1. Giriş

Bir agent kendisine verilen bir görev ortamında çalışır.

Görev agent in başarmaya çalıştığı amaç.
Ortam agent tarafından yaşama ortamı olarak kullanılan dünyanın bir kısmı yada bir hesaplama sistemi.

Bir agent üç ana bileşenden oluşur:

Agent programı Algılar ve hareketler arasındaki eşleşmeyi hayata geçirir.(bazen bu hareket seçici fonksiyon yada hareket oluşturma olarakta tanımlanır.)
Agent statüsü Bu, agent programının üzerinde çalıştığı tüm iç betimlemeleri içerir. Bu, agent in tüm çevresinin ve hedeflerinin betimlemesini , bu amaca ulaşmak için kullandığı planları, planların hangi kısımlarının uygulandığımda içerebilir.
Agent Mimarisi Agent in algılayıcılarından agent programın kullandığı algıları alan, agent programı çalıştıran, agentın statüsünü güncelleyen, ve agent program tarafından seçilen en alt düzey hareketleri yaptıran ve sanal da olabilen bir makine.

Agent’ın mimarisi agent programın atomik işlemlerini belirler, ve dolaylı olarak agent in bileşenlerini belirler. Agent mimarisi hangi işlemlerin otomatik olarak agent programın müdahalesi olmadan olacağımda belirler. Hayata geçirilmiş bir agent ta sanal makinelerin bir hiyerarşisi söz konusudur: agent program mimarinin sağladığı en basit işlemler cinsinden ifade edilir; mimari genellikle bir proglama dili cinsinden hayata geçirilir, programlama dilide o makinedeki işlemcinin basit işlemleri cinsinden hayata geçirilir.

Mimari tarafından desteklenen temel işlemler otomatik olarak olan şeylerle birlikte hangi çeşit mimari olacağını belirler, örneğin tepkin bir mimari mi yoksa düşünen bir mimarimi.

1.1. Robot Kontrol Sistemi Spektrumu

Hiyerarşik kontrol belli bir yapısı olan ve büyük olasılıkla önceden tahmin edilebilen bir dünya için uygundur. Bununla birlikte Tepkin Sistemler Hiyerarsik sistemlerde mevcut olan bariz bir çok dezavantaja yanıt olarak geliştirilmiştir.

2. Tepkin Sistemler

Tepkin bir robotik sistem algı ve hareketi , soyut betimlemeleri ve geçmiş tecrübeleri kullanmaksızın birbiriyle eşleştirir. Ya da başka bir deyişle tepkin kontrol , dinamik olan ve belli bir yapısı olmayan bir ortamda , motor-sal davranışlar yönünden algı ve hareketi sıkıca eşleştiren bir tekniktir. Ya da algıların hareketleri direk olarak tetiklediği sistemler olarak düşünülebilir.

Tepkin robotik sistemlerin belli başlı özellikleri şunlardır:

– Davranışlar robotik hareketlerin temel yapı taşlığını yapar Bu sistemlerde davranış tipik olarak basit bir algılayıcı ve motor çiftinden oluşur. Algılayıcı aktivite, alçak düzeydeki bir motor refleksel yanıtın uygulanabilmesi için gerekli bilgiyi sağlar.

– Bir yanıt oluşturma sırasında belirgin soyut betimsel bilginin kullanılmasından kaçınılır. Tamamen tepkin olan sistemler, dünyaya soyut betimsel bilgiyi kullanmadan algılandığı şekilde doğrudan refleks gösterirler. Esas olan, ne görüyorsan var olan odur. Bu özellikle çok fazla dinamik yapıda olan tahmin edilemezliğin ve düşmalığın çok olduğu tehlikeli dünyalar için özel bir anlam ifade eder. Soyut bir dünya modeli oluşturmak zaman harcatan ve hata oluşturma olasılığı yüksek bir işlem ve bu yüzdende robotların hareketlerinin potansiyel doğruluğunu tahmin edilebilirliği çok yüksek dünyalar dışında azaltan bir iştir.

– Hayvanların davranış modelleri sıksık bu sistemlerde temel olarak kullanılır. Bizim robotlarımızdan yerine getirmesini istediğimiz görevlerin çoğu gerçekte biyolojinin yapılabilme kanıtını sağladığı şeylerdir. Buna ek olarak, biyolojiyle ilgili bilimlerden sinirbilimi, hayvan davranışları bilimi, ve psikoloji robotların çalışmasında kullanılabilecek çok çeşitli mekanizmaların ve modellerin açıklamasını yapmıştır.

