Východiska předmětu A3M33IRO Inteligentní robotika

Těžiště vysvětlované látky v předmětu Inteligentní robotika je ve způsobu řízení robotů se značnou dávkou autonomie, a to na základě senzorických pozorování ze světě robotu(ů), umělého vnímání, ovlivňování světa robotu(ů) akčními zásahy a především uzavíráním kognitivních zpětných vazeb pro realizaci cílů zadaných zvenku. Inteligentní robotiku tedy chápu jako využití cyklu vnímání ↔ akce. Inteligentní robotika stejně jako předmět stejného jména spojuje do prakticky použitelného celku komponenty, které jsou výsledkem několika vědeckých/inženýrských oborů a dovedností. Část z nich někteří studenti předmětu již studovali a znají a s jinými se setkají poprvé. Tato předběžná znalost/zkušenost se liší u jednotlivých studentů.

Předmět proto některé znalosti/dovednosti jen připomene. Nové poznatky Inteligentní robotiky jsou především v cílech, tedy formulacích úloh, a způsobu, kterým jsou znalosti/dovednosti spojovány pro řešení těchto úloh.

Průsvitky přednášek v angličtině a učební text v češtině (který začíná postupně vznikat) jsou určeny (1) Studentům magisterského studijního programu Kybernetika a robotika na Fakultě elektrotechnické ČVUT (dále FEL ČVUT). Předmět A3M33IRO jim přednáším ve druhém semestru prvního ročníku; (2) Studentům jiných studijních programů, protože podle zkušenosti s mými předchozími učebními texty předpokládám, že skriptum budou využívat i jiní na ČVUT a další univerzity v Česku i Slovensku; (3) Dalším čtenářům, především z průmyslu ale i lidem s obecným zájmem o robotiku a nové technologie.

Předmět Inteligentní robotika je určen pro studenty v magisterském programu Kybernetika a robotika. Předmět je jedním ze čtyř předmětů programu, a ty jsou povinné pro všechny studenty programu Kybernetiky a robotiky. Dalšími takovými předměty jsou Matematika pro kybernetiku (prof. Jan Hamhalter, 1. semestr), Teorie dynamického řízení (1. semestr, prof. Vladimír Kučera) a Diagnostika a testování (doc. Radislav Šmíd, 2. semestr). Předmět Inteligentní robotika je tedy povinný pro studenty všech čtyř oborů programu Kybernetika a robotika, tj. (1) Letecké a kosmické systémy, (2) Robotika, (3) Senzory a přístrojová technika a (4) Systémy a řízení.

Studenti vstupující do předmětu prošli rozdílným studiem a o robotice mají různou znalost. Mezi studenty bývá zhruba čtvrtina, kteří již v bakalářském studiu na FEL ČVUT studovali program Kybernetika a robotika a jeho obor Robotika. Další zhruba polovina studentů studovala jiné obory na FEL ČVUT. Další čtvrtina studentů typicky přichází po bakalářském studiu z jiných fakult a univerzit s velmi rozličnými znalostmi.

Studenti, kteří na FEL v programu Kybernetika a robotika studovali obor Robotika, již mají rozhled a detailní znalosti z kinematiky, diferenciální kinematiky (předmět A3B33ROB Robotika Ing. Vladimír Smutný), z modelování a řízení robotů jako dynamického systému (A3B33DRR Dynamika a řízení robotů, prof. Zbyněk Šika z Fakulty strojní ČVUT).

S vyšším řízením, usuzováním a rozhodováním se studenti setkají časově souběžně v předmětu A3M33UI Umělá inteligence (2. semestr, prof. V. Mařík, Dr. P. Pošík). Inteligentní robotika využívá nástroje statistického rozpoznávání, metod plánování ve stavovém prostoru, nástroje na popis kolektivního chování a multiagentní systémy. Tomu všemu se v Umělé inteligenci naučí.

Dále předmět Inteligentní robotika respektuje, že studenti oboru Robotika budou mít později ještě předměty oboru A3M33PRO Pokročilá robotika (Dr. Tomáš Pajdla, 3. semestr, podrobněji se naučí algebraickým základům popisu pohybu robotů) a A3M33MKR Mobilní a kolektivní robotika (Dr. Libor Přeučil, Dr. Miloslav Kulich, 3. semestr).

Popsané zaměření předmětu Inteligentní robotika a skladba jeho studentů vyžaduje vytvořit samonosný text, který jednak na přehledové úrovni zmíní vstupující části (např. kinematiku robotů, senzory, pohony, akční členy, metody plánování) a podrobněji vysvětlí metody pracující nad nimi a spojující je do inteligentního stroje s rozumnou mírou autonomie v neznámém prostředí.

Věřím, že materiály předmětu budou užitečné i studentům, kteří nenavštěvují naši Inteligentní robotiku, stejně jako odborníkům z praxe. Možná si text přečtou i lidé z jiných oborů, jež všeobecně populární robotika zajímá.

Ze skladby studentů předmětu a jeho zaměření lze vyvodit, že Inteligentní robotika má většině studentů, zhruba jejich třem čtvrtinám, poskytnout rámcový přehled o “vyšším řízení v robotice”, tedy jak se navrhují, řídí a provozují řídí člověkem vytvářené inteligentní autonomní stroje. Jelikož je tato znalost dnes považována za klíč k budoucím autonomně pracujícím a s člověkem kooperujícím strojům, je naděje, že poznání nabyté v předmětu pravděpodobně ve své práci využijí skoro všichni jeho studenti.

Předmět je rozdělen do jednotlivých přednášek s různorodou mírou detailu. V několika přednáškách formuluji řešenou úlohu a na přehledové úrovni poskytnu výčet používaných řešení a odkáži na příslušné učebnice a někdy i na původní vědecké práce. V některých přednáškách spojuji jednotlivé komponenty do větších celků řešících praktické úlohy. V oblasti vyššího robotického řízení často neexistuje jen jedno nejlepší řešení. Předmět také nabídne celistvý pohled, který snad dovolí studentovi orientovat se i ve složitých aplikačních robotických a jiných kybernetických úlohách.