On the Design of a Boolean-network Robot Swarm: Collective Recognition of Ground Patterns.

Uno dei principali ambiti di ricerca dell’intelligenza artificiale concerne la realizzazione di agenti (in particolare, robot) in grado di aiutare o sostituire l’uomo nell’esecuzione di determinate attività. A tal fine, è possibile procedere seguendo due diversi metodi di progettazione: la progettazione manuale e la progettazione automatica. Quest’ultima può essere preferita alla prima nei contesti in cui occorra tenere in considerazione requisiti quali flessibilità e adattamento, spesso essenziali per lo svolgimento di compiti non banali in contesti reali. La progettazione automatica prende in considerazione un modello col quale rappresentare il comportamento dell’agente e una tecnica di ricerca (oppure di apprendimento) che iterativamente modifica il modello al fine di renderlo il più adatto possibile al compito in esame. In questo lavoro, il modello utilizzato per la rappresentazione del comportamento del robot è una rete booleana (Boolean network o Kauffman network). La scelta di tale modello deriva dal fatto che possiede una semplice struttura che rende agevolmente studiabili le dinamiche tuttavia complesse che si manifestano al suo interno. Inoltre, la letteratura recente mostra che i modelli a rete, quali ad esempio le reti neuronali artificiali, si sono dimostrati efficaci nella programmazione di robot. La metodologia per l’evoluzione di tale modello riguarda l’uso di tecniche di ricerca meta-euristiche in grado di trovare buone soluzioni in tempi contenuti, nonostante i grandi spazi di ricerca. Lavori precedenti hanno gia dimostrato l’applicabilità e investigato la metodologia su un singolo robot. Lo scopo di questo lavoro è quello di fornire prova di principio relativa a un insieme di robot, aprendo nuove strade per la progettazione in swarm robotics. In questo scenario, semplici agenti autonomi, interagendo fra loro, portano all’emergere di un comportamento coordinato adempiendo a task impossibili per la singola unità. Questo lavoro fornisce utili ed interessanti opportunità anche per lo studio delle interazioni fra reti booleane. Infatti, ogni robot è controllato da una rete booleana che determina l’output in funzione della propria configurazione interna ma anche dagli input ricevuti dai robot vicini. In questo lavoro definiamo un task in cui lo swarm deve discriminare due diversi pattern sul pavimento dell’arena utilizzando solo informazioni scambiate localmente. Dopo una prima serie di esperimenti preliminari che hanno permesso di identificare i parametri e il migliore algoritmo di ricerca, abbiamo semplificato l’istanza del problema per meglio investigare i criteri che possono influire sulle prestazioni. E’ stata così identificata una particolare combinazione di informazione che, scambiata localmente fra robot, porta al miglioramento delle prestazioni. L’ipotesi è stata confermata applicando successivamente questo risultato ad un’istanza più difficile del problema. Il lavoro si conclude suggerendo nuovi strumenti per lo studio dei fenomeni emergenti in contesti in cui le reti booleane interagiscono fra loro.

Assessment of the resilience of coral reefs to natural and human disturbances by means of recruitment panels in Indo-Pacific

Indo-Pacific region encompasses about 75% of world's coral reefs, but hard coral cover in this region experienced a 32% region-wide decline since 1970s. This great change is primarily ascribable to natural and anthropogenic pressures, including climate change and human activities effects. Coral reef conservation requires management strategies oriented to maintain their diversity and the capacity to provide ecosystem goods and services. Coral reef resilience, i.e. the capacity to recover after disturbances, is critical to their long-term persistence. The aims of the present study were to design and to test field experiments intended to measure changes in recruitment processes, as a fundamental aspect of the coral reef resilience. Recruitment experiments, using artificial panels suspended in the water column, were carried out in two Indo-Pacific locations affected by different disturbances: a new mine in Bangka Island (Indonesia), and the increased sedimentation due to coastal dynamics in Vavvaru Island (Maldives). One (or more) putatively disturbed site(s) was selected to be tested against 3 randomly selected control sites. Panels’ arrangement simulates 2 proximities to living corals, i.e. the sources of propagules: few centimetres and 2 meters over. Panels were deployed simultaneously at each site and left submerged for about five months. Recruits were identified to the lowest possible taxonomic level and recruited assemblages were analysed in terms of percent cover. In general it was not possible to detect significant differences between the benthic assemblages recruited in disturbed and control sites. The high variability observed in recruits assemblages structure among control sites may be so large to mask the possible disturbance effects. Only few taxa showed possible effects of the disturb they undergo. The field tests have highlighted strengths and weaknesses of the proposed approach and, based on these results, some possible improvements were suggested.