A Floating-point Extended Kalman Filter Implementation for Autonomous Mobile Robots

Localization and Mapping are two of the most important capabilities for autonomous mobile robots and have been receiving considerable attention from the scientific computing community over the last 10 years. One of the most efficient methods to address these problems is based on the use of the Extended Kalman Filter (EKF). The EKF simultaneously estimates a model of the environment (map) and the position of the robot based on odometric and exteroceptive sensor information. As this algorithm demands a considerable amount of computation, it is usually executed on high end PCs coupled to the robot. In this work we present an FPGA-based architecture for the EKF algorithm that is capable of processing two-dimensional maps containing up to 1.8 k features at real time (14 Hz), a three-fold improvement over a Pentium M 1.6 GHz, and a 13-fold improvement over an ARM920T 200 MHz. The proposed architecture also consumes only 1.3% of the Pentium and 12.3% of the ARM energy per feature.

Semantic mapping using mobile robots

Robotic mapping is the process of automatically constructing an environment representation using mobile robots. We address the problem of semantic mapping, which consists of using mobile robots to create maps that represent not only metric occupancy but also other properties of the environment. Specifically, we develop techniques to build maps that represent activity and navigability of the environment. Our approach to semantic mapping is to combine machine learning techniques with standard mapping algorithms. Supervised learning methods are used to automatically associate properties of space to the desired classification patterns. We present two methods, the first based on hidden Markov models and the second on support vector machines. Both approaches have been tested and experimentally validated in two problem domains: terrain mapping and activity-based mapping.

Os robots nas aulas de informática: plataformas e problemas

Desde há alguns anos que vêm sendo desenvolvidas, em vários sítios do mundo, experiências com a utilização de Robots como uma ferramenta educativa, com especial incidência ao nível do Ensino Superior e em alguns casos no Ensino Básico ou Secundário. Neste trabalho de investigação pretende-se fazer uma análise crítica sobre o uso dos robots no ensino da programação nas disciplinas de Informática do Ensino Secundário e disciplina de Inteligência Artificial da Licenciatura do Curso de Engenharia Informática. Com o objectivo de usar o robot como mediador entre o aluno e o ensino da programação, identificamos os conteúdos programáticos das diversas disciplinas do Ensino Secundário e fizemos o levantamento de ferramentas e soluções tecnológicas existentes que pudessem ser aplicadas nas aulas. Como contributo desta investigação pretende-se: (i)disponibilizar uma série de problemas adequados aos vários conteúdos programáticos, para serem utilizados nas salas de aulas; (ii) criar e optimizar ferramentas, mais concretamente plataformas de programação, para os alunos resolverem os problemas através dos robots.

Construindo conhecimento: utilização de robots na aprendizagem de funções

A Escola e o Ensino, através da evolução dos diferentes sistemas que os caracterizaram ao longo dos tempos, tiveram e têm por objectivo não só a transmissão de conhecimentos mas também a preparação dos cidadãos mais jovens para a sua integração na vida social da sua comunidade. A escola atravessa momentos difíceis e os papéis dos intervenientes são questionados diariamente. Tal tem dado origem a alterações e a mudanças na concepção organizacional, de estratégia e de objectivos da escola e do próprio ensino. A profissão docente deixou de ser uma mera transmissão de saber, exigindo-se muito mais ao professor. O seu papel inclui já novas questões, tais como, como ensinar?, como fazer aprender? e como motivar os outros para que queiram aprender? A evolução tecnológica e a sua integração no ensino têm sido das principais fontes para a alteração operada sobre a escola e o seu objectivo. O desenvolvimento das tecnologias de informação e de comunicação (TIC) têm vindo a proporcionar novas formas de comunicar e de transmitir informação. A habilitação profissional para a docência no ensino básico e secundário implica a Prática de Ensino Supervisionado. Para além das planificações e da implementação das metodologias adoptadas visando o processo de ensino-aprendizagem da Matemática ao nível do 10º ano de escolaridade, desenvolvemos um projecto de cariz qualitativo cujo objectivo seria a análise da aplicabilidade da robótica, na sala de aula, enquanto elemento mediador e potenciador do processo de aprendizagem no tema das funções. A revisão bibliográfica demonstra que a robótica tem merecido elogios enquanto factor motivador e elemento que faculta uma conexão entre diversas representações, nomeadamente, os conceitos teóricos e a praticabilidade. O desenvolvimento de diversas actividades com duas turmas do 10º ano de escolaridade, utilizando robots LEGO Minstorms, revelou que a robótica não só é um elemento mediador do processo ensino-aprendizagem mas também, e sobretudo, é um catalisador da motivação, cooperação e envolvência dos alunos, levando-os, numa perspectiva construcionista, a construir conhecimento e a concretizar o simbolismo abstracto presente na Matemática.

