di introdurre elementi tipici della ricerca in robotica nel mondo AmI, ma costituisce una forte innovazione anche nella disciplina robotica stessa. Consideriamo un esempio in casa di Gunilla: Sono le quattro del pomeriggio, e Gunilla ha invitato i suoi compagni di bridge con cui si riunisce ogni martedì. Il suo robot domestico Astrid fa il giro del tavolo chiedendo ai giocatori cosa vorrebbero da bere. Dopo aver ricevuto l’ordine, il robot istruisce un carrello mobile che si avvicina al frigo chiedendogli di aprirsi. Un semplice braccio robotico nel frigo riceve l’ordine di porre sul ripiano del carrello le bevande per gli ospiti... L’approccio robotico classico vedrebbe tutte le funzionalità coinvolte nel compito sopra descritto implementate sul robot stesso:Astrid dovrebbe navigare nell’appartamento, acquisendo i dati necessari tramite sensori a bordo; dovrebbe conoscere le caratteristiche della maniglia del frigo e usare un braccio sofisticato per aprirlo e richiuderlo; dovrebbe conoscere le caratteristiche degli oggetti nel frigo al fine sia di scegliere le bevande giuste (ad esempio localizzandole con una telecamera a bordo) sia di capire come manipolarle (di nuovo, deducendo la forma dei contenitori dalle immagini della propria telecamera). In una ecologia di PEIS, invece, il compito di portare da bere agli ospiti viene risolto in modo distribuito e collaborativo. Il carrello può richiedere alle telecamere ambientali di guidarlo; può disinteressarsi di come gli oggetti vengono presi dal frigo; assumendo che gli oggetti nel frigo siano dotati di un tag RFID (Radio Frequency IDentification), il braccio ro- Figura 10. L’approccio PEIS-Ecology come intersezione di più discipline. ROBOT FRA REALTÀ E FANTASIA botico può richiedere agli oggetti stessi qual è il loro contenuto, la forma del contenitore e dove si trovano. Sostituendo funzionalità complesse a bordo del robot con elementi funzionali più semplici distribuiti nell’ambiente, l’approccio PEIS-Ecology semplifica una serie di problemi che storicamente affliggono la robotica autonoma, e offre una soluzione modulare all’inclusione di tecniche robotiche in ambiente domestico. Il costo da pagare è la necessità di affrontare nuovi problemi quali lo sviluppo di sofisticati paradigmi di comunicazione e cooperazione, e la capacità di una PEIS-Ecology di auto-organizzarsi. Nel testo che segue discutiamo le soluzioni sviluppate per alcuni di questi aspetti. SERVIZI INTELLIGENTI NELLA PEIS HOME Per il suo compleanno, i compagni del circolo di bridge regalano a Gunilla l’ultimo modello di aspirapolvere autonomo. Gunilla si era sempre opposta ad averne uno in casa: a differenza del suo robot domestico Astrid, gli aspirapolvere autonomi non sono in grado di tenere conto di ciò che Gunilla fa in casa, e l’anziana signora si preoccupa che l’aspirapolvere possa andarle fra i piedi facendole perdere l’equilibrio. Fortunatamente, la PEIS Ecology che ha installato in casa è in grado di compensare questa mancanza, informando l’aspirapolvere di evitare certe zone a seconda di cosa sta facendo Gunilla. La PEIS-Home sviluppata all’AASS è un piccolo appartamento equipaggiato con una infrastruttura di comunicazione e con numerosi PEIS, fra cui telecamere fisse, sensori di luminosità e di umidità, lettori RFID nei ripiani, e svariati robot mobili. Oltre ai numerosi componenti fisici, la PEIS-Home è dotata di agenti software che sono grado di utilizzare queste risorse al fine di generare ed orchestrare servizi intelligenti. Ogni funzionalità della PEIS-Home viene condivisa tramite il PEIS Middleware, una infrastruttura software completamente distribuita che rende possibile ad ogni PEIS di accedere a qualunque tupla di altri PEIS (si veda la figura 11). L’aggiunta di un nuovo componente alla PEIS-Ecology, come l’aspirapolvere 60 Iquadernidi
