Introdução

Inteligência Artificial em Robótica

A Inteligência Artificial (IA) e a Robótica são campos interdisciplinares que combinam conceitos da ciência da computação, engenharia, matemática e até mesmo filosofia e psicologia cognitiva. A IA é o campo da ciência da computação que foca na criação de sistemas capazes de realizar tarefas que requerem inteligência humana. No contexto da robótica, a IA é utilizada para dar aos robôs a capacidade de “pensar” e tomar decisões, em vez de simplesmente seguir uma programação pré-definida.

A inteligência artificial em robótica está dividida em várias subáreas, entre elas, Aprendizado de Máquina (Machine Learning), Processamento de Linguagem Natural (NLP), Planejamento de Movimento e Controle, e Aprendizado Profundo (Deep Learning). O Aprendizado de Máquina dá aos robôs a capacidade de aprender a partir de suas experiências ou de dados pré-existentes. O Processamento de Linguagem Natural permite que os robôs entendam e respondam a comandos em linguagem natural, como os fornecidos por humanos. O Planejamento de Movimento e Controle permite que os robôs se movimentem de forma eficiente e eficaz em seu ambiente. Por fim, o Aprendizado Profundo, que é uma subárea do Aprendizado de Máquina, permite que os robôs processem grandes quantidades de dados e tomem decisões com base nesses dados.

A Ética em IA e Robótica é um tópico importante a ser considerado. À medida que os robôs assumem cada vez mais funções na sociedade, é essencial garantir que sejam programados de maneira a tomar decisões éticas. Isso inclui, por exemplo, a consideração de questões de privacidade e a prevenção do uso abusivo de robôs.

Contextualização

A robótica é uma área de intensa pesquisa e desenvolvimento, com aplicações em diversos âmbitos da sociedade, desde a indústria até a medicina e o entretenimento. A integração da IA na robótica é fundamental para o desenvolvimento de robôs mais autônomos, capazes de realizar tarefas complexas sem supervisão constante.

A inteligência artificial em robótica está começando a transformar o mundo à medida que avança. No entanto, apesar dos avanços, ainda estamos apenas arranhando a superfície do que é possível. Assim, o estudo da inteligência artificial em robótica é não só relevante, mas essencial à medida que caminhamos para o futuro.

Robôs dotados de inteligência artificial estão em constante interação conosco, desempenhando funções em hospitais, lojas, e em nossas casas, como os assistentes virtuais Siri, Alexa e Google Home, e os robôs de limpeza Roomba e Roborock. Esses robôs não só permitem economia de tempo e eficiência, como facilitam tarefas complexas ou perigosas para o ser humano.

Material de apoio

Recomenda-se aos alunos que busquem mais informações sobre os tópicos abordados nas seguintes fontes:

1. Livro "Artificial Intelligence: A Modern Approach" por Stuart Russell e Peter Norvig. Este livro é considerado a bíblia da inteligência artificial e aborda em detalhes os conceitos por trás da IA e suas aplicações.

2. Livro "Introduction to AI Robotics" por Robin R. Murphy. Uma ótima introdução à aplicação de IA em robótica.

3. [Coursera AI For Everyone] Um curso da Coursera que introduz a inteligência artificial de forma acessível para uma audiência não-técnica.

4. [Kaggle Learn] A plataforma de aprendizado do Kaggle oferece cursos sobre Machine Learning, Deep Learning, e outros tópicos relacionados à inteligência artificial.

Atividade Prática

Construção e Programação de um Robô com Inteligência Artificial

Objetivo do Projeto

O objetivo deste projeto é construir e programar um robô que utilize Inteligência Artificial para completar uma série de tarefas. Os alunos aprenderão sobre IA, Robótica, Aprendizado de Máquina, Visão Computacional, Processamento de Linguagem Natural, Planejamento de Movimento e Controle, Ética em IA e Robótica, além de desenvolver habilidades de trabalho em equipe e resolução de problemas complexos.

Duração do Projeto: Este projeto demorará aproximadamente 15 a 20 horas.

Tamanho do Grupo: Equipas de 3 a 5 alunos.

Materiais Necessários

Para esse projeto, os alunos vão precisar de:

1. Um kit de robótica básico (por exemplo, o kit Lego Mindstorms)
2. Um computador com acesso à Internet para pesquisa e programação
3. Software Python para escrever e testar seus algoritmos

Descrição Detalhada do Projeto

Cada grupo de alunos será responsável por construir e programar um robô que seja capaz de completar um circuito de obstáculos. Durante o percurso, o robô deve ser capaz de identificar objetos de diferentes cores e formas e de realizar determinadas ações de acordo com as características desses objetos. Além disso, o robô deve ser capaz de responder a comandos de voz, ou seja, seguir direções dadas pelos alunos em linguagem natural.

Passo a Passo Detalhado

1. Reunião de Planejamento: No início do projeto, os alunos devem se reunir para planejar a construção do robô, a programação dos comandos de voz e a resolução dos desafios do circuito de obstáculos. Nesta etapa, os alunos devem dividir responsabilidades e tarefas entre os membros do grupo.

2. Construção do Robô: Utilizando o kit de robótica, os alunos construirão seu robô.

3. Desenvolvimento da Programação do Robô: Usando Python, os alunos desenvolverão algoritmos, dando ao robô habilidades de aprendizado de máquina, processamento de linguagem natural, percepção visual, navegação e tomada de decisão.

4. Testes e Ajustes: Durante essa fase os alunos deverão fazer testes contínuos para verificações e melhorias da eficácia do robô.

5. Efetuarem a execução final da tarefa por meio do robô, que deverá percorrer o circuito de obstáculos, identificando e agindo diante dos diferentes objetos e respondendo aos comandos de linguagem natural.

6. Apresentação e Avaliação: Por fim, cada grupo realizará uma demonstração para apresentar o funcionamento do robô ao professor e aos colegas.

Entregas do Projeto:

1. Relatório Final: Após a conclusão do projeto, cada grupo deve preparar um relatório detalhado. O relatório deve conter as seguintes seções:

• Introdução: Descrição do projeto, sua importância para a compreensão da IA em robótica e os objetivos do projeto.

• Desenvolvimento: Explicação teórica dos conceitos envolvidos no projeto (IA, aprendizado de máquina, processamento de linguagem natural, visão computacional, planejamento de movimento e controle, ética em IA e robótica), o processo de construção do robô, a programação e os algoritmos utilizados. Esta seção deve refletir também o processo de trabalho em equipe, desafios encontrados e como foram superados.

• Conclusão: Avaliação do que foi alcançado em relação aos objetivos do projeto, o que cada membro do grupo aprendeu, quais foram as dificuldades enfrentadas e como foram superadas, e uma reflexão sobre a IA em robótica e seu impacto no mundo.

2. O Robô: O robô construído como resultado deste projeto será a peça central da avaliação. Durante a apresentação final, cada grupo demonstrará os recursos e habilidades do robô.

3. Código do Algoritmo: Uma cópia do código do algoritmo de IA desenvolvido. Ele será avaliado com base na sua complexidade, elegância, eficiência e eficácia.