Robotica dello Sviluppo: Interagire e Costruire, psicologia e robotica

Robotica dello Sviluppo: Interagire e Costruire

Saranno affrontati i seguenti temi:

• conflitto socio-cognitivo
• problem solving
• pensiero creativo
• wayfinding
• ten building

Come utilizzare i robot a supporto dell'insegnamento, dell'educazione e nella formazione professionale?

1I robot, soprattutto quelli dotati di intelligenza artificiale possono caratterizzarsi come partner con cui interagire, a cui insegnare e, in un circuito retroattivo (azione inversa), dai quali imparare o migliorare determinate abilità e/o conoscenze.

I robot possono anche sostituirsi all'uomo nello svolgimento di molteplici attività, nonché sorreggerlo e supportarlo, quando non è in grado di farlo autonomamente.

Pertanto, ci troviamo difronte a qualcosa che va oltre il concetto di "organo funzionale", nel senso che tali tecnologie possono essere indipendenti dalle abilità umane.

I robot: partner tecnologici per lo sviluppo di conoscenze e competenze

La robotica è uno degli ambiti più interessanti per comprendere l'evoluzione dei modelli comportamentali umani.

Sono confluite molte teorie della Psicologia:

• il Costruttivismo di Piaget (assimilazione e accomodamento),
• il Condizionamento operante di Skinner,
• la Zona di Sviluppo Prossimale di Vygotskij,
• il modello di Processamento dell'Informazione (Human-Information Processing - HIP) di stampo cognitivista,

i più recenti modelli derivati dall'Intelligenza Artificiale, dal Connessionismo e dalle Reti Neurali (Dautenhahn & Billard, 1999a; 1999b; Ziemke, 2001).

Nell'insieme: HRI (Human-Robot Interaction).

Aree della robotica e modelli psicologici

5 aree della robotica in cui sono applicati modelli psicologici:

1. l'evoluzione di prototipi robotici che simulano il modo di pensare e il comportamento umano;
2. l'interazione robot-robot in ambienti complessi per simulare il comportamento sociale umano;
3. l'interazione uomo-robot e robot-robot in cui l'uomo o uno dei robot agisce da tutor/insegnante/esperto e l'altro robot funge da discente;
4. l'interazione uomo-computer in cui il robot agisce come partner meccanico che permette all'uomo di testare o allenare determinate competenze;
5. l'interazione uomo-robot in cui l'uomo è nel ruolo di tutor/insegnante, mentre il robot agisce da controparte all'interno di un processo di apprendimento che influisce sullo sviluppo cognitivo dell'uomo.

Psicologia e Robotica: simulare il comportamento umano

Il Condizionamento Operante ha giocato un ruolo importante nello sviluppo dei primi robot. Le macchine per l'insegnamento di Skinner hanno dimostrato l'importanza dei feedback (rinforzo) coerenti e ripetuti nel tempo per massimizzare il processo di apprendimento.

Un comportamento avrà maggiore probabilità di ripresentarsi qualora sia seguito da un rinforzo positivo, mentre avrà minore probabilità di essere agito nel caso in cui venga rinforzato negativamente o sia seguito da una punizione ( ....... ).

Nel 1954, Skinner introdusse l'istruzione programmata, modello basato su una tecnologia educativa che, in seguito alle risposte corrette date dallo studente, somministra rinforzi positivi. Grazie a tali rinforzi avverrebbe la trasmissione di conoscenze.

Importante la gradualità: i test devono essere costruiti a difficoltà crescente, finché non sono risolti positivamente i test precedenti, non è possibile accedere a quelli di livello superiore.

Comportamentismo e simulazione del comportamento umano

Il comportamentismo ha giocato un ruolo importante soprattutto per quanto riguarda la simulazione del comportamento e del funzionamento mentale umano, nell'ambito dell'intelligenza artificiale (IA).

L'applicazione dei principi del comportamentismo alla robotica ha permesso di creare macchine automatiche in grado di reagire all'ambiente, simulando alcuni aspetti del comportamento umano.

La Behaviour-Based Robotics (Arkin, 1998; Brooks, 1986a) ha prodotto robot in grado di svolgere azioni sofisticate e di prendere quasi-decisioni in robot come Allen (Brooks, 1986b), Herbert (Connell, 1989) o Genghis (Brooks, 2002).

50 14.0 40+4 02= Ou + DX

Robotica: correzione delle azioni e obiettivi

Questi robot possono correggere le loro azioni per raggiungere l'obiettivo nel modo più efficace.

Ad esempio, per raggiungere fonti luminose evitando degli ostacoli, sono necessari 3 differenti moduli di comportamento integrati:

a) muoversi verso gli obiettivi; b) evitare gli ostacoli aggirandoli; c) riconoscere la fonte luminosa e muoversi verso quella direzione (Ziemke, 2001).

Nonostante il livello sofisticato ed evoluto del comportamento del robot, questi primi ambiti di applicazione di modelli e teorie della robotica sono principalmente focalizzati sull'evoluzione di robot finalizzati a replicare le funzioni mentali umane e, solo secondariamente, potenziare lo sviluppo cognitivo umano e l'acquisizione di conoscenze.

Psicologia e Robotica: l'uomo insegna al robot

Modelli psicologici implicati in questo ambito di studio: Teoria dell'Apprendimento Sociale di Bandura (1971), adattamento, assimilazione e accomodamento di Piaget (Piaget, 1985; Piaget & Inhelder, 1969), mediazione di strumenti e segni di Vygotskij (1978).

