İskemi-Reperfüzyon ve İmmün Aktivasyon

A recupera¸c˜ao das falhas ´e a execu¸c˜ao da a¸c˜ao adequada para que a falha n˜ao pro- voque um funcionamento errado do sistema, e no caso de robˆos, o n˜ao cumprimento da miss˜ao ou tarefa. A essˆencia da recupera¸c˜ao das falhas ´e a utiliza¸c˜ao de recursos redundantes, seja de percep¸c˜ao, de atua¸c˜ao, ou de tempo. As a¸c˜oes de recupera¸c˜ao de

falhas em um robˆo s˜ao intimamente ligadas ao projeto estrutural e do controle. Sendo assim, as a¸c˜oes e mecanismos de recupera¸c˜ao s˜ao limitados `as restri¸c˜oes construtivas e necessitam ser planejadas e inseridas previamente [Ferrell, 1994, Payton et al., 1992]. O controle deve selecionar a a¸c˜ao de recupera¸c˜ao adequada, o que depende do di- agn´ostico correto. ´E importante ressaltar que a tolerˆancia a falhas n˜ao amplia as ca- pacidades existentes em um sistema, basicamente oferece recursos de reconfigura¸c˜ao adequados `a presen¸ca de defeitos e falhas, aumentando a sua confiabilidade e dispo- nibilidade. Muitas alternativas utilizadas na tolerˆancia a falhas causam degrada¸c˜ao no desempenho do sistema, quando n˜ao existem m´odulos totalmente redundantes dispon´ıveis. No caso de um robˆo individual, normalmente s˜ao utilizadas as seguintes abordagens para implementar a tolerˆancia e recupera¸c˜ao de falhas: processamento re- dundante no controle; sensores redundantes; atuadores redundantes; manipuladores com redundˆancia cinem´atica; manipulador redundante; plano ou solu¸c˜ao alternativa. Cada uma delas ´e descrita a seguir.

Processamento redundante: A detec¸c˜ao e recupera¸c˜ao de falhas de processa- mento no controle ´e implementada normalmente com o uso de sistemas multiproces- sados, programa¸c˜ao N-vers˜oes, execu¸c˜ao repetida do mesmo m´odulo e uso de sistemas supervisores. A tolerˆancia a falhas no controle pode incluir as falhas de software e de hardware. As falhas de software podem ser toleradas atrav´es do uso de m´ultiplas vers˜oes dos processos e de mecanismos de verifica¸c˜ao. As falhas de hardware no controle s˜ao somente suportadas atrav´es do uso de uma plataforma multiprocessada adequada.

Os m´etodos de detec¸c˜ao e recupera¸c˜ao de falhas no controle s˜ao os mesmos utilizados genericamente em sistemas de tempo real. Essencial- mente, c´opias prim´arias e secund´arias dos processos s˜ao distribu´ıdas em v´arios processadores [Hecht et al., 2000, Bertossi et al., 1999, Shokri and Beltas, 2000, Liberato et al., 2000, Mili et al., 1998]. Quando as restri¸c˜oes de tempo de um pro- cesso s˜ao cr´ıticas, s˜ao executadas m´ultiplas instˆancias em diferentes processadores simultaneamente. Para tarefas que podem aceitar um atraso maior na recupera¸c˜ao, s˜ao executadas c´opias redundantes apenas em condi¸c˜oes de presen¸ca de falhas.

Uma abordagem interessante na tolerˆancia do controle para robˆos ´e a utiliza¸c˜ao de um m´odulo de supervis˜ao assistido por um operador funcionando em conjunto com m´odulos de controle replicados em hardware [Marzwell et al., 1994]. Os m´odulos replicados em hardware garantem a tolerˆancia as falhas de hardware, do sistema operacional e das aplica¸c˜oes em tempo real. O m´odulo de supervis˜ao previne falhas de alto n´ıvel como a colis˜ao com objetos. Entretanto, a utiliza¸c˜ao de m´odulos de controle totalmente redundantes e de m´odulos de supervis˜ao associados nem sempre ´e vi´avel em robˆos autˆonomos.

sistema de controle totalmente distribu´ıdo. Conclu´ıram que sistemas distribu´ıdos facilitam a implementa¸c˜ao de redundˆancia nos agentes, entretanto complicam os as- pectos de recupera¸c˜ao de falhas que envolvem a centraliza¸c˜ao de informa¸c˜oes, como ´e o caso do diagn´ostico.

Sensores redundantes: A redundˆancia de sensores ´e muito utilizada em robˆos com o intuito de melhorar a precis˜ao da percep¸c˜ao, normalmente sem a preocupa¸c˜ao direta com a tolerˆancia a falhas. A essˆencia da recupera¸c˜ao de falhas sensoriais ´e a sele¸c˜ao e utiliza¸c˜ao de fontes alternativas da mesma informa¸c˜ao, ou seja, em um dado instante, desprezar os dados dos sensores pouco confi´aveis e valorizar os dados dos mais confi´aveis. Em muitos sistemas rob´oticos isto j´a ´e realizado diretamente no processo de fus˜ao sensorial, como parte normal do controle.

