INTELIGENCIA ARTIFICIAL Rangel Guerrero Eduardo - Carlos Alberto García Zacarías Volumen I Proyecto Buzz Board Qué Introducción son las Buzz-Boards? Son módulos interconectables que utilizan nuestra tecnología Buzz- Me, diseñados para crear proyectos educativos de una manera sencilla e interesante; pueden ser desde teléfonos para Internet hasta robots móviles, el único límite es tu Imaginación!. Contenido Buzz-Boards Introducción 2 Desarrollo 5 Código 8 Pruebas 12 Conclusión 12 Referencias 13 El robot terminado tiene una amplia gama de características, incluyendo: 8 buscadores de rango IR, 5 sensores de línea, 2 sensores de luz, batería de litio-ion, 2 motores con modo dual (con monitoreo de la carga del motor y retroalimentación de cuadratura), 8 botones pulsadores, 8 LED tricolor, sensor de nivel de luz ambiental, acelerómetro de 3 ejes, sensor de temperatura y una pantalla a color OLED de alta resolución. Para programar el robot los alumnos pueden escribir su propio código o descargar software pre-escrito desde el sitio mbed (http://mbed.org/),
INTRODUCCIÓN: FortiTo es una empresa que se especializa en tecnologías educativas, capacitación y creación rápida de prototipos. Está formada por un consorcio internacional de académicos universitarios en activo y desarrolladores de tecnología. Se formó como resultado de las dificultades en encontrar soluciones comerciales apropiadas para proyectos de laboratorio de computación embebida, computación ubicua y el Internet de las cosas que cubrieran nuestras necesidades de enseñanza. Esto nos ha convencido de que los académicos en activo son las mejores personas para diseñar soluciones educativas para los estudiantes. Como empresa creemos en el valor de las herramientas de código abierto y de permitir a los académicos tener una participación más fuerte en las compañías que proporcionan tecnología educativa, en la creencia de que estas empresas serviría a los intereses de los estudiantes y los profesores de una mejor manera. Por lo tanto, FortiTo está formado como una Facultad Cooperativa, donde se reserva un porcentaje significativo de la participación de la empresa a los académicos. Si usted es un académico titular, y estaría interesado en tener una participación en Fortito, por favor envíenos un email a fc@fortito.com. Acerca del nombre El nombre FortiTo es la pronunciación fonética en Inglés del número 42. En el libro de Douglas Adams llamado The Hitchhikers Guide to the Galaxy un equipo llamado Deep Thought calculó la Respuesta a la última pregunta de la Vida, el Universo y el Todo, que resultó ser 42!. En esta historia también trascendió que la Tierra fue diseñada y construida por una raza alienígena y una de las cosas de las que estaban más orgullosos fueron los fiordos de Noruega, y FortiTo también es el noruego de 42!. Está claro que los fundadores de esta compañía nos divertimos e inspiramos mucho con esta historia y nos alegramos de poder llamar a la compañía 42 o FortiTo.
La tecnología educativa FortiTo está basada en una serie de módulos de hardware y software llamados Buzz-Boards, los cuales han sido diseñados para crear tareas educativas y proyectos estudiantiles fáciles e interesantes. Al ensamblar las Buzz-Boards en diferentes maneras (por ejemplo al conectar las placas en diferentes combinaciones) es posible crear una gran variedad de plataformas de aplicación de hardware en las cuales los estudiantes pueden programar y así aprender diferentes habilidades. Las Buzz-Boards se basan en el concepto de módulos conectables que determinan la funcionalidad y la forma física. Por ejemplo, los estudiantes pueden rápidamente hacer productos que van desde teléfonos para Internet hasta robots móviles. Nuestro sistema es processor agnostic, lo que significa que puede funcionar con todos los sistemas de desarrollo populares, tales como la Raspberry Pi y el mbed. De esta manera, los sistemas como el Raspberry Pi pueden ser rápidamente aumentados para producir sistemas de hardware más sofisticados. Además, todas nuestras tarjetas son network aware, lo que significa que al conectar y combinar las tarjetas se envía una notificación a la red, lo cual las hace ideales para su uso con tutores artificiales o plataformas de educación immersiva. Al ensamblar las Buzz-Boards en diferentes maneras (por ejemplo al conectar las placas en diferentes combinaciones) es posible crear una gran variedad de plataformas de aplicación de hardware en las cuales los estudiantes pueden programar y así aprender diferentes habilidades. Estas son algunas posibilidades: Juegos - Usando el procesador (mbed más Buzzbed), y la pantalla OLED con botones pueden programarse juegos como Pacman (videojuego arcade de los años 80) o Reaction (pulsando botones en respuesta a los sonidos o luces). Al conectar los periféricos pueden ser creados juegos más complejos. Por ejemplo, al añadir la tarjeta Buzz-Medi se puede crear un juego llamado Battle Mind utilizando señales EEG de sus cerebros para dirigir sprites gráficos en sentidos opuestos. Musica Usando el procesador (mbed más Buzzbed) con uno o más de los 16 botones del tablero Buzz-Key16 tableros es posible
