Formal methods for control synthesis in partially observed environments : application to autonomous robotic manipulation

Modern robots are increasingly expected to function in uncertain and dynamically challenging environments, often in proximity with humans. In addition, wide scale adoption of robots requires on-the-fly adaptability of software for diverse application. These requirements strongly suggest the need to adopt formal representations of high level goals and safety specifications, especially as temporal logic formulas. This approach allows for the use of formal verification techniques for controller synthesis that can give guarantees for safety and performance. Robots operating in unstructured environments also face limited sensing capability. Correctly inferring a robot's progress toward high level goal can be challenging.

This thesis develops new algorithms for synthesizing discrete controllers in partially known environments under specifications represented as linear temporal logic (LTL) formulas. It is inspired by recent developments in finite abstraction techniques for hybrid systems and motion planning problems. The robot and its environment is assumed to have a finite abstraction as a Partially Observable Markov Decision Process (POMDP), which is a powerful model class capable of representing a wide variety of problems. However, synthesizing controllers that satisfy LTL goals over POMDPs is a challenging problem which has received only limited attention.

This thesis proposes tractable, approximate algorithms for the control synthesis problem using Finite State Controllers (FSCs). The use of FSCs to control finite POMDPs allows for the closed system to be analyzed as finite global Markov chain. The thesis explicitly shows how transient and steady state behavior of the global Markov chains can be related to two different criteria with respect to satisfaction of LTL formulas. First, the maximization of the probability of LTL satisfaction is related to an optimization problem over a parametrization of the FSC. Analytic computation of gradients are derived which allows the use of first order optimization techniques.

The second criterion encourages rapid and frequent visits to a restricted set of states over infinite executions. It is formulated as a constrained optimization problem with a discounted long term reward objective by the novel utilization of a fundamental equation for Markov chains - the Poisson equation. A new constrained policy iteration technique is proposed to solve the resulting dynamic program, which also provides a way to escape local maxima.

The algorithms proposed in the thesis are applied to the task planning and execution challenges faced during the DARPA Autonomous Robotic Manipulation - Software challenge.

Educação ambiental na educação formal: do paradigma moderno ao paradigma da complexidade

A educação ambiental vem sendo disseminada por grande parte das escolas do país, conforme atestam pesquisas oficiais, mas uma lenta transformação a acompanha no que diz respeito à mudança dos princípios do modelo de desenvolvimento industrial, que enfatiza o consumismo como estratégia de reprodução. Ao mesmo tempo em que as pesquisas sugerem uma ampliação da consciência ambiental da sociedade como um todo, percebe-se um acirramento dos problemas socioambientais e soluções sendo alcançadas em escala inferior ao patamar considerado desejado. Onde estaria, então, o problema? Qual a razão desta possível defasagem educação ambiental x resultados? Foi com o intuito de responder a estas perguntas que essa tese foi realizada. Parte-se de uma percepção de que a Educação Ambiental praticada na escola reflete e acentua o paradigma moderno hegemônico, que se baseia em uma concepção dualista homem / natureza, em que uma está a serviço do outro, sem promover o questionamento sobre os desdobramentos da adoção dos valores da sociedade de consumo no desequilíbrio da vida no planeta. Essa dicotomia entre cultura e natureza, sociedade e ciência, sujeito e objeto se reflete na busca de soluções parciais, incompletas, visando-se apenas a uma parte do problema socioambiental, que não é visto como um sistema complexo. A educação ambiental realizada nessas bases dificulta a reunião das condições necessárias à mudança das estruturas da atual sociedade brasileira e à busca das soluções dos seus problemas socioambientais. Nessa perspectiva, esse trabalho objetiva criar subsídios para um caminho para a educação ambiental que possa contribuir para uma visão complexa da realidade e dos problemas socioambientais, na busca de soluções mais abrangentes. Para isto procura entender: a) como a teoria da complexidade poderia colaborar para esta mudança; b) em quais modelos práticos e teóricos a Educação Ambiental se dá no Brasil, ou seja, quais as diversas tendências da educação ambiental brasileira; e c) como esses modelos se expressam nas práticas dos professores analisando-se artigos publicados em anais de seminários, congressos e/ou encontros sobre o tema.