– Bu Sistemler Yazılım Tasarımı Perspektifi YönündenDolaylı olarak modülerdir. Bu özellik sayesinde tepkin bir robotik sistem tasarımcısı kendi robotunun yeterliliğini tekrar tasarıma gitmeksizin yada eskisini terketmeksizin yeni davranışlar ekleyerek arttırabilir. Bu zaman içinde robota yeteneklerin katılması ve sonuç olarak çıkan tekrar kullanılabilirlik, artan bir şekilde karmaşıklaşan robotik sistemlerin inşaası için çok faydalıdır.

2.1 Basit Tepkin Mimariler

Basit bir tepkin mimaride , Hareketler doğrudan doğruya algılar tarafından tetiklenir.

• Statüye göre önceden belirlenmiş sabit tepki.
• Çevre betimlemesi olmaksızın
• Genellikle o ise özgü hazırlanmış, paralel donanım
• Çevresel değişikliklere karşı hızlı tepki

2.2 Hareket Seçimi

Yapılacak hareketlerin seçimini agent program belirler. Herhangi bir durumda birden fazla potansiyel uygun hareket olduğunda, agent program hangi hareketin seçileceğine agent program kararverir.

Eğer birden fazla algı birden fazla hareketi tetiklerse, hareketler birkaç yolla bir araya getirilebilir.

• Birden fazla hareket paralel olarak gösterilebilir.
• Tekbir hareket olarak bir araya getirilebilir.
• Tekbir hareket diğer hareketler arasında öncelik verilerek uygulanabilir.

2.2.1 Paralel Hareketler

Birbirine karışmayan hareketler paralel olarak aynı anda gösterilebilir, (mimarinin sınırları dahilinde)

2.2.2 Bileşke Hareketler

Farklı algılar tarafından tetiklenmiş ayrı hareketler tek bir bileşke harekette bir araya getirilir.

Buna örnek olarak aynı anda hem bir amaca doğru hareket eden hemde engellerden sakınan bir agent ta , engellerden sakınma hareketi hedefe doğru ilerleme hareketini bir engele rastlandığında onun etrafından dolanma zorunl
uluğundan dolayı etkiler.

2.2.3 Öncelikli Hareketler

Hareketlerin birbirine engel olduğu durumlarda, en önemli hareket önceliği alır.

Tepkin mimariler bazen ortamın durumunun ve agent in basit betimlemesini kullanabilirler, fakat bu betimlemeler amaçları , dünyanın hipotezsel durumunu yada muhtemel hareketlerin sırasını açık bir şekilde kodlamaz. Örneğin ‘engellerden kaçın’ davranışı olan bir agent için bu amaç agentın içinde açık olarak betimlenmediysede engellerden kaçınma amacı var diyebiliriz

Tepkin sistemler genellikle o iş için hazırlanmış, paralel donanımlar kullanılarak hayata geçirilir. Bir algının veya algıların uygun hareketi tetiklemesi için gerekli işlemin miktarının sınırlı olması, o iş için hazırlanmış paralel donanımların kullanılması ve karmaşık betimlemelerin kullanımına gerek olmaması tepkin sistemlerin çevresel değişimlere hızlı cevap vermelerini sağlar.

Hafıza kullanımı açısından bir düşünen mimari, tepkin bir mimariden daha verimli yer kullanımına sahiptir. Bunun nedenide düşünen mimarili bir sistem bir sınıfa ait problemlerin çözümü için sabit bir yer kullanırken, tepkin mimarili bir sistem problem sayısının çokluğuyla orantılı olarak yer kullanır.

Şekil 1: Braitenberg Aracı 2a

Bunu tüm tepkin çözümlerin kodlanması ve geliştirilmesi için harcanacak zamana rahmen, standart zaman ile yer miktarı arasında birini diğerine tercih olarak düşünebiliriz. Örneğin, bir ingilizce cümlenin anlanması konusunda bir tepkin sistem için mümkün olabilecek her girdi cümlenin anlamının kodlanması gerekirken, düşünen bir sistemde sadece bir gramere ve gramer inceleyicisine ihtiyaç vardır. Burda tepkin mimarili sistemde problem olan çok fazla sayıda cümlenin ve buna karşılık gelen anlamın teker teker kodlanmasıdır.

2.3 Örnek: Braitenberg Araçları

Braitenberg Araçları motorlara doğrudan etki eden algılayıcalar kullanırlar.

• Algılayıcılar sıcaklık, ısı, engeller gibi çevresel özelliklere tepki gösterirler.
• Motorlar algılayıcılardan gelen sinyallere göre aracı haraket ettirirler.
• Bağlantılar sinyalleri algılayıcılardan motorlara taşırlar ve böylece ya motorların dönmesini sağlarlar yada dönmesini engellerler.