escribir un programa para crear un instrumento musical. Al añadir el A/D Buzz-Audio es posible crear un afinador de guitarra, y añadiendo el MIDI con la tarjeta Buzz-MIDI se puede crear un completo sistema musical sintético. Más adelante, una tarjeta espacial para el diapasón de las guitarras se añadirá a la gama. Este sólo necesita ser conectado a la Buzzbed para trabajar. Media El set de Buzz-Boards incluye un número de opciones de cámara lo que permite crear una cámara digital (una cámara en miniatura se puede añadir mediante una conexión con la tarjeta Buzz-Link3). Al añadir un módulo de almacenamiento SD y la tarjeta Buzz-Audio / SD a la tarjeta Buzzbed se puede crear un reproductor de MP3. Proyectos médicos Al utilizar la tarjetas Buzz-Medi y Buzz-Batt, es posible crear una variedad de tareas, como un monitor cardíaco para ejercicio o un medidor de temperatura corporal. Al utilizar el sensor de inercia opcional en Buzzbed o agregando la tarjeta Buzz-Nav e puede implementar monitoreo de movimiento para los deportes al aire libre. Servicios de red Con la adición de la tarjeta Buzz-Net su posible implementar una radio por Internet Fundamentos de Informática Usando el procesador (mbed más Buzzbed), y la pantalla OLED con botones (o la tarjeta Buzz- Key16) se puede programar una calculadora simple. Weird-Science Al conectar la placa Buzz-Medi con la placa base y utilizando sensores fisiológicos o EEG es posible hacer sistemas de detección de ondas cerebrales, detección de mentiras y sistemas de detección de emoción. Como alternativa, al usar un diodo túnel en la tarjeta Buzz-Q se puede crear un verdadero generador de números aleatorios o incluso explorar teorías físicas más exóticas, como la realización de un quantum universe splitter. Robots El robot Buzz-Bot esta formado por un chasis con ruedas y sensores infrarrojos (IR) de distancia y que combinado con la tarjeta Buzzbed permite construir un robot de escritorio móvil que puede realizar tareas como seguir una línea, buscar un haz de luz, encontrar salida de un laberinto, crazy eyes ó ojos que se muevan de acuerdo a la proximidad de los objetos) y parlanchín detectando y diciendo lo que ve.
Herramientas Al añadir la tarjeta para pruebas Buzz-Test a la tarjeta base (con el LED tricolor incorporado) es posible crear instrumentos como un multímetro, un osciloscopio o un analizador lógico, o sólo utilizarlo para realizar conexiones fáciles a instrumentos de prueba externos. Prototipo de productos Hay dos tablas de prototipos (la Buzz- Dev y la tarjeta para soldar Buzz-Proto) que permiten ensamblar componentes electrónicos a las diferentes Buzz-Boards para crear diseños a elección del estudiante. DESARROLLO Las Buzz-Boards trabajan con C y C ++ estándar, el más conocido de los lenguajes para cómputo embebido, lo cual permite a los estudiantes y maestros construir proyectos interesantes y educativos. En nuestro sistema inicial utilizamos el sistema de creación rápida de prototipos mbed en conjunto con nuestra tarjeta de procesamiento. El mbed utilliza los microcontroladores ARM, ampliamente probados y utilizados, los cuales tienen un procedimiento de desarrollo bien establecido y cuenta con herramientas en línea. También existen muchos libros y documentación fácilmente disponible en librerías como Amazon [1]. En particular, la tarjeta Buzz-Bed aprovecha al máximo las actuales herramientas en línea mbed y software disponibles en el sitio web de mbed. El desarrollo de software se basa en arrastrar y soltar en un sencillo compilador que está basado un entorno web. La placa base Buzzbed se conecta simplemente a una PC mediante un cable USB. Una vez conectado se ve y se comporta como una memoria USB en el que los usuarios arrastran y sueltan el programa compilado en la memoria USB y luego presionan el botón reset para ejecutar el código. Gran variedad de demos y plantillas para su aplicación en laboratorio como trabajo escolar se proporcionan (incluyendo el código fuente del software y el texto completo de las tareas escolares). En el futuro, al construir tarjetas para utilizar otros procesadores buscaremos adherirnos en lo posible al uso de software y
herramientas de código abierto y un simple arrastrar y soltar de ejecutables. Otra opción es la posibilidad crear programas utilizando las bibliotecas I2C de cualquier lenguaje de tu elección (Java, C + + o Phyton) en la nueva Buzberry (RPi hub), una tarjeta interfaz que permite la expansión con la popular Raspberry Pi. Utiliza el sistema modular Buzz-Board y el sistema Buzz-Me para permitir el descubrimiento y la identificación de las tarjetas para crear rápidamente prototipos de una amplia gama de productos diseñados principalmente para usos educativos. NXP LPC1768 El mbed NXP LPC1768 microcontrolador en particular está diseñado para prototipos de todo tipo de dispositivos, en especial aquellos que incluyen Ethernet, USB, y la flexibilidad de un montón de interfaces de periféricos y la memoria FLASH. Se empaqueta como un DIP pequeño factor de forma de prototipos PCB con agujero pasante, stripboard y placa, e incluye un built-in USB programador FLASH.