Formal methods in the foundations of science

The intent of this study is to provide formal apparatus which facilitates the investigation of problems in the methodology of science. The introduction contains several examples of such problems and motivates the subsequent formalism.

A general definition of a formal language is presented, and this definition is used to characterize an individual’s view of the world around him. A notion of empirical observation is developed which is independent of language. The interplay of formal language and observation is taken as the central theme. The process of science is conceived as the finding of that formal language that best expresses the available experimental evidence.

To characterize the manner in which a formal language imposes structure on its universe of discourse, the fundamental concepts of elements and states of a formal language are introduced. Using these, the notion of a basis for a formal language is developed as a collection of minimal states distinguishable within the language. The relation of these concepts to those of model theory is discussed.

An a priori probability defined on sets of observations is postulated as a reflection of an individual’s ontology. This probability, in conjunction with a formal language and a basis for that language, induces a subjective probability describing an individual’s conceptual view of admissible configurations of the universe. As a function of this subjective probability, and consequently of language, a measure of the informativeness of empirical observations is introduced and is shown to be intuitively plausible – particularly in the case of scientific experimentation.

The developed formalism is then systematically applied to the general problems presented in the introduction. The relationship of scientific theories to empirical observations is discussed and the need for certain tacit, unstatable knowledge is shown to be necessary to fully comprehend the meaning of realistic theories. The idea that many common concepts can be specified only by drawing on knowledge obtained from an infinite number of observations is presented, and the problems of reductionism are examined in this context.

A definition of when one formal language can be considered to be more expressive than another is presented, and the change in the informativeness of an observation as language changes is investigated. In this regard it is shown that the information inherent in an observation may decrease for a more expressive language.

The general problem of induction and its relation to the scientific method are discussed. Two hypotheses concerning an individual’s selection of an optimal language for a particular domain of discourse are presented and specific examples from the introduction are examined.

A facultatividade da concordância: português formal real versus gramática escolar

No ensino de língua nacional, concordância é um dos tópicos em cujo aprendizado observa dificuldade por parte dos discentes, principalmente pelo grande número de regras facultativas das gramáticas, que muitas vezes não levam em conta o uso formal real da língua. Este trabalho visa a descrever esse uso, a partir da observação de um corpus do caderno opinião de jornais de grande circulação, confrontando os resultados com as prescrições da norma gramatical escolar, a fim de separar, em tais prescrições, a parte aproveitável da não coincidente com a realidade do corpus, se for o caso. Pretende-se, dessa forma, contribuir para a boa qualidade do ensino da língua portuguesa nos níveis fundamental e médio, especificamente no que se refere à concordância