No controle deliberativo, a remo¸c˜ao dos dados dos sensores defeituosos muitas vezes ´e realizada no pr´oprio processo de constru¸c˜ao do modelo de mundo, despre- zando dados incoerentes. No modelo comportamental os dados dos sensores reais s˜ao isolados atrav´es do uso de sensores virtuais [Ferrell, 1994, Payton et al., 1992, Murphy and Hershberger, 1999]. Os sensores virtuais agregam informa¸c˜oes de v´arios sensores reais e s˜ao reconfigurados de acordo com o estado corrente de falhas. Os processos de detec¸c˜ao de falhas, recalibragem de parˆametros, reconfigura¸c˜ao e reinte- gra¸c˜ao dos sensores reais s˜ao normalmente encapsulados dentro dos sensores virtuais. As fontes de dados utilizadas nos sensores virtuais podem ser diferentes. Por exemplo, considere dois sensores em uma junta, um de velocidade e o outro de posi¸c˜ao, e ainda dois sensores virtuais de velocidade e posi¸c˜ao utilizados pelo controlador. No funcionamento sem falhas as informa¸c˜oes dos sensores virtuais s˜ao obtidas diretamente dos sensores f´ısicos. Caso o sensor real de velocidade falhe, o sensor virtual pode continuar funcionando, derivando a sa´ıda do sensor de posi¸c˜ao. O mesmo pode ser realizado para o sensor de posi¸c˜ao atrav´es da integra¸c˜ao da velocidade. ´E importante destacar que a transforma¸c˜ao de uma informa¸c˜ao em outra pode exigir processamento e modificar o tempo de resposta do sensor virtual.

Atuadores redundantes: A instala¸c˜ao de dois motores em uma mesma junta ou em uma mesma roda s˜ao exemplos de atuadores redundantes. Por dificuldades cons- trutivas ´e uma solu¸c˜ao muito pouco utilizada na pr´atica, entretanto ´e a mais f´acil de ser aplicada na recupera¸c˜ao de falhas para o controle. Este simplesmente passa a enviar os comandos para o atuador extra, ao mesmo tempo em que desativa o atuador principal.

Redundˆancia cinem´atica: O uso de redundˆancia cinem´atica em manipuladores j´a ´e amplamente estudado. Cada junta de um manipulador corresponde a um grau de liberdade (DOF, degree of freeedom). Um manipulador ´e dito redundante quando

´e capaz de alcan¸car o mesmo ponto no espa¸co com configura¸c˜oes diferentes. Quando os motores ou os sensores de uma junta apresentam defeitos, a mesma ´e usualmente travada. Com a junta fixa em determinada posi¸c˜ao, o controlador do robˆo continua a definir os movimentos com um DOF a menos. A continuidade da tarefa nem sempre ´e poss´ıvel, pois depende da capacidade do robˆo em alcan¸car todas as posi¸c˜oes necess´arias em fun¸c˜ao da posi¸c˜ao das juntas defeituosas. Existem muitos trabalhos que visam melhorar a tolerˆancia cinem´atica usando o m´ınimo necess´ario de recursos extras.

Paredis e Khosla [Paredis and Khosla, 1994] apresentam um m´etodo matem´atico para definir o espa¸co de trabalho tolerante a falhas de manipuladores N-DOF na presen¸ca de K falhas. Maciejewski e Lewis [Lewis and Maciejewski, 1994] definem medidas de tolerˆancia de um manipulador utilizando an´alises para piores posi¸c˜oes poss´ıveis para as juntas. Paredis e Khosla [Paredis and Khosla, 1996] prop˜oem um algoritmo para controle de trajet´orias na execu¸c˜ao de tarefas; este minimiza a proba- bilidade do travamento de juntas nas piores posi¸c˜oes, maximizando assim, a tolerˆancia a falhas cinem´atica do manipulador. Liu [Liu, 2001] prop˜oe um m´etodo integrado que une a estima¸c˜ao de parˆametros, as leis de controle, a tolerˆancia a falhas do atuador e a detec¸c˜ao de falhas em um mesmo algoritmo.

Manipulador redundante: A recupera¸c˜ao de falhas com manipuladores redun- dantes ´e encontrada em alguns robˆos, na forma de rodas, pernas ou bra¸cos mecˆanicos extras. A recupera¸c˜ao de falhas, neste caso, envolve a transferˆencia da tarefa corrente de um manipulador para outro pelo controlador. Este seleciona um novo plano ou a¸c˜ao por parte do controlador que utiliza o manipulador redundante.

Plano ou solu¸c˜ao alternativa: Mesmo quando n˜ao existe redundˆancia espec´ıfica ou equivalente nos manipuladores e atuadores de um robˆo, este ainda pode ser capaz de realizar a tarefa desejada utilizando m´etodos ou abordagens diferentes. Com a existˆencia de planos alternativos, em alguns casos pode ser poss´ıvel aumentar a dis- ponibilidade de um sistema rob´otico na execu¸c˜ao de uma tarefa, mesmo apresentando degrada¸c˜ao de desempenho. Pode-se dizer que o uso de manipuladores redundantes e de redundˆancia cinem´atica s˜ao especializa¸c˜oes na cria¸c˜ao de planos alternativos.

Em um controle deliberativo um novo plano de a¸c˜ao pode ser escolhido, de forma a n˜ao utilizar os elementos defeituosos. No controle comportamental, os comporta- mentos prejudicados pelas falhas devem ser inibidos e outros alternativos podem ser ativados. A essˆencia da quest˜ao de adapta¸c˜ao do controlador `as falhas ´e realizar o melhor esfor¸co no objetivo de continuar a realizar a tarefa ou miss˜ao sem utilizar os elementos defeituosos, ou utilizando os recursos dispon´ıveis. Muitas vezes, na pre- sen¸ca de um defeito ou perda da confiabilidade em um determinado m´odulo, o controle deve alterar parˆametros internos ou o modo de realizar uma determinada a¸c˜ao para

garantir uma situa¸c˜ao mais segura para o sistema. Pode-se, por exemplo, adotar posturas mais cuidadosas reduzindo velocidade ou for¸ca de atuadores [Ferrell, 1994].