Argumentative systems in robots

Nowadays, the development of intelligent agents intends to be more refined, using improved architectures and reasoning mechanisms. Revise the beliefs of an agent is also an important subject, due to the consistency that agents should have about their knowledge. In this work we propose deliberative and argumentative agents using Lego Mindstorms robots, Argumentative NXT BDI-like Agents. These agents are built using the notions of the BDI model and they are capable to reason using the DeLP formalism. They update their knowledge base with their perceptions and revise it when necessary. Two variations are presented: the Single Argumentative NXT BDI-like Agent and the MAS Argumentative NXT BDI-like Agent.

Os robots e a geometria dinâmica no ensino das funções no 7º Ano de Escolaridade: um estudo de caso

Nesta dissertação começo por fazer uma pequena reflexão sobre a minha experiência profissional. Seguindo-se a abordagem teórica que esteve como suporte para o desenvolvimento do meu estudo de caso, implementado nas minhas quatro turmas de 7º ano, num total de 109 alunos. Este estudo, baseou-se na aplicação de duas tarefas na unidade temática das Funções utilizando as tecnologias, nomeadamente, do robot MINDSTORMS® NXT da LEGO® e do software de geometria dinâmica GeoGebra como ferramentas de introdução e consolidação de conteúdos. O propósito desta tese de mestrado centra-se na importância e na relevância da utilização destas tecnologias no ensino da Matemática, no caso específico das Funções no 7º ano. A recolha e análise dos dados para a elaboração desta tese foram baseadas exclusivamente na vivência dos alunos aquando da realização das tarefas propostas, através da grelha de observação diária, da gravação em áudio e vídeo, de fotografias, das fichas de trabalho e dos questionários, visto ter optado por uma investigação qualitativa em que a participação dos intervenientes é fundamental. Foi evidente uma aceitação positiva por parte dos alunos a estas tecnologias. Assim sendo, permitiu-me concluir que realmente a aprendizagem dos mesmos foi significativa visto que a utilização destas ferramentas facilitou a aprendizagem de alguns conceitos abordados na unidade temática das Funções.

Ensino da matemática para a vida: criação de cenários de aprendizagem com recurso a robots

A Matemática para a Vida é uma disciplina dos Currículos Específicos Individuais que pretende ajudar os alunos com Necessidades Educativas Especiais a desenvolver aptidões que aumentem as suas competências pessoais e sociais e que facilitem a sua integração na sociedade. A matriz curricular visa a promoção da autonomia de modo a termos alunos capazes de enfrentar o dia a dia sozinhos. A presente investigação procurou conhecer mais sobre a forma como alunos com Necessidades Educativas Especiais (NEE) aprendem a Matemática para a Vida, de que forma atribuem significados, o que abrangem esses significados e qual o papel dos robots na construção dessa aprendizagem. Utilizou-se uma abordagem qualitativa com recurso à observação participante. O estudo envolveu a criação de um cenário de aprendizagem composto por um robot e elementos com formas geométricas distintas, tendo como participantes duas alunas com NEE. A recolha de dados foi feita por observação direta, registos áudio e vídeo e análise dos trabalhos desenvolvidos pelas alunas. Da análise dos dados concluiu-se que o uso dos robots permitiu uma aproximação da escola às reais necessidades dos alunos com NEE, proporcionando-lhes novas oportunidades de aprendizagem e momentos de descoberta e partilha. Ao trabalharem com o robot, as alunas adquiriram novas competências e, como consequência das suas pequenas conquistas, ganharam mais autonomia, tornando-se capazes de tomar decisões face aos desafios enfrentados. A utilização do robot contribuiu ainda para o estímulo da criatividade, além de ter permitido a construção do conhecimento de acordo com o ritmo individual das alunas, ao possibilitar novas formas de pensar e de aprender.

Contribuição para o estudo da aprendizagem da matemática e da programação em comunidades virtuais de prática com foco no uso de robots como mediadores da aprendizagem

Contribuição para o Estudo da Aprendizagem da Matemática e da Programação em Comunidades Virtuais de Prática com Foco no Uso de Robots como Mediadores da Aprendizagem O propósito deste estudo, desenvolvido no âmbito de um projeto de investigação que envolveu a utilização de robots na aprendizagem colaborativa da Matemática e da Informática através da Web, é analisar e discutir a noção de participação e o processo de construção do conhecimento em comunidades virtuais de prática. O referido projeto foi desenvolvido em três etapas principais. Na primeira, foram selecionadas as ferramentas de comunicação a serem utilizadas. A segunda etapa envolveu a elaboração e contextualização dos problemas-desafio a serem resolvidos pelos grupos virtuais. A terceira e última etapa do projeto compreendeu o registo e a recolha dos dados e informações obtidos nas reuniões virtuais com grupos de alunos do Ensino Secundário e sua posterior análise, utilizando uma abordagem qualitativa de natureza interpretativa, tendo como referencial teórico a teoria da aprendizagem situada de Lave e Wenger e os conceitos subjacentes às comunidades de prática, objetivando com isto melhor compreender os efeitos das tecnologias sobre tais comunidades, bem como as características da aprendizagem realizada em espaços virtuais. A utilização de robots como mediadores da aprendizagem facilitou a exploração de conceitos abstratos fundamentais relativos às áreas da Matemática e da Informática, permitindo com isto que as tarefas de programação necessárias à resolução dos problemas propostos fizessem mais sentido, pelo facto dos resultados obtidos poderem ser concretizados no mundo real.