THE AINU LANGUAGES: TRADITIONAL RECONSTRUCTION, EURASIAN AREAL LINGUISTICS, AND DIACHRONIC (HOLISTIC) TYPOLOGY

El objetivo principal de esta tesis doctoral es, en primer lugar, ofrecer una reconstrucción alternativa del protoainu para, en segundo lugar, aplicar conceptos de tipología diacrónicaholística con el fin de discernir algún patrón evolutivo que ayude a responder a la pregunta:¿por qué la lengua ainu es como es en su contexto geolingüístico (lengua AOV con prefijos),cuando en la región euroasiática lo normal es encontrar el perfil 'lengua AOV con sufijos'? En suma, se trata de explorar las posibilidades que ofrece la tipología diacrónica holística,combinada con métodos más tradicionales, en la investigación de las etapas prehistóricas delenguas aisladas, es decir, sin parientes conocidos, como el ainu, el vasco, el zuñi o elburushaski. Este trabajo se divide en tres grandes bloques con un total de ocho capítulos, unapéndice con las nuevas reconstrucciones protoainúes y la bibliografía.El primer bloque se abre con el capítulo 1, donde se hace una breve presentación delas lenguas ainus y su filología. El capítulo 2 está dedicado a la reconstrucción de la fonologíaprotoainu. La reconstrucción pionera pertenece a A. Vovin (1992), que de hecho sirve comobase sobre la que ampliar, corregir o modificar nuevos elementos. En el capítulo 3 se describela morfología histórica de las lenguas ainus. En el capítulo 4 se investiga esta opción dentrode un marco más amplio que tiene como objetivo analizar los patrones elementales deformación de palabras. El capítulo 5, con el que se inicia el segundo bloque, da cabida a lapresentación de una hipótesis tipológica diacrónica, a cargo de P. Donegan y D. Stampe, conla que especialistas en lenguas munda y mon-khmer han sido capaces de alcanzar unreconstrucción del protoaustroasiático según la cual el tipo aglutinante de las lenguas mundasería secundario, frente al original monosilábico de las lenguas mon-khmer. En el capítulo 6se retoma la perspectiva tradicional de la lingüística geográfica, pero no se olvidan algunas delas consideraciones tipológicas apuntadas en el capítulo anterior (el hecho de que la hipótesisde Donegan y Stampe no funcione con el ainu no significa que la tipología diacrónica nopueda ser todavía de utilidad). En el capítulo 7 se presentan algunas incongruencias queresultan tras combinar las supuestas evidencias arqueológicas con el escenario lingüísticodescrito en capítulos anteriores. Las conclusiones generales se presentan en el capítulo 8. Elapéndice es una tabla comparativa con las dos reconstrucciones disponibles a fecha de hoypara la lengua protoainu, es decir, las propuestas por A. Vovin en su estudio seminal de 1992y en el capítulo 3 de la presente tesis. Dicha tabla incluye 686 reconstrucciones (puedehacerse una sencilla referencia cruzada con Vovin, puesto que ambas están ordenadasalfabéticamente).

Proficiency, Attitude and Conventions in Minority Languages

In this paper we study a simple mathematical model of a bilingual community in which all agents are f luent in the majority language but only a fraction of the population has some degree of pro ficiency in the minority language. We investigate how different distributions of pro ficiency, combined with the speaker´attitudes towards or against the minority language, may infl uence its use in pair conversations.

Vozes na colônia: um estudo discursivo do dicionário geral de língua

Como gênero, o dicionário inscreve-se na sociedade entre as obras de autoridade, que servem como referência para a construção dos mais diferentes gêneros. Além disso, encerra um discurso pedagógico, já que, por meio das definições, consulentes partilham do conhecimento detido pelo lexicógrafo. O dicionário é também um gênero múltiplo, formado por diferentes subgêneros, como o verbete e os textos de abertura (prefácio, apresentação, detalhamento). Espécie de colônia, que agrega outros textos, define-se também por suas características formais bem marcadas, como a alfabetação e a composição por verbetes. Múltiplo por sua própria natureza e sujeito ao dialogismo da enunciação, o dicionário é atravessado por muitas vozes e enunciadores, não apenas os próprios redatores, mas também outras obras de referência, técnicas ou de outras línguas. Essas vozes são costuradas pelo dicionarista, figura do discurso que gerencia os enunciados, envoltos na expectativa da neutralidade da descrição isenta. É nosso grande interesse observar em termos práticos quais são as fronteiras entre o discurso aparentemente isento que se pretende que o dicionário tenha e as brechas de onde emergem outras vozes que povoam essa colônia. Para buscá-las, valemo-nos basicamente dos estudos de polifonia de Ducrot, da noção de ethos de Maingueneau e Charaudeau e das formas de modalização que Castilho e Castilho (2002) arrolaram em seu estudo sobre os advérbios na Gramática do português falado, volume II. Por meio da pesquisa reversa com base nos termos modalizadores de Castilho e Castilho no Dicionário Aurélio da língua portuguesa (DALP, 2010) e no Dicionário Houaiss da língua portuguesa (DHLP, 2009), buscamos partir da definição para as entradas, identificando os enunciadores que se mostram ou se escondem, afiançam ou refutam, negam ou afirmam uma proposição. Por meio dessas ocorrências, podemos chegar a enunciados postos e pressupostos e explorar diferentes aspectos da enunciação, desnudando parte das vozes que povoam essa colônia