2.3.1 Braitenberg Araçları Özeti

Braitenberg ‘in araçları basit tepkin mimarilerin nasıl karmaşık acil davranışlar sergileyebileceğini gösterir.

• Karmaşıklık, karmaşık bir çevrenin yansımasından olabilir.
• Braitenberg araçlarına hedefler atfedebiliriz fakat hedeflerin içsel bir betimlemesi yoktur.

Şekil 2: Braitenberg Aracı 2b

Şekil 3: Braitenberg Aracı 3c

2.4 Örnek: Boids

Boid, çevreyi yerel algılamasına göre ya da çevrenin fiziksel simulasyonuna göre yada basit davranış kurallarına göre yönünü bulan basit bir agent olarak görülebilir.

Çarpışmalardan sakınma etrafındaki boid lerle çarpışmalardan kaçın.
Hız ayarı çevredeki boidlerle hızını ayarlamaya çalış ve
Sürüde kalmaya çalışma diğer boidlerle yakın mesafede kalmaya çalış

Her boid bir göçme dürtüsüne sahiptir, boid lerin uçacakları kendisine doğru evrensel bir yön ve pozisyon.

2.4.1 Boid in Çevresi

Çevrenin fiziksel simulasyonu, sınırlı miktarda enerjiye sahip basit bir yaratığın modelini uygular.

• Boid in maximum hızını sınırlamak için basit bir yapışkan hız engelleyici kullanılır.
• Boid in basitin basit davranışları tarafından üretilen hızlandırıcı vektörleri bir maximum hızlandırma limiti sınırlandırır.

2.4.2 Boid in hareketleri

Her bir boid için son hareketi vermek üzere basit davranışlar bir araya getirilir.

• Her davranış (çarpışmadan sakınma, hız ayarlaması ve sürüde kalmaya çalışma) 3 boyutlu vektör şeklinde bir ivme oluşturur.
• Maximum ivme eşiğine ulaşıncaya kadar vektörler üst üste toplanarak bir araya getirilir.
• Her boid in verilen bir boid in davranışının üzerindeki etkisi mesafenin karesiyle ters orantılıdır.

Boid ler önlerindeki statik engellerden dümen kullanarak sıyrılırlar.

2.4.3 Boid lerin Özeti

Boidler basit tepkin mimarilerin nasıl karmaşık davranışlar üretebileceğini gösterir.

• Sezgisel olarak sürü olarak düşündüğümüz toplu hareketler, sınırlı ve yerel olarak dünyayı algılamaktan kaynaklanır.
• Sürü elemanının izole edilmiş davranışları sabit ve verimsiz duruma ulaşma eğilimindedir. Çevresel engeller ve sürü elemanının bunlar arasında yönünü bulmaya çalışması sürü elemanının davranışlarını daha karmaşık hale getirmesini sağlar.

Şekil 4: Tepkin Hareketlerin Modellenmesi

Şekil 5: Statü kullanan Tepkin Mimariler 

3. Tepkin Hareketlerin Modellenmesi

Tepkin hareketleri koşul ve davranış kuralları olarak modelleyebiliriz.

• Eğer koşul agent in algılarına uyarsa , bir hareketi tetikler.
• Kural daha önceden kullanılsada kullanılmasada basit bir tepkin agent dünyanın statüsüyle ilgili içsel bir betimleme bulundurmaz

3.1 Statü kullanan Tepkin Mimariler

Statü kullanan tepkin bir mimaride, kurallar sadece agent in algılayıcılarına bağlı olarak değil çevrenin içsel bir betimlemesine de bağlı olarak belirlenir.

3.2
Değişimlerin Tespiti

Çevresel değişimleri tespit etmek ve betimlemek için , agent in iç statüsüne de bağlı olan ve davranış olarak iç statüyüde aynı zamanda değiştiren kurallara ihtiyacımız var.

4. İçsel Betimlemeler

İçsel betimlemeler:

• Daha fazla yer gerektirir.
• Betimlemeyi yapabilmek için de bir bedel ödenir.
• Statülerin sırasına bağlı olarak davranış seçeneklerine imkan verir. Örneğin değişimsizliğe tepki olarak bir harekette bulunmak.

Şekil 6: Değişimlerin Tespiti

İçsel betimlemeler verildiğinde çok daha karmaşık dışsal davranışlar mümkün olabilir.

