Arquitectura cognitiva basada en el gradiente sensorial y su aplicación a la robótica móvil

El objetivo de esta tesis es el desarrollo de un sistema completo de navegación, aprendizaje y planificación para un robot móvil. Dentro de los innumerables problemas que este gran objetivo plantea, hemos dedicado especial atención al problema del conocimiento autónomo del mundo. Nuestra mayor preocupación ha sido la de establecer mecanismos que permitan, a partir de información sensorial cruda, el desarrollo incremental de un modelo topológico del entorno en el que se mueve el robot. Estos mecanismos se apoyan invariablemente en un nuevo concepto propuesto en esta tesis: el gradiente sensorial. El gradiente sensorial es un dispositivo matemático que funciona como un detector de sucesos interesantes para el sistema. Una vez detectado uno de estos sucesos, el robot puede identificar su situación en un mapa topológico y actuar en consecuencia. Hemos denominado a estas situaciones especiales lugares sensorialmente relevantes, ya que (a) captan la atención del sistema y (b) pueden ser identificadas utilizando la información sensorial. Para explotar convenientemente los modelos construidos, hemos desarrollado un algoritmo capaz de elaborar planes internalizados, estableciendo una red de sugerencias en los lugares sensorialmente relevantes, de modo que el robot encuentra en estos puntos una dirección recomendada de navegación. Finalmente, hemos implementado un sistema de navegación robusto con habilidades para interpretar y adecuar los planes internalizados a las circunstancias concretas del momento. Nuestro sistema de navegación está basado en la teoría de campos de potencial artificial, a la que hemos incorporado la posibilidad de añadir cargas ficticias como ayuda a la evitación de mínimos locales. Como aportación adicional de esta tesis al campo genérico de la ciencia cognitiva, todos estos elementos se integran en una arquitectura centrada en la memoria, lo que pretende resaltar la importancia de ésta en los procesos cognitivos de los seres vivos y aporta un giro conceptual al punto de vista tradicional, centrado en los procesos. The general objective of this thesis is the development of a global navigation system endowed with planning and learning features for a mobile robot. Within this general objective we have devoted a special effort to the autonomous learning problem. Our main concern has been to establish the necessary mechanisms for the incremental development of a topological model of the robot’s environment using the sensory information. These mechanisms are based on a new concept proposed in the thesis: the sensory gradient. The sensory gradient is a mathematical device which works like a detector of “interesting” environment’s events. Once a particular event has been detected the robot can identify its situation in the topological map and to react accordingly. We have called these special situations relevant sensory places because (a) they capture the system’s attention and (b) they can be identified using the sensory information. To conveniently exploit the built-in models we have developed an algorithm able to make internalized plans, establishing a suggestion network in the sensory relevant places in such way that the robot can find at those places a recommended navigation direction. It has been also developed a robust navigation system able to navigate by means of interpreting and adapting the internalized plans to the concrete circumstances at each instant, i.e. a reactive navigation system. This reactive system is based on the artificial potential field approach with the additional feature introduced in the thesis of what we call fictitious charges as an aid to avoid local minima. As a general contribution of the thesis to the cognitive science field all the above described elements are integrated in a memory-based architecture, emphasizing the important role played by the memory in the cognitive processes of living beings and giving a conceptual turn in the usual process-based approach.

Aplicaciones didácticas de la metáfora cognitiva al aprendizaje del inglés para la ciencia y la tecnología

En las últimas décadas, el cognitivismo ha realizado una importante contribución al desarrollo de las competencias comunicativas de los estudiantes de lenguas extranjeras. Por una parte, ha ofrecido un soporte teórico mediante la determinación de los estilos y de las estrategias de aprendizaje para obtener, almacenar y utilizar la información (O´Malley, 1987; Chamot, 1990; O´Malley y Chamot, 1990). Por otra, ha proporcionado pruebas empíricas de que la percepción de la metáfora tiene un efecto positivo en la adquisición de lenguas y facilita el empleo de estrategias de extensión metafórica (Low, 2008; Littlemore, 2004). Este estudio propone un marco teórico para mejorar el proceso de enseñanza/aprendizaje que combina ambos aspectos, ya que asume que la metáfora es un componente fundamental de la cognición que posibilita la integración de conceptos nuevos en campos de conocimiento ya existentes. Por ello, con el propósito de crear recursos didácticos en los que se apliquen estrategias metafóricas, se ha elaborado un listado de metáforas de imagen y de metáforas conceptuales tomadas de la base de datos METACITEC. Se presenta la propuesta metodológica validada por los resultados de encuestas y por la observación en el aula.