Discriminating languages in bilingual contexts: the impact of orthographic markedness

Does language-specific orthography help language detection and lexical access in naturalistic bilingual contexts? This study investigates how L2 orthotactic properties influence bilingual language detection in bilingual societies and the extent to which it modulates lexical access and single word processing. Language specificity of naturalistically learnt L2 words was manipulated by including bigram combinations that could be either L2 language-specific or common in the two languages known by bilinguals. A group of balanced bilinguals and a group of highly proficient but unbalanced bilinguals who grew up in a bilingual society were tested, together with a group of monolinguals (for control purposes). All the participants completed a speeded language detection task and a progressive demasking task. Results showed that the use of the information of orthotactic rules across languages depends on the task demands at hand, and on participants' proficiency in the second language. The influence of language orthotactic rules during language detection, lexical access and word identification are discussed according to the most prominent models of bilingual word recognition.

Abeje Dayo: um ensaio epistemológico-político sobre a democracia na escola pública estadual

O presente trabalho de pesquisa trata da democracia na escola pública estadual do Rio de Janeiro. Dentro de tema tão vasto, prioriza experiências de participação política e controle do Estado pelo cidadão dentro do ambiente escolar e, especialmente, de democracia cognitiva em sala de aula. Esta dissertação é resultado da observação participante em distintas escolas públicas onde o autor lecionou. Nesses espaços, onde a atuação de professor e pesquisador coexistiram, recolheu casos e experiências significativas relacionadas à democracia ou a sua negação pelo autoritarismo, nos dois recortes acima mencionados. Aqui estão cinco destes casos. Dentre eles, em maior destaque, está uma experiência com o uso das linguagens artísticas e seus resultados na democratização da construção do conhecimento em sala de aula. Influenciado pela força deste caso e pelo potencial percebido nas decorrentes pesquisas e reflexões teóricas a seu respeito, o autor opta por empreender uma pesquisa exploratória de linguagem, conduzindo-o a experimentar uma escrita alternativa ao padrão corrente de redação científica. Com claro ímpeto ensaístico, o trabalho é desenvolvido em um diálogo entre professoras-pesquisadoras da escola pública, pretendo ao formato teatral. Para o seu enfrentamento e embasamento teórico, a pesquisa está estruturada principalmente em torno de cinco autores: Inês Barbosa de Oliveira para os estudos da metodologia do campo do cotidiano escolar; Marilena Chauí para os estudos da cultura política brasileira; Paulo Freire, Augusto Boal e Boaventura de Sousa Santos para os estudos de democracia e epistemologia

A produção do conhecimento socialmente robusto no contexto da educação e do trabalho: inserção de moradores em comunidades do Rio de Janeiro no mercado de trabalho formal