Se basa en el NXP LPC1768, con un 32-bit ARM Cortex-M3 núcleo funcionando a 96MHz. Incluye 512KB FLASH, RAM de 32 KB y un montón de interfaces incluyendo Ethernet integrado, USB Host y Device, CAN, SPI, I2C, ADC, DAC, PWM y otras interfaces de E / S. La disposición de las patillas de arriba muestra las interfaces de uso común y su ubicación. Tenga en cuenta que todos los pines numerados (p5-p30) también se pueden utilizar como interfaces de la digitalina y DIGITALOUT. Los microcontroladores mbed proporcionar experimentados desarrolladores de sistemas integrados una plataforma potente y productivo para la construcción de prueba de conceptos. Para los desarrolladores de nuevos microcontroladores de 32 bits, mbed proporciona una solución de prototipado accesible para que los proyectos construidos con el apoyo de bibliotecas, recursos y apoyo compartido en la comunidad mbed. Características NXP LPC1768 MCU ARM de alto rendimiento Cortex -M3 Core 96MHz, 32KB RAM, 512KB FLASH Ethernet, USB Host / Device, 2xSPI, 2xI2C, 3xUART, CAN, 6xPWM, 6xADC, GPIO Prototipos de factor de forma 40-pin 0,1 "tono paquete DIP, 54x26mm 5V USB o de alimentación 4.5-9V mbed.org sitio web del desarrollador Compilador Online ligero Alto nivel de C / C + + SDK Libro de bibliotecas y proyectos publicados
Herramientas y software Los microcontroladores mbed son soportados por el sitio web para desarrolladores mbed.org, incluyendo un compilador de línea ligera para un acceso instantáneo a su entorno de trabajo en Windows, Linux o Mac OS X. Obtenga más información sobre el compilador de línea mbed También se incluye un C / C + + SDK para producción de alto nivel de programación de periféricos. En combinación con la riqueza de las bibliotecas y ejemplos de código que se publican por la comunidad mbed, la plataforma ofrece un ambiente productivo para hacer las cosas. El mbed NXP LPC1768 es uno de una serie de microcontroladores mbed empaquetados como un pequeño 40-pin DIP, 0,1-pulgadas de inclinación de factor de forma por lo que es conveniente para prototipos con soldadura protoboard, stripboard y los PCB a través del agujero. Incluye una interfaz USB integrado de programación que es tan simple como usar una unidad flash USB. Basta conectarlo, deje caer en un programa binario ARM, y su marcha y funcionando! Es nuestro consejo ofrecido más completo y es ideal para todo tipo de prototipos general. Si no está seguro de qué mbed de conseguir, esta es tu mejor opción. CÓDIGO: Seguidor de linea #include "mbed.h" #include "FortiTo.h" #include "OLED.h" #include "Motor.h" #include "Follower.h" #include "IR_Ranger.h" #include "Ghost.h" I2C i2c(p28, p27); Motor *LeftMotor, *RightMotor; Follower LineFollower(i2c, 0xD0); BUTTON ExitRobot(6); IR_Ranger FrontLeft(i2c, 0xC0), FrontRight(i2c, 0xC6);
Serial pc(usbtx, USBRX); extern OLED mydisplay; #define FORWARDSPEED 100 #define TURNSPEED_S 30 #define TURNSPEED_F 100 #define EYES_FRONT 0 #define EYES_LEFT 1 #define EYES_RIGHT 2 struct { short LeftMotorSpeed; short RightMotorSpeed; short Eyes; } FollowTable[32] = { { TURNSPEED_F, TURNSPEED_S, EYES_RIGHT }, { TURNSPEED_F, TURNSPEED_S, EYES_RIGHT }, { TURNSPEED_F, TURNSPEED_S, EYES_RIGHT }, { TURNSPEED_S, TURNSPEED_F, EYES_LEFT }, { TURNSPEED_F, TURNSPEED_S, EYES_RIGHT }, { TURNSPEED_S, TURNSPEED_F, EYES_LEFT }, { TURNSPEED_S, TURNSPEED_F, EYES_LEFT }, { TURNSPEED_F, TURNSPEED_S, EYES_RIGHT }, { TURNSPEED_S, TURNSPEED_F, EYES_LEFT }, { TURNSPEED_S, TURNSPEED_F, EYES_LEFT }, { TURNSPEED_S, TURNSPEED_F, EYES_LEFT }, { TURNSPEED_S, TURNSPEED_F, EYES_LEFT }, { TURNSPEED_F, TURNSPEED_S, EYES_RIGHT }, { TURNSPEED_S, TURNSPEED_F, EYES_LEFT },