Minería de Datos usando Metaplasticidad Artificial en la Rehabilitación Cognitiva de Pacientes con Daño Cerebral

El propósito principal de esta investigación es la aplicación de la Metaplasticidad Artificial en un Perceptrón Multicapa (AMMLP) como una herramienta de minería de datos para la predicción y extracción explícita de conocimiento del proceso de rehabilitación cognitiva en pacientes con daño cerebral adquirido. Los resultados obtenidos por el AMMLP junto con el posterior análisis de la base de datos ayudarían a los terapeutas a conocer las características de los pacientes que mejoran y los programas de rehabilitación que han seguido. Esto incrementaría el conocimiento del proceso de rehabilitación y facilitaría la elaboración de hipótesis terapéuticas permitiendo la optimización y personalización de las terapias. La evaluación del AMMLP se ha realizado con datos proporcionados por el Institut Guttmann. Los resultados del AMMLP fueron comparados con los obtenidos con una red neuronal de retropropagación y con árboles de decisión. La exactitud en la predicción obtenida por el AMMLP en la subfunción cognitiva memoria verbal-visual fue de 90.71 %, resultado muy superior a los obtenidos por los demás algoritmos.

Entornos virtuales de vídeo interactivo para neurorrehabilitación cognitiva

En pocos años, la discapacidad de origen cognitivo será uno de los principales problemas de salud. El déficit cognitivo influye en la ejecución de todas las actividades de la vida diaria. Pacientes con una afección de este tipo ven alterados su entorno social y familiar. Por todo ello, se hace imprescindible el desarrollo de programas de rehabilitación que permitan minimizar las consecuencias de las lesiones adquiridas y restituir o compensar las funciones afectadas. En la actualidad nos encontramos en un momento de cambio en las metodologías de la neurorrehabilitación, donde los entornos virtuales digitales interactivos son una fuente de innovación y una ventana terapéutica para la generación de nuevas estrategias basadas en una rehabilitación personalizada, monitorizada y ubicua, con la que lograr el máximo nivel de realización en las actividades de vida diaria. En este trabajo de investigación se plantea el uso del vídeo interactivo como medio tecnológico para realizar las terapias de rehabilitación cognitiva. Se presenta una prueba de concepto de una actividad de vida diaria y su posterior análisis por el equipo clínico del Instituí Guttmann. Los resultados preliminares apoyan su uso para alcanzar una rehabilitación basada en el nuevo paradigma.

Una arquitectura cognitiva para agentes sociales en entornos cooperativos complejos

La creciente demanda de sistemas informáticos abiertos y con gran interacción entre cada una de sus partes, incluyendo también usuarios humanos, ha hecho aumentar el interés y el uso de sistemas donde múltiples agentes interactúan para alcanzar sus metas. Las interacciones pueden tener el objetivo de mejorar la eficiencia de los agentes aumentando el rendimiento del sistema, pero también pueden estar pensadas para posibilitar que nuevas metas —que un agente no sería capaz de alcanzar de forma individual— puedan ser conseguidas cuando varios de ellos trabajan en conjunto. En paralelo a este crecimiento, con el avance en el campo de investigación de los agentes software, y también por los recientes descubrimientos acerca de la importancia de determinados aspectos cognitivos en el proceso de toma de decisión y resolución de problemas, la idea de la inclusión de influencias cognitivas en el modelo de razonamiento de estos agentes se presenta como una alternativa muy atractiva para mejorar su comportamiento en general, y especialmente el social, en comparación con sistemas que no consideran estos aspectos en el diseño de soluciones para entornos complejos. Pensando en proveer una solución que pueda contribuir, de alguna manera, al avance en estas dos áreas, el presente trabajo presenta una arquitectura cognitiva para modelar agentes con habilidades sociales partiendo de una arquitectura base, que proporciona los comportamientos cognitivos reactivos y deliberativos de los agentes. La arquitectura ampliada debe aportar agentes cognitivos sociales capaces de afrontar mejor el aumento de la complejidad de los sistemas y presentar comportamientos más coherentes, explicables y más creíbles durante sus interacciones con los demás. Dos teorías sociológicas proponen los componentes y estructuras que han inspirado el desarrollo de esta arquitectura social, aportando mecanismos que permiten obtener una coordinación descentralizada en un entorno social dinámico y rico en interacciones: la Teoría de Roles y la Teoría de la Actividad. Los resultados alcanzados con el desarrollo de esta arquitectura dejan traslucir su capacidad para modelar agentes sociales cognitivos capaces de interactuar de forma personalizada entre ellos para la satisfacción de metas. Los nuevos componentes y mecanismos de la arquitectura han permitido conjugar y enriquecer los comportamientos reactivo-deliberativos de la arquitectura base con comportamientos sociales elaborados.