O presente trabalho tem por objetivo analisar o processo de inserção de pessoas de baixa renda moradoras em comunidades do Rio de Janeiro no mercado de trabalho formal, alunos e egressos dos cursos da Educação Profissional oferecidos no âmbito do Programa SESI Cidadania (PSC), implantado pela Federação das Indústrias do Rio de Janeiro (FIRJAN), em 12 de agosto de 2010, por meio do acordo de cooperação com o Governo do Estado do Rio de Janeiro. O objetivo do programa é levar projetos sociais para as comunidades com Unidade de Polícia Pacificadora (UPP); dentre eles, projetos educacionais com oferta gratuita de cursos na modalidade Qualificação Profissional, respaldada no Decreto n 6.635, de 5 de novembro de 2008. Por conseguinte, este estudo visa a propor iniciativas no sentido de facilitar o ingresso e a permanência dessas pessoas no mercado de trabalho formal e a geração de trabalho e renda. A experiência da autora com processos de inserção de alunos e egressos de cursos da Educação Profissional oferecidos pelo Programa SESI Cidadania sinaliza que as dificuldades enfrentadas por moradores das comunidades do Rio de Janeiro estão relacionadas às condições históricas, sociais, econômicas e culturais. Diante dessa problemática, adotamos a seguinte hipótese: as competências comportamentais, dos moradores das comunidades do Rio de Janeiro interferem na sua inserção no mercado de trabalho formal. Nesse aspecto, o foco de investigação foi verificar as competências observadas pelos profissionais de recursos humanos que interferem na inserção e permanência desses egressos nas empresas. Adotamos o conceito de competências entendido por Joel Souza Dutra (2001) bem como por alguns teóricos da Administração, que o definem como um conjunto de conhecimentos, habilidades e atitudes necessárias para que a pessoa desenvolva suas atribuições e responsabilidades. O recorte empírico se constituiu de dez empresas de pequeno, médio e grande porte sediadas na Região Metropolitana do Rio de Janeiro. A abordagem metodológica incluiu pesquisa de campo com base em dados de entrevistas semiestruturadas, sendo incorporada a técnica de análise de relato verbal. Formulamos um questionário para realização de entrevistas semidirigidas com profissionais de Recursos Humanos e dirigentes de empresas as quais nos permitiram identificar os fatores que interferem na inserção dessas pessoas no mercado de trabalho formal. As conclusões apontam dificuldades de inserção e permanência de moradores das comunidades do Rio de Janeiro no mercado de trabalho formal por aspectos relacionados à formação educacional básica, e sobretudo a competências comportamentais desenvolvidas no contexto sociocultural no qual estão inseridos, as quais se encontram desassociadas das competências comportamentais demandadas pelo mercado de trabalho formal. A relevância da pesquisa consiste na possibilidade de subsidiar a formulação de políticas públicas da Educação e do trabalho destinadas à formação profissional de pessoas de baixa renda moradoras das comunidades do Rio de Janeiro para geração de trabalho e renda.

Os gêneros digitais no livro didático de língua portuguesa

Este trabalho de pesquisa tem dois objetivos principais: o primeiro diz respeito a avaliar, em livros didáticos, indicados pelos professores do Estado do Piauí, Teresina, a abordagem proposta neles acerca dos gêneros digitais, tendo em vista a grande disseminação da tecnologia da informação e comunicação nas últimas décadas. Para tanto, propõe-se um acurado levantamento dos livros didáticos, do 6 ao 9 ano, verificando a incidência de gêneros discursivos digitais e não digitais nos diferentes livros analisados. Buscou-se entender os critérios de como são apresentados, bem como o tratamento dado ao gênero, cotejando a forma de abordagem proposta para os gêneros denominados digitais a outros gêneros predominantes na abordagem dos diferentes livros. Das quatro coleções analisadas, percebeu-se uma abordagem mais formalizada não só do ponto de vista da estrutura, mas também do ponto de vista dos recursos linguísticos que compõem os diferentes gêneros não digitais. Em contrapartida, pôde-se verificar uma incidência muito restrita de abordagem dos gêneros digitais. Os resultados nos levam a postular que esses são pouco frequentes nos livros didáticos mais adotados no estado e, quando são apresentados, há uma abordagem voltada somente para a sua estrutura, de forma metalinguística, sem preocupação com o uso social dos recursos utilizados nos gêneros digitais. Tal perspectiva nos levou ao segundo objetivo: propor a apresentação de uma sequência didática, cujo gênero central são os gêneros digitais, atendendo às habilidades e competências 1 e 9 do ENEM Exame Nacional do Ensino Médio. Neste sentido essas competências e habilidades visam a identificar as diferentes linguagens veiculadas na mídia; conhecer e dominar os recursos expressivos como caracterizadores dos sistemas de comunicação e informação, além de reconhecer a função social da linguagem, como também o impacto das ferramentas tecnológicas na vida pessoal e profissional. Estas habilidades e competências usam os dois pilares fundamentais: a função social do gênero e a aplicação do seu uso. A proposta apresentada baseia-se em uma concepção sóciohistórica de língua, considerando a importância de uma conscientização dos cidadãos, jovens em idade escolar, da importância social dos recursos tecnológicos, bem como a necessidade de ampliação do uso em uma sociedade multissemiótica