Bandura: bambini, esposti a video in cui un adulto perpetra determinate azioni su specifici oggetti, quando sono lasciati soli con gli stessi oggetti, è molto probabile che replichino le stesse azioni.

L'apprendimento non sempre necessita dell'esperienza diretta ma può avvenire per modeling (modellamento), ovvero per osservazione e imitazione del comportamento altrui (rinforzo vicario).

Osservando le azioni di un adulto che propone uno specifico modello di comportamento, per imitazione, un bambino riprodurrebbe il comportamento osservato riconoscendo nell'adulto un esempio da imitare. https://www.youtube.com/watch?v=CqjIYsle-0M

Apprendimento per imitazione nei robot

Interagendo con l'uomo, anche i robot possono apprendere per imitazione.

Importanti interrogativi (Saunders, Nehaniv, & Dautenhahn, 2006):

• Se un robot può apprendere dall'uomo, quali meccanismi occorre predisporre per far sì che il robot comprenda le intenzioni dell'individuo?
• Come può il robot generalizzare ed eseguire nuovi compiti?
• Come può il robot integrare nuove esperienze all'interno delle competenze già acquisite?

Grazie ai sensori che rilevano gli input ambientali e a un algoritmo computazionale che trasforma tali input in azioni, un robot può perfettamente imitare un'ampia gamma di comportamenti ed emozioni umane.

Costruttivismo piagetiano e sviluppo dell'intelligenza

Il costruttivismo piagetiano enfatizza il ruolo attivo (e adattivo) del bambino che interagisce con l'ambiente, guidato dagli schemi mentali precedenti per interpretare l'ambiente, aperto all'assimilazione di nuovi tipi di comportamenti/conoscenze e/o all'accomodamento di quelli già posseduti.

A differenza del comportamentismo, Piaget riconosceva l'importanza di studiare i processi mentali e lo sviluppo dell'intelligenza, per cui il ruolo attivo dell'individuo nell'interazione con l'ambiente non investe solamente il comportamento, ma anche (soprattutto) l'intelligenza.

Rapportandosi con l'ambiente, l'intelligenza assorbe i dati dall'esperienza (assimilazione) e corregge gli schemi mentali posseduti in base ai nuovi dati (accomodamento), arricchendosi così di nuovi strumenti che garantiscono all'individuo un adattamento sempre più efficace al contesto.

Piaget, robotica e Costruttivismo Radicale

Piaget riconosce l'importanza dei riflessi (e del rinforzo positivo e negativo) nel suo concetto di schema di azione, composto da 3 elementi: riconoscimento della situazione; interpretazione della situazione; aspettativa di un risultato positivo, sebbene non lo limiti a un semplicistico meccanismo di stimolo-risposta (Ziemke, 2001).

Il punto di vista di Piaget è molto importante per la robotica, poiché propone una varietà di schemi per interpretare e interagire con l'ambiente e non semplicemente reagire a esso.

Possiamo riassumere l'idea di Piaget attraverso il Costruttivismo Radicale di Von Glasersfeld (2013):

• la conoscenza non è un processo passivo di semplice ricezione attraverso i sensi o la comunicazione, bensì è un processo attivo di costruzione attuato dalla cognizione;
• la cognizione ha una funzione adattiva che rende possibile l'organizzazione dell'esperienza che l'uomo ha del mondo circostante.

Queste nozioni sono compatibili con le Scienze Cognitive, l'Intelligenza Artificiale e la Vita Artificiale.3.1.3 Psicologia e Robotica: il robot come partner

Il robot come partner meccanico

In questo caso il robot agisce come un partner meccanico, a volte fungendo da assistente/insegnante (Fridin, 2014), altre volte proponendo attività creative che portano a qualche tipo di arricchimento (Bers et al., 2014).

Ambito di applicazione molto importante: accrescere le abilità sociali in bambini con autismo.

I principi comportamentali di rinforzo, ripetitività e coerenza sono particolarmente importanti in quanto i bambini autistici tendono a evitare situazioni complesse e incontrollabili, tipiche di molti contesti sociali (Werry & Dautenhahn, 1999).

Allo stesso modo, imitazione e modeling comportamentale assumono importanza perché, inizialmente, il robot reagisce coerentemente all'azione del bambino ma, non appena il bambino mostra più sicurezza, il comportamento del robot si modifica leggermente (per esempio mimando ciò che fa il bambino) (Dautenhahn & Billard, 1999a; Robins et al., 2004).

Principi costruttivisti e interazioni sociali

Quest'area fa riferimento anche ai principi costruttivisti.

Vygotskij, colui che ha ispirato l'attuale approccio storico-culturale dell'Activity Theory (CHAT - Cultural Historical Activity Theory), era contrario all'idea semplicistica che l'apprendimento e lo sviluppo cognitivo umano si basassero essenzialmente su meccanismi di stimolo-risposta:

• lo sviluppo cognitivo umano ha origine nelle interazioni sociali e, solo in un secondo momento, ciò che si costruisce nell'interazione con gli altri viene interiorizzato dalla cognizione dell'individuo;
• il ruolo degli artefatti di mediazione (come le macchine o i robot) e dei segni (come il linguaggio o gli schemi di azione) è fondamentale perché permette agli uomini di interagire fra loro e/o con il loro ambiente, interpretandolo e costruendo la loro esperienza e conoscenza (Vygotksij, 1978).