LA PEIS HOME: UN LABORATORIO PER LO SVILUPPO DI AMBIENTI DOMESTICI INTELLIGENTI di Gunilla, avviene tramite un meccanismo di publishing: ogni PEIS comunica i propri attributi controllabili (ad esempio, l’attivazione e lo spegnimento dell’aspirapolvere, la sua velocità e direzione di avanzamento) ed osservabili (ad esempio, lo stato delle batterie). Si noti che alcune delle proprietà dei PEIS non sono direttamente osservabili, ma possono essere dedotte da altri PEIS. Nel caso dell’aspirapolvere, la posizione corrente dell’apparecchio non è conosciuta dal componente stesso, in quanto l’aspirapolvere non mantiene una mappa dell’ambiente. Come molti odierni aspirapolvere autonomi, quello di Gunilla non pianifica un percorso, bensì gira per casa in modo casuale. È dotato di sensori molto semplici: un“paraurti” che segnala all’apparecchio se è avvenuto un contatto con un ostacolo, e una serie di sensori a infrarossi in grado di rilevare ostacoli a breve distanza. La capacità della PEIS-Ecology di segnalare all’aspirapolvere che non deve operare in una zona in cui si trova Gunilla si basa sull’orchestrazione di più servizi che risiedono su PEIS diversi distribuiti nell’ambiente: le telecamere forniscono immagini dell’ambiente; queste immagini vengono elaborate da un componente che utilizza algoritmi di visione artificiale per dedurre la posizione dell’aspirapolvere e degli umani presenti; un componente“controllore” che si occupa di bloccare l’avanzamento dell’aspirapolvere nel momento in cui si avvicina ad una zona dove si trova Gunilla. L’esempio dell’aspirapolvere mette in luce alcune delle proprietà fondamentali della filosofia PEIS-Ecology. In particolare, l’approccio distribuito facilita l’espandibilità, laddove l’aggiunta di un nuovo componente si riduce allo stabilire le relazioni funzionali che esistono fra il nuovo dispositivo ed i PEIS preesistenti. Queste reazioni vengono modellate sotto forma di tuple, elementi informativi condivisi che permettono a più PEIS di condividere le proprie funzionalità, e che forniscono un meccanismo per la definizione di funzionalità composte (come la localizzazione di un componente che non è in grado di percepire l’ambiente). La PEIS-Ecology è concepita per sviluppare ambienti in cui una moltitudine di agenti contribuiscono a fornire servizi che emergono dall’orchestrazione di funzionalità più semplici. Si noti che nell’esempio dell’aspirapolvere il servizio fornito dalla PEIS-Ecology emerge da una semplice composizione di tre PEIS. La particolare composizione di servizi in una PEIS-Ecology si chiama configurazione. Un aspetto fondamentale del concetto di PEIS-Ecology è che tale configurazione OTTOBRE2008 Figura 11. Livelli logici in una PEIS Ecology e ruolo del middleware distribuito. venga generata autonomamente e a tempo di esecuzione all’interno della PEIS-Ecology stessa, in dipendenza dal servizio richiesto e dalle risorse disponibili. Il seguente esempio illustra le capacità di auto-configurazione e ri-configurazione di una PEIS-Ecology. Gunilla è a letto, ammalata con la solita influenza autunnale.Avrebbe voglia di leggere il suo libro, che ha lasciato in giro per casa, non sa bene dove. Attraverso il suo telefonino, richiede alla PEIS Home di portarle il libro. L’ecologia individua il libro in questione tramite un tag RFID posto nella copertina, ed il robot domestico viene inviato a prenderlo. Una volta preso, Astrid naviga verso la stanza da letto per dare a Gunilla il suo libro. Alcuni dei PEIS utilizzati in questo esempio sono: Astrid, un robot equipaggiato con una telecamera, vari sensori per la navigazione, ed un semplice gripper per afferrare oggetti. Tracker, un componente in grado di tracciare la posizione di oggetti in movimento nell’ambiente (come esseri umani e robot) usando una serie di telecamere ambientali montate sul soffitto dell’appartamento. Il campo visivo delle telecamere compre tutto l’appartamento eccetto la stanza da letto. Una serie di componenti RFID-Reader, costituiti da lettori di tag RFID posti sotto vari ripiani in casa (e.g., sotto il tavolo della cucina, nei ripiani del frigo, ecc.) Configuration-Planner, un componente software in grado di computare a tempo di esecuzione quali PEIS debbano essere collegati in modo da fornire un determinato servizio. 61
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