Integración de tecnologías eye-tracking con vídeos interactivos para neurorrehabilitación cognitiva

La integración de las nuevas tecnologías en el proceso de rehabilitación permite la generación de terapias personalizadas, ubicuas y basadas en la evidencia. Tecnologías como el vídeo interactivo son propicias para el desarrollo de entornos virtuales en los que el paciente se ve inmerso dentro de actividades de la vida diaria en los que tiene que lograr un objetivo ecológico en un contexto seguro, controlado y adaptado a su perfil disfuncional. Dentro de este marco de rehabilitación la interacción visual paciente-entorno virtual se entiende como el mecanismo de comunicación principal, siendo además la atención visual un reflejo del estado cognitivo del paciente. El trabajo presentado en este artículo permite la integración de un sistema de eye-tracking con un entorno de neurorrehabilitación basado en vídeo interactivo. El objetivo último del sistema es la monitorización en tiempo real de la atención visual del usuario durante el proceso de neurorrehabilitación. Esta monitorización permite no sólo reproducir la ejecución de la actividad junto con el foco de la mirada, sino también detectar faltas de atención por parte del usuario, que permiten al vídeo interactivo reaccionar y adaptar la presentación de estímulos para ayudar a centrar su atención y así completar el objetivo de la actividad.

Desarollo de un sistema interactivo para estimulación cognitiva en HTML5

En España hay más de 115.500 personas que padecen Parkinson. Esto la convierte en la segunda enfermedad neurodegenerativa más común, por detrás del Alzheimer. La mayoría de los enfermos se encuentran en edades comprendidas entre los 50 y los 80 años, lo que unido al incremento de la esperanza de vida hace que se prevea un incremento del número de enfermos de Parkinson en pocos años. El Parkinson es un desorden crónico y degenerativo que afecta a la parte del cerebro encargada del sistema motor, es decir, la encargada de coordinar la actividad, el tono muscular y los movimientos, así como a las capacidades cognitivas. Esta patología crónica, de momento, no tiene cura. A los pacientes se les aplican tratamientos farmacológicos para frenar la progresión de la enfermedad. Además, se aplican terapias adicionales como la fisioterapia, la logopedia, la musicoterapia, la estimulación cognitiva o la terapia ocupacional. El uso de las Tecnologías de la Información y Comunicaciones en el campo de la estimulación cognitiva permite que personas con deterioro cognitivo puedan realizar sesiones de estimulación desde su domicilio de forma remota, complementando las terapias individuales y/o grupales que haya indicado el terapeuta. Además, evita desplazamientos hasta el centro de atención, que en ocasiones pueden ser difíciles de efectuar por encontrarse en lugares alejados o por problemas de movilidad del afectado. Asimismo, el uso de este tipo tecnología permite que los resultados de los ejercicios realizados por los pacientes se puedan almacenar para que el terapeuta los pueda analizar en cualquier momento y de esta manera ir adecuando la terapia. Finalmente, la plataforma que se propone cuenta con el valor añadido de permitir la interactividad con los terapeutas y la posibilidad de adaptar los ejercicios a cada paciente, según las necesidades que presente cada uno. SUMMARY. In Spain, there are more than 115.500 people with Parkinson disease. Due to this, it is the second most common neurodegenerative disease, only behind Alzheimer's disease. Most patients have ages between 50 and 80 years of age, which together with the increase in life expectancy to provide an increase in the number of patients with Parkinson's in a few years. Most patients have aged between 50 and 80 years old, which together with the increase of life expectancy provide a growth in the number of people with Parkinson’s in a few years. Parkinson's is a chronic and degenerative disorder that affects the part of the brain responsible for the motor system, i.e., responsible for coordinating activity, muscle tone and movements, as well as cognitive abilities. Nowadays, this chronic pathology has no cure. Pharmacological treatments are applied to patients for slowing down the advance of this disease. In addition, there are additional therapies such as physiotherapy, speech therapy, music therapy, cognitive stimulation or occupational therapy. The use of the Information Technologies and Communications in the field of cognitive stimulation allows people with cognitive impairment may carry out stimulation sessions in their home remotely, complementing individual therapies or group therapies provided by the therapist. This minimizes trips to the attention center, which sometimes can be difficult due to they live in remote places or they are mobility-reduced people. In addition, the use of such technology allows that the results of the exercises personalized by patients can store so that the therapist can analyze them at any time and therefore he or she adapts the therapy. Finally, the proposed platform brings the added value of allowing interaction with the therapists and the possibility of adapting the exercises to each patient according to his or her needs.

