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Sensorimotor learning and simulation of experience as a basis for the development of cognition in robotics

by Guido Schillaci




Institution: Humboldt University of Berlin
Department:
Year: 2014
Keywords: Informatik, Datenverarbeitung; Informatik; embodied artificial intelligence; developmental robotics; motorische und kognitive Entwicklung; motor babbling; self-exploration; sensomotorischen Lernen; interen Modelle; inverse und vorwärtsmodelle; sensomotorischen Simulationsprozesse; kinästhetisches Lernen; Lernen durch Demonstration; self-other distinction; joint attention; Werkzeugnutzung; Verhaltenserkennung; embodied artificial intelligence; developmental robotics; motor and cognitive development; motor babbling; self-exploration; sensorimotor learning; internal models; inverse and forward models; sensorimotor simulations; kinaestetic teaching; learning from demonstration; self-other distinction; joint attention; tool-use; behaviour recognition; ddc:004
Record ID: 1103399
Full text PDF: http://edoc.hu-berlin.de/docviews/abstract.php?id=40534


http://edoc.hu-berlin.de/dissertationen/schillaci-guido-2013-12-16/PDF/schillaci.pdf


http://www.nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:11-100215988


Abstract

Heutige Roboter sind nur begrenzt in der Lage etwas zu erlernen, sich unerwarteten Umständen anzupassen oder auf diese zu reagieren. Als Antwort auf diese Fragen, develomental robotics setzt sich den Aufbau eines künstlichen Systems zum Ziel, das motorische und kognitive Fähigkeiten analog zur menschlichen Entwicklung durch Interaktion mit der Umgebung entwickeln kann. In dieser Arbeit wird ein ähnlich Ansatz verwendet, mit Hilfe dessen grundlegende Verhaltenskomponenten identifiziert werden sollen, die eine autonome Aneignung motorischer und kognitive Fähigkeiten durch die Roboter ermöglichen könnten. Diese Arbeit untersucht die sensomotorische Interaktion als Mittel zur Schaffung von Erfahrungen. Es werden Experimente zu explorative Verhaltensweisen zur Aneigung von Arbewegungen, der Werkzeugnutzung und von interaktiven Fähigkeiten vorgestellt. In diesem Rahmen wird auch die Entwicklung sozialer Fähigkeiten, insbesondere durch joint attention, behandelt. Dabei werden zwei Vorraussetzugen zu joint attention untersucht: Zeigegesten und Erkennung von visueller Salienz. Dabei wurde das Framework der interen Modelle für die Darstellung von sensomotorischen Erfahrungen angewendet. Insbesondere wurden inverse und Vorwärtsmodelle mit unterschiedlichen Konfigurationen am sensorischen und motorischen Daten, die vom Roboter durch exploratives Verhalten, durch Beobachtung menschliche Vorführern, oder durch kinästhetisches Lehren erzeugt wurden geschult. Die Entscheidung zu Gunsten dieses Framework wurde getroffen, da es in der Lage ist, sensomotorische Zyklen zu simulieren. Diese Arbeit untersucht, wie grundlegende kognitive Fähigkeiten in einen humanoiden Roboter unter Berücksichtigung sensorischer und motorischer Erfahrungen implementiert werden können. Insbesondere wurden interne Simulationsprozesse für die Implementierung von Kognitivenfahigkeiten wie die Aktionsauswahl, die Werkzeugnutzung, die Verhaltenserkennung und die Self-Other distinction, eingesetzt. State-of-the-art robots are still not properly able to learn from, adapt to, react to unexpected circumstances, and to autonomously and safely operate in uncertain environments. Researchers in developmental robotics address these issues by building artificial systems capable of acquiring motor and cognitive capabilities by interacting with their environment, inspired by human development. This thesis adopts a similar approach in finding some of those basic behavioural components that may allow for the autonomous development of sensorimotor and social skills in robots. Here, sensorimotor interactions are investigated as a mean for the acquisition of experience. Experiments on exploration behaviours for the acquisition of arm movements, tool-use and interactive capabilities are presented. The development of social skills is also addressed, in particular of joint attention, the capability to share the focus of attention between individuals. Two prerequisites of joint attention are investigated: imperative pointing gestures and visual saliency detection. …