{ TURNSPEED_S, TURNSPEED_F, EYES_LEFT }, { TURNSPEED_F, TURNSPEED_S, EYES_RIGHT }, { TURNSPEED_S, TURNSPEED_F, EYES_LEFT }, { FORWARDSPEED, FORWARDSPEED, EYES_FRONT }, { TURNSPEED_F, TURNSPEED_S, EYES_RIGHT }, { TURNSPEED_F, TURNSPEED_S, EYES_RIGHT }, { TURNSPEED_F, TURNSPEED_S, EYES_RIGHT }, { FORWARDSPEED, FORWARDSPEED, EYES_FRONT } }; void MyCallBack(void) { short pattern; pattern = LineFollower.Value(); LeftMotor->Speed(FollowTable[pattern].LeftMotorSpeed); RightMotor->Speed(FollowTable[pattern].RightMotorSpeed); if (FollowTable[pattern].Eyes == EYES_FRONT) mydisplay.drawbitmap(38, 0, 60, 128, (unsigned short *)&EyesDown); if (FollowTable[pattern].Eyes == EYES_LEFT) mydisplay.drawbitmap(38, 0, 60, 128, (unsigned short *)&EyesLeft); if (FollowTable[pattern].Eyes == EYES_RIGHT) mydisplay.drawbitmap(38, 0, 60, 128, (unsigned short *)&EyesRight); } void Robot(void) { short i; RightMotor = new PWMmotor(i2c, p21, 0xD6); LeftMotor = new PWMmotor(i2c, p22, 0xD4); for (i = 0; i < 10; i++) LineFollower.Value(); mydisplay.clear();
mydisplay.drawbitmap(16, 0, 128, 128, (unsigned short *)&PinkyDown); LineFollower.Attach(MyCallBack); LeftMotor->Speed(FORWARDSPEED); RightMotor->Speed(FORWARDSPEED); while (ExitRobot.IsReleased()) { if (FrontRight.Range() < 6) mydisplay.drawbitmap(38, 0, 60, 128, (unsigned short *)&EyesRight); if (FrontLeft.Range() < 6) mydisplay.drawbitmap(38, 0, 60, 128, (unsigned short *)&EyesLeft); wait(0.2); } LineFollower.Detach(); LeftMotor->Speed(0); RightMotor->Speed(0); delete RightMotor; delete LeftMotor; while (ExitRobot.IsPressed()) wait(0.2); }
PRUEBAS Se realizaron varias pruebas en diferentes escenarios, encontramos que la luz es un factor muy importante, cuando es de noche o empieza a obscurecer, el robot es más preciso en cuanto sus cálculos, hace movimientos más agiles que cuando hay mucha luz. El resultado aun con luz es óptimo. Conclusión En la sociedad, dentro de las ciencias de la computación, la de la Inteligencia Artificial es una de las áreas que causa más expectación. Que un sistema pueda mejorar su comportamiento sobre la base de la experiencia y que además, tenga una noción de lo que es un error y que pueda evitarlo, resulta muy interesante. No obstante, la realización del trabajo, me ha servido para darme cuenta de que la IA no es algo nuevo, lleva décadas de estudio y está en constante evolución. La realidad es que la mayoría de la gente, al hablar de inteligencia artificial tiende a relacionarlo con el mundo de la robótica y, más concretamente a los robots con formas humanas,
capaces de relacionarse. Gracias a este trabajo he descubierto que no es así. La robótica existía mucho antes de la inteligencia artificial. Resulta también interesante que, al encontrarse en constante evolución, encontramos antiguas referencias de robots en la ciencia ficción que ahora sabemos que son posibles a medio o largo plazo. Por otro lado me ha parecido apasionante todo lo relacionado con los Buzz-boards con esto de la robótica. Existe poca información pero con empeño y dedicación todo es posible REFERENCIAS: http://mbed.org Compilador Online http://mbed.org/compiler Libro donde se encuentran todas las librerías https://mbed.org/handbook/homepage Pagina oficial de los Buzz-Boards http://fortito.com