Arquitectura cognitiva híbrida para la navegación autónoma de UAVs mediante mapas topológicos visuales

El objetivo fundamental de la presente tesis doctoral es el diseño de una arquitectura cognitiva, que pueda ser empleada para la navegación autónoma de vehículos aéreos no tripulados conocidos como UAV (Unmanned Aerial Vehicle). Dicha arquitectura cognitiva se apoya en la definición de una librería de comportamientos, que aportarán la inteligencia necesaria al UAV para alcanzar los objetivos establecidos, en base a la información sensorial recopilada del entorno de operación. La navegación autónoma del UAV se apoyará en la utilización de un mapa topológico visual, consistente en la definición de un grafo que engloba mediante nodos los diferentes landmarks ubicados en el entorno, y que le servirán al UAV de guía para alcanzar su objetivo. Los arcos establecidos entre los nodos del mapa topológico, le proporcionarán de la información necesaria para establecer el rumbo más adecuado para alcanzar el siguiente landmark a visitar, siguiendo siempre una secuencia lógica de navegación, basada en la distancia entre un determinado landmark con respecto al objetivo final ó landmark destino. La arquitectura define un mecanismo híbrido de control, el cual puede conmutar entre dos diferentes modos de navegación. El primero es el denominado como Search Mode, el cual se activará cuando el UAV se encuentre en un estado desconocido dentro del entorno, para lo cual hará uso de cálculos basado en la entropía para la búsqueda de posibles landmarks. Se empleará como estrategia novedosa la idea de que la entropía de una imagen tiene una correlación directa con respecto a la probabilidad de que dicha imagen contenga uno ó varios landmarks. De esta forma, la estrategia para la búsqueda de nuevos landmarks en el entorno, se basará en un proceso continuo de maximización de la entropía. Si por el contrario el UAV identifica la existencia de un posible landmark entre los definidos en su mapa topológico, se considerará que está sobre un estado conocido, por lo que se conmutará al segundo modo de navegación denominado como Homing Mode, el cual se encargará de calcular señales de control para la aproximación del UAV al landmark localizado. Éste último modo implementa un control dual basado en dos tipos de controladores (FeedForward/FeedBack) que mediante su combinación, aportarán al UAV señales de control cada vez más óptimas, además de llevar a cabo un entrenamiento continuo y en tiempo real. Para cumplir con los requisitos de ejecución y aprendizaje en tiempo real de la arquitectura, se han tomado como principales referencias dos paradigmas empleados en diferentes estudios dentro del área de la robótica, como son el paradigma de robots de desarrollo (developmental robots) basado en un aprendizaje del robot en tiempo real y de forma adaptativa con su entorno, así como del paradigma de modelos internos (internal models) basado en los resultados obtenidos a partir de estudios neurocientíficos del cerebelo humano; dicho modelo interno sirve de base para la construcción del control dual de la arquitectura. Se presentarán los detalles de diseño e implementación de los diferentes módulos que componen la arquitectura cognitiva híbrida, y posteriormente, los diferentes resultados obtenidos a partir de las pruebas experimentales ejecutadas, empleando como UAV la plataforma robótica aérea de AR.Drone. Como resultado final se ha obtenido una validación completa de la arquitectura cognitiva híbrida objetivo de la tesis, cumplimento con la totalidad de requisitos especificados y garantizando su viabilidad como aplicación operativa en el mundo real. Finalmente, se muestran las distintas conclusiones a las cuales se ha llegado a partir de los resultados experimentales, y se presentan las diferentes líneas de investigación futuras que podrán ser ejecutadas.