4.1. Statülerin Avantajları

Bir çeşit çevrenin içsel betimlenmesinin yada agent in içsel statüsü eklenmesinin anlamı :

• Agent in dünya hakkındaki bilgisi artık sadece algılayıcılarının limiti ile sınırlı değildir. Su an algılayamadığı çevrenin bazı kesimlerinide hatırlayabilmektedir.
• Agent sayabilmektedir. Artık belli sayıda tekrarlanarak yapılabilen davranışları uygulayabilmektedir.
• Yavaş yavaş sonucu başarısız olan davranışlarına engel olabilmektedir. Çünkü neyi kaç kere yaptığını ve sonucunda başarılı olup olamadığını görebilmektedir.

4.2. Davranışların Bileşkesini Alırken Karşılaşılan Problemler

Davranışların bileşkesini alma yalklaşımına dayalı davranış seçimi bazı iyi bilinen problemlerle karşılaşmaya meyillidir:

Bölgesel minimum Braitenberg araçları bir kutunun köşesine sıkışabilir ve çevresine dönemeyebilir.
Dairesel davranış Braitenberg araçları bir engelin etrafında dönüp durabilirler.

Bu problemleri çözmenin bir yolu agent in davranışlarına rastgelelik ve gürültü eklenmesidir.

Şekil 7: Davranış Modülü

4.2.1. Örnek: ‘Geçmişten Kaçın’ Davranışı

Geçmişten Kaçın davranışı agent m kısa geçmişte nerde olduğunun betimlemesini kullanır.

• Geçmişte ziyaret edilen yerlerden itici kuvvetler üretilir.
• Geçmişten kaçış davranışının çıktısı diğer davranışların çıktısı olarak üretilen vektörle aynı biçimde bir vektördür ve diğerleri gibi aynı biçimde bir araya getirilir.

4.2.2 Örnek: Kapsama Mimarisi

Kapsama mimarisi çeşitli davranış topluluklarından oluşur :

• AFSM (Sınırlı statüdesü olan makine) içinde derlenen davranış dilindeki çeşitli kurallar kümesi olarak belirlenmiştir.
• Her sınırlı statülü makine bir davranışta bulunur ve dünyayı kendi algılayışından sorumludur.
• Her davranışın çıktısı diğer bir davranışın girdisi olabilir.

4.3 Kapsama Mimarisi Tabakaları

Davranışlar tabakalar şeklinde organize olurlar. Ve herbir tabakanın bağımsız olarak gerçekleştirmekten sorumlu olduğu bir hedefi vardır.

• Karmaşık davranışlar hiyararşide daha aşağıda olan daha basit davranışları kapsar.
• Aşağı tabakaların yukarı tabakalar hakkında bilgisi yoktur.
• Alt tabakaların çıktısı üst tabakalar tarafından okunabilir.
• Üst tabakalar alt tabakaları kontrol eder ve şunları kullanır :

Şekil 8: Davranış Modülü

— Dizginleyiş: iletiye engel olur
— Gizleyiş: Bir mesajı gizleyici bir mesajla değiştirir.
— Yeniden Başlatış: Davranışı orjinal statüsüne geri döndürür.

Tabakalar aynı anda ve aralarında zamanlama ilişkisi olmadan çalışır.

4.3.1 Kapsama Örneği: Araştırma l

Araştırma görevi bir robotun evden ayrılışı ve ilginç nesneleri aramasından oluşur.

• Bir nesne tespit ettiğinde , robot ona doğru gider, onu alır ve eve döner.
• Bu davranış sıraları ortamda hiç nesne kalmayana kadar devam eder.

4.3.2 Kapsama Örneği: Araştırma 2

Mataric 4 çeşit davranış kullanan basit bir araştırma robotunu uygulamaya geçirdi.

• Dolaşma: rastgele yönlerde bir süre hareket etme.
• Kaçınma:
  — Eğer engel [solda — sağda ] ise [sağa — sola] dön ve git.
  — Üç denemede başarısız olursa eski haline gel ve dön.
  — Eğer her iki taraftada engel varsa rastgele dön ve eski haline gel.
• Alış: nesneye doğru dön ve ilerle. Nesneye varınca nesneyi al.
• Dönüş: Eve doğru dön ve ilerle. Evde isen dur.

4.3.3 Kapsama Örneği: Araştırma 3

4.4 Statülü tepkin mimarinin avantajları

• Statülü bir tepkin mimari her türlü davranışı üretebilir.
• Çevresel değişimlere çabuk cevap verir

4.5 Statülü tepkin mimarinin dezavantajları

• Statünün ve birden çok bileşenin eklenmesi durumunda bile , tepkin mimariler karmaşık betimlemeler yapamaz ve bir probleme alternatif çözümler üretemez.
• Her probleme karşılık gelen çözüm önceden ya sistem tasarlayıcısı tarafından yada evrim tarafından kodlanmış olmalı.