Sobre la arquitectura operativa de robots inteligentes

No pretende este artículo, a pesar de que el título pueda sugerir otra cosa, ser excesivamente técnico, sino más bien recoger un esquema que, aunque técnico, ayuda a entender mejor internamente los robots inteligentes, y lo que es más, dar forma también nuestro conocimiento sobre el propio ser humano y su estructuración cognitiva. 

Recojo, en el fondo, una propuesta arquitectural que hace Robin R. Murphy en su libro 'Introduction to AI robotics' y que, aunque creo que no es de aceptación universal, sí tiene mucho puntos en común con otros esquemas y arquitecturas.

Una arquitectura, representa de alguna manera un diseño técnico de alto nivel (a veces de muy alto nivel) y que, con frecuencia, se queda en una estructuración en bloques interrelacionados del elemento técnico, máquina, software o lo que sea, de que se trate.

Murphy concibe la arquitectura como una especie de plantilla, casi diría que unas buenas prácticas en el diseño, en este caso, de robots inteligentes.

Tipos de arquitecturas

Pero en realidad, tenemos más de un tipo de arquitectura. Así, la autora adopta en su descripción una tipología de arquitecturas propuesta por Alex Levis en 2001, a la sazón Chief Scientist de la fuerza aérea norteamericana y que es la siguiente:

• Arquitectura operativa: Una descripción funcional de alto nivel, que indica qué es lo que hace en este caso el robot pero no cómo lo hace. La autora indica que una arquitectura operativa debe indicar, de alguna forma, cómo las siete áreas de la inteligencia artificial que vimos en un post anterior, se enlazan para proporcionar la funcionalidad deseada.


• Arquitectura de sistemas: Describe la descomposición del sistema en subsistemas. Busca características propias de la ingeniería software como la modularidad o la extensibilidad.


• Arquitectura técnica: Describe los detalles de la implementación. Describe algoritmos e incluso lenguajes de programación.

Muchos lectores, especialmente los más avezados en sistemas y arquitectura de sistemas, notarán que esta tipología de arquitecturas no es, para nada, especialmente 'robótica' sino que vale para casi cualquier sistema. Y en el fondo me parece bueno y razonable que sea así. Al fin y al cabo, un robot no deja de ser un sistema, con su hardware y su software.

Tres capas en la arquitectura operativa

Centrándonos ya en la capa operativa, la autora nos explica la convergencia histórica, no ausente de fuerte debate previo, en una arquitectura que distingue entre una visión reactiva y otra deliberativa. Y, al final, suma una tercera visión para hablarnos de las siguientes tres capas, de una arquitectura operativa:

• Capa reactiva: Recoge comportamientos en que no existe una planificación. Es decir, el robot percibe un estímulo o una información del exterior mediante sus sensores y capacidades perceptivas y, simplemente, reacciona conforme tiene programado hacerlo.


• Capa deliberativa: En este caso, el robot si ejecuta planes. Dispone de un módulo planificador y de un modelo del mundo. Conforme a ese plan, la capa deliberativa instruye a la reactiva acerca de los comportamientos asociar a una percepción. En esta capa se generan planes, se seleccionan los recursos necesarios para ellos, se implementan y se monitoriza su ejecución.


• Capa interactiva: Esta capa permite la interacción de un robot con otros agentes, incluidos, claro, otros robots o los propios seres humanos. Es una capa algo peor entendida y objeto de más investigación y que, creo, nos lleva a campos como, por ejemplo, Human-Robot Interaction o  swarm robotics.

Las tres ofrecen muchos detalles y áreas de estudio. Tengo especial interés en mencionar alguna reflexión al respecto de la capa reactiva, pero eso lo dejaré para un próximo artículo.

La inspiración biológica

Y no quisiera dejar de destacar, la clara inspiración biológica que hay tras estas capas arquitecturales, algo que deja patente una vez más la fructífera interacción entre la inteligencia artificial y la robótica con otras disciplinas como la psicología o la neurociencia, y cómo las segundas (fisiología, psicología, neurociencia) inspiran modelos y arquitecturas en las áreas técnicas y cómo, a su vez, la inteligencia artificial y la robótica pueden servir como 'campo de pruebas' de conceptos psicológicos o neurocientíficos.

Así, y como la autora explicita, estas capas se relacionan con el comportamiento del ser humano. La propia autora aporta la siguiente figura para explicarlo:

Autora: Robin R. Murphy

La capa reactiva se relaciona con comportamientos reflejos que se producen en la espina dorsal o en las partes más primitivas e internas del cerebro humano. La capa deliberativa, por el contrario, refiere a la actividad cognitiva que tiene lugar en la corteza cerebral. La capa interactiva, finalmente, se refiere a comportamientos sociales, en muchos casos conscientes pero también tendría que ver con los movimientos de enjambres o manadas que observamos en animales, como bancos de peces o de estorninos.

Conclusión

Las arquitecturas, nos proporcionan un diseño de alto nivel pero también, especialmente si hablamos de una arquitectura funcional, operativa, un marco para la estructuración y entendimiento de una solución o de un fenómeno, que en este caso abarca tanto los procesos nerviosos y mentales de los seres humanos como de los robots inteligentes.