Servicio ubicuo de estimulación cognitiva orientado a personas con enfermedad de Parkinson

Este trabajo de investigación detalla el diseño y evaluación de un servicio de e-salud cuyo objetivo es mejorar la estimulación y seguimiento de personas con un trastorno cognitivo. Con este fin, se ha desarrollado un protocolo de transferencia de mensajes que facilita la provisión de un servicio telemático para personas afectadas de Parkinson, pudiendo así realizar estimulación cognitiva personalizada, de forma ubicua, mediante un dispositivo fácil de usar como un tablet Android. Asimismo, este servicio permite a los terapeutas adaptar y monitorizar de forma segura la terapia, vía web, beneficiándose así de una mejor calidad en el seguimiento efectivo de cada paciente. El sistema ha sido evaluado satisfactoriamente durante tres meses con 10 pacientes entre 59 y 77 años. La solución resultante es fácilmente integrable con otras terapias complementarias y puede ser adaptada para otros deterioros cognitivos, como el debido a la enfermedad de Alzheimer o el deterioro cognitivo leve.

Una architettura come me. Sobre la Arquitectura de Ignacio Vicens y José Antonio Ramos = Una architettura come me. On the Architecture of Ignacio Vicens y José Antonio Ramos

The architecture of Vicens and Ramos holds a privileged position within the Spanish architecture of the last few years, due to their outstanding resolution of the architectural project. Each project has posed a creative challenge for them that has resulted in unique works, with great pedagogical value for other architects. In this monograph, a selection of their most emblematic work is shown, including Las Matas, Faculty at the University of Navarra, the Church at Rivas and Coliseum of the Three Cultures among others. The project documentation is exceptionally thorough, with plans and images of all sections, from many angles. There is also an interview with Ignacio Vicens, writings from friends and colleagues, and images that reflect the professional and human aspects of this architect and professor at the Architecture School in Madrid. In English and Spanish, this book is of a seriously high standard.

Una architettura come me (sobre la arquitectura de César Ruiz-Larrea)

Una architettura come me (sobre la arquitectura de César Ruiz-Larrea): VIVIENDA EN EL HIERRO, OFICINAS EN ALCALA GALIANO, LAS PIRAMIDES DE GÜIMAR, CANAL PLUS, UN ARQUITECTO EN SAZON

Andrea Branzi y la “Città senza architettura”: De la No-Stop City a los modelos de urbanización débil

