20040924

Hardware Evolutivo: Aplicações II

Robótica evolucionária

Thompson (1995) e sua equipe, da Universidade de Sussex, Brighton, Grã-Bretanha, criou uma aplicação simples de evolução offline, não baseada em FPGA, e demonstrou a viabilidade do emprego de técnicas de hardware evolutivo na solução de problemas reais. O experimento teve como objetivo desenvolver (evoluir) um circuito eletrônico para controlar um sistema robótico - um protótipo de duas rodas chamado Mr. Chips - cuja tarefa é se movimentar em uma arena retangular de 2,9 por 4,2 metros, sem tocar nas paredes divisórias, utilizando apenas um par de sensores fixos diametralmente posicionados.

O sistema de controle escolhido baseia-se na arquitetura Dynamic State Machine (DSM) - criada pelo grupo de Sussex - que, ao contrário da solução convencional que utiliza Finite State Machines (FSMs), aproveita características dinâmicas dos sinais. Esse arranjo DSM evolutivo, esquematizado na figura, toma como entradas diretas os sinais dos sensores e produz, como saída, sinais de controle para os motores das rodas. Uma importante característica da arquitetura DSM é a possibilidade de associar variáveis de estado assíncronas e síncronas - de acordo com uma freqüência determinada por um AG (Algoritmo Genético) -, o que permite ao sistema exibir uma vasta gama de comportamentos dinâmicos.

No experimento descrito por Thompson (1995) foram utilizadas apenas duas variáveis de estado - os sinais de controle dos motores. A carga genotípica foi definida como 32 bits de RAM (que correspondem às duas variáveis de estado), 16 bits para o período do contador e XX bits para definir a condição de sincronia de cada variável envolvida no controle. O melhor indivíduo de cada geração foi avaliado no problema real. Após 35 gerações, o AG conseguiu produzir um circuito de desempenho satisfatório. Como primeiro experimento real em robótica evolucionária, Thompson (1995) apresentou resultados importantes, ao propor uma arquitetura mais simples que a FPGA, as que pode executar uma tarefa com recursos mínimos.

Entre outros interesses do grupo da Universidade de Sussex estão a evolução de circuitos tolerantes a falhas (THOMPSON, 1997) e o projeto automático de circuitos eletrônicos com múltiplas restrições (THOMPSON, 1996).

-----------------------------------
THOMPSON, A. Evolving electronic robot controllers that exploit hardware resources. In: EUROPEAN CONFERENCE ON ARTIFICIAL LIFE (ecal95), 3rd., 1995. Advances in Artificial Life, Proceedings... Berlim: Springer-Verlag, 1995. p. 640-656.
______. Silicon evolution. In: GENETIC PROGRAMMING 1996 (GP96), 1st., 1996. Proceedings... Boston: MIT Press, 1996. p. 444-452.
______. Hardware evolution: automatic design of electronic circuits in reconfigurable hardware by artificial evolution. 1996. PhD Thesis. University of Sussex, Brighton, United Kingdom.
______. Evolving inherently fault-tolerant systems. Proc. Inst. Mech. Eng., v. 211, part 1, p. 365-371, 1997