Resumo / Robótica Colectiva: Da Inspiração Biológica à Inspiração Institucionalista
Neste projecto procuraremos estudar e formalizar leis dos sistemas colectivos, com o objectivo de sintetizar sistemas de robôs relativamente simples que exibam comportamentos complexos através de interacções locais. Para isso, vamos estudar sistemas biológicos e sociais. Da biologia, vamos concentrar-nos em populações de células. (Uma única célula é relativamente simples quando comparada com uma população de células). Do lado das ciências sociais, vamos concentrar-nos na economia institucionalista (mesmo agentes muito sofisticadas ao nível micro podem, a nível macro, ser considerados relativamente simples). O objectivo é conjugar teorias, ideias e inspiração da economia institucionalista e da biologia celular num enquadramento formal comum para modelação e análise de grandes populações de robôs.
Nos últimos anos, a inspiração predominante para a robótica colectiva tem vindo da biologia. No caso da “robótica de enxame” (swarm robotics) (SR), a inspiração vem de estudos das capacidades de auto-organização exibidas, p.ex., por insectos sociais. Inspirando-se neste tipo de sistemas naturais, conceitos da SR têm sido aplicados a enxames de robôs com capacidades sensoriais e de actuação limitadas, realizando tarefas relativamente simples.
Apesar do razoável sucesso da SR nessas aplicações, não há qualquer método sistemático para projectar comportamentos individuais ao nível micro, incluindo as acções de interacção de que se espera a emergência de comportamento colectivos desejados no plano macro; de facto, a natureza emergente do comportamento colectivo é um princípio que se opõe ao projecto orientado por metas ou desempenhos. Ora, experiências em Sistemas Multiagentes inspiradas na Economia sugerem que processos puramente emergente, e interacções locais simples entre indivíduos, podem por vezes conduzir a soluções ineficazes para problemas colectivos.
A Economia pode fornecer algumas pistas sobre como lidar com os grandes sistemas colectivos. A Economia Institucionalista (EI) encara as instituições – dispositivos de coordenação criados deliberadamente pelos agentes ou que evoluem a partir da interacção – como elementos fundamentais de qualquer sociedade sofisticada. Não obstante, a oposição da EI a abordagens "naturalistas" pode impedir um enquadramento unificado (de inspiração bio-institucional) para análise e síntese de sistemas colectivos.
Considerar outros domínios da paisagem biológica pode ser útil. Em biologia, a epigénese refere-se a variação fenotípica hereditária sem variação genética. Uma abordagem epigenética pode proporcionar um novo terreno de entendimento para visões genéticas e não genéticas sobre o problema da ligação micro-macro. A nossa hipótese de trabalho acerca da epigénese é que os sistemas colectivos têm um espaço de estados com múltiplos estados estacionários, sendo que o repertório de inputs e outputs exibido por cada agente (célula ou sistema robótico) em dado momento, bem como a organização interna do agente (rede de genes reguladores nas células, e de software / hardware em sistemas robóticos), pode ser diferente, mesmo em ambientes similares ou idênticos. Na base desta hipótese, novos métodos para o controle de colectivos, tanto ao nível micro como macro, podem ser desenvolvidos.
Até ao final deste projecto, pretendemos proporcionar novos algoritmos de cooperação e coordenação e métodos para a robótica colectiva baseados num quadro formal para sistemas colectivos. Mais especificamente, vamos importar conceitos das ciências biológicas e sociais e desenvolver modelos matemáticos probabilísticos da dinâmica de populações de robôs no âmbito das diferentes abordagens (inspiração biológica, institucional e combinada). Isto permitir-nos-á compreender melhor as suas diferenças e semelhanças, méritos relativos, e adequação para classes particulares de sistemas, predizendo o seu desempenho em cenários não testados. Além disso, embora estejamos focados em trazer inspiração multidisciplinar para o projecto de melhores colectivos robóticos, esperamos também, como efeito lateral, contribuir com algumas ideias de interesse para a modelação matemática em biologia celular e em economia institucionalista.