El tema de estudio de esta tesis son las propuestas urbanas que Andrea Branzi ha desarrollado durante los últimos cincuenta años, centrándose especialmente en aquellas más elaboradas y completas: la No-Stop City (1970-71), que elabora como miembro del grupo radical Archizoom, y dos de sus modelos de urbanización débil, Agronica (1995) y el Master Plan para el Strijp Philips de Eindhoven (2000). Se trata de una parte de su obra que ha mantenido constante, a lo largo del tiempo, una propuesta de disolución de la arquitectura de notable consistencia que puede describirse con la fórmula “città senza architettura”, acuñada por él mismo. Una voluntad que ya se apunta en la muy variada producción de Archizoom previa a la No-Stop City, y que cristaliza y se hace explícita en este proyecto que aspiraba a: “liberar al hombre de la arquitectura”. A pesar de la continuidad de esta idea en el tiempo, la ciudad sin arquitectura de Branzi ha evolucionado claramente dando lugar a distintos tipos de disolución. Una disolución que, obviamente, no supone la efectiva desaparición de la disciplina, sino la formulación de una arquitectura “otra” basada en un replanteamiento radical de la naturaleza y el papel de la misma. Esta agenda contra la disciplina se ha desplegado a través de una serie de temas que socavan el objeto arquitectónico canónico (su vaciamiento expresivo, la pérdida de importancia de la envolvente y la forma acabada, el carácter anticompositivo, la independencia entre forma y función, la mutabilidad en el tiempo…), pero va más allá al poner en crisis el rol que la propia arquitectura ha tenido en la configuración material, política y simbólica del hábitat humano. Una pérdida de protagonismo y centralidad en la sociedad contemporánea que, en el discurso del arquitecto, implica necesariamente un papel subordinado. De este proceso de disolución surge un nuevo tipo de ciudad en la que la forma urbana o se ha perdido o se ha convertido en superflua, en la que se ha disuelto la zonificación funcional, cuyos espacios interiores se hallan en un proceso de permanente reprogramación que ignora las tipologías, que trasciende la división entre lo urbano y lo agrícola y que es, ante todo, un espacio de flujos y servicios. La crisis de la ciudad tradicional implica, en definitiva, un cambio en la naturaleza misma de lo urbano que pasa de considerarse un lugar físico y construido, a convertirse en una condición inmaterial y virtualmente omnipresente que se despliega independientemente de su soporte físico. En las investigaciones urbanas de Branzi convergen, además, muchas de las reflexiones que el arquitecto ha desarrollado sobre, y desde, las distintas “escalas” de la actividad profesional: diseño, arquitectura y urbanismo. Estas propuestas no sólo cuestionan las relaciones establecidas entre objetos, edificios, ciudades y territorios sino que ponen en cuestión estas mismas categorías. Unas ciudades sin arquitectura que se basan, en última instancia, en plantear preguntas que son muy sencillas y, por otra parte, eternas: ¿Qué es un edificio? ¿Qué es una ciudad? ABSTRACT The subject of study of this thesis are the urban proposals developed by Andrea Branzi over the last fifty years, with a special focus on the more developed and comprehensive ones: the No- Stop City (1970-1971), produced as a member of the architettura radicale group Archizoom, and two of his “weak urbanization models”: Agronica (1995) and the Master Plan for Philips Strijp in Eindhoven (2000). This area of his work has kept, over time, a remarkably consistent proposal for the dissolution of architecture that can be described with the motto città senza architettura (city without architecture), coined by himself. A determination, already latent in the very diverse production of Archizoom prior to No-Stop City, that crystallizes and becomes explicit in this project which was aimed to "liberate man from the architecture." Despite the continuity of this idea over time, Branzi’s city without architecture has clearly evolved leading to different types of dissolution. A dissolution that, obviously, does not mean the effective demise of the discipline, but rather, the formulation of an architecture autre based on a radical rethinking of its nature and role. This agenda against the discipline has been developed through a number of issues that undermine the canonical architectural object (its expressive emptying, the loss of importance of the envelope and the finished shape, the anticompositional character, the independence between form and function, the mutability over time...), but goes beyond it by putting into crisis the role that architecture itself has had in the material, political and symbolic configuration of the human habitat. A loss of prominence and centrality in contemporary society that, in the architect’s discourse, implies a subordinate role. From this dissolution process, a new type of city arises: a city where urban form has been lost or has become superfluous, in which functional zoning has dissolved, whose interiors are in a permanent process of reprogramming that ignores typologies, that transcends the division between urban and agricultural and becomes, above all, a space of flows and services. Ultimately, the crisis of the traditional city implies a change in the very nature of the urban that moves from being regarded as a physical and built place, to become an immaterial and virtually omnipresent condition that unfolds regardless of its physical medium. Many of the ideas Branzi has developed on, and from, the different "scales" of professional activity (design, architecture and urbanism) converge in his urban research. These proposals not only question the relations between objects, buildings, cities and territories but also these very categories. Cities without architecture that are based, ultimately, on raising simple questions that are, on the other hand, eternal: What is a building? What is a city?