Os robots na aprendizagem da trignometria

Este trabalho foi elaborado no âmbito do Mestrado de Ensino de Matemática do 3º Ciclo do Ensino Básico e Secundário da Universidade da Madeira, no ano letivo de 2012/2013. Os grandes objetivos deste estudo são os de analisar qualitativamente uma atividade, para compreender como é que os alunos aprendem trigonometria, utilizando os robots NXT da Lego. De igual modo, se procede também, de forma sucinta, à apresentação do trabalho desenvolvido pelo grupo de estágio, ao longo da Prática de Ensino Supervisionado. Para a realização da investigação, foram recolhidos dados pelo investigador, através de registos audiovisuais do trabalho dos alunos, com câmara e vídeo. Com o fim de melhor estudar o problema aqui apresentado, o mesmo foi dissecado em três questões de investigação: (a) Que aprendizagens os alunos realizam com a montagem, programação e interação com os robots? (b) De que forma é que os alunos aprendem trigonometria, quando utilizam os Robots? (c) Quais as dificuldades manifestadas pelos alunos na resolução de problemas? As questões de investigação iluminaram a análise dos dados. Das conclusões que advêm deste estudo destaca-se o papel essencial da robótica e dos materiais manipuláveis, na construção e concetualização do conhecimento dos alunos.

A survey of control architectures for autonomous mobile robots

MEDEIROS, Adelardo A. D.A survey of control architectures for autonomous mobile robots. J. Braz. Comp. Soc., Campinas, v. 4, n. 3, abr. 1998 .Disponível em: Acesso: 27 set. 2010.

TORP: The Open Robot Project A Framework for Module-Based Robots

The development of robots has shown itself as a very complex interdisciplinary research field. The predominant procedure for these developments in the last decades is based on the assumption that each robot is a fully personalized project, with the direct embedding of hardware and software technologies in robot parts with no level of abstraction. Although this methodology has brought countless benefits to the robotics research, on the other hand, it has imposed major drawbacks: (i) the difficulty to reuse hardware and software parts in new robots or new versions; (ii) the difficulty to compare performance of different robots parts; and (iii) the difficulty to adapt development needs-in hardware and software levels-to local groups expertise. Large advances might be reached, for example, if physical parts of a robot could be reused in a different robot constructed with other technologies by other researcher or group. This paper proposes a framework for robots, TORP (The Open Robot Project), that aims to put forward a standardization in all dimensions (electrical, mechanical and computational) of a robot shared development model. This architecture is based on the dissociation between the robot and its parts, and between the robot parts and their technologies. In this paper, the first specification for a TORP family and the first humanoid robot constructed following the TORP specification set are presented, as well as the advances proposed for their improvement.

Robots, intencionalidade e inteligência artificial

O artigo aborda problemas filosóficos relativos à natureza da intencionalidade e da representação mental. A primeira parte apresenta um breve histórico dos problemas, percorrendo rapidamente alguns episódios da filosofia clássica e da filosofia contemporânea. A segunda parte examina o Chinese Room Argument (Argumento do Quarto do Chinês) formulado por J. Searle. A terceira parte desenvolve alguns argumentos visando mostrar a inadequação do modelo funcionalista de mente na construção de robots. A conclusão (quarta parte) aponta algumas alternativas ao modelo funcionalista tradicional, como, por exemplo, o conexionismo.

A morphological view of the relationship between indirect flight muscle maturation and the flying needs of two species of advanced eusocial bees

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Size, taxonomic and biomass distributions of flying insects in Central Amazonia: Forest edge vs. understory

Significantly more individuals and biomass of flying insects were present at the forest edge than in the understory throughout the year, as monitored by flight interception traps, in Central Amazonia. Numbers and biomass of flying insects increased at higher rates at the edge with rainfall, associated with termite swarming behavior and increased Homopteran density. The most abundant insects were Diptera, Coleoptera, Hymenoptera and Isoptera, whose ranked abundances varied with respect to forest edge and understory, as well as with season.