A mission control system for an autonomous underwater vehicle

The presented work focuses on the theoretical and practical aspects concerning the design and development of a formal method to build a mission control system for autonomous underwater vehicles bringing systematic design principles for the formal description of missions using Petri nets. The proposed methodology compounds Petri net building blocks within it to de_ne a mission plan for which it is proved that formal properties, such as reachability and reusability, hold as long as these same properties are also guaranteed by each Petri net building block. To simplify the de_nition of these Petri net blocks as well as their composition, a high level language called Mission Control Language has been developed. Moreover, a methodology to ensure coordination constraints for teams of multiple robots as well as the de_nition of an interface between the proposed system and an on-board planner able to plan/replan sequences of prede_ned mission plans is included as well. Results of experiments with several real underwater vehicles and simulations involving an autonomous surface craft and an autonomous underwater vehicles are presented to show the system's capabilities.

Gradient-based reinforcement learning techniques for underwater robotics behavior learning

Darrerament, l'interès pel desenvolupament d'aplicacions amb robots submarins autònoms (AUV) ha crescut de forma considerable. Els AUVs són atractius gràcies al seu tamany i el fet que no necessiten un operador humà per pilotar-los. Tot i això, és impossible comparar, en termes d'eficiència i flexibilitat, l'habilitat d'un pilot humà amb les escasses capacitats operatives que ofereixen els AUVs actuals. L'utilització de AUVs per cobrir grans àrees implica resoldre problemes complexos, especialment si es desitja que el nostre robot reaccioni en temps real a canvis sobtats en les condicions de treball. Per aquestes raons, el desenvolupament de sistemes de control autònom amb l'objectiu de millorar aquestes capacitats ha esdevingut una prioritat. Aquesta tesi tracta sobre el problema de la presa de decisions utilizant AUVs. El treball presentat es centra en l'estudi, disseny i aplicació de comportaments per a AUVs utilitzant tècniques d'aprenentatge per reforç (RL). La contribució principal d'aquesta tesi consisteix en l'aplicació de diverses tècniques de RL per tal de millorar l'autonomia dels robots submarins, amb l'objectiu final de demostrar la viabilitat d'aquests algoritmes per aprendre tasques submarines autònomes en temps real. En RL, el robot intenta maximitzar un reforç escalar obtingut com a conseqüència de la seva interacció amb l'entorn. L'objectiu és trobar una política òptima que relaciona tots els estats possibles amb les accions a executar per a cada estat que maximitzen la suma de reforços totals. Així, aquesta tesi investiga principalment dues tipologies d'algoritmes basats en RL: mètodes basats en funcions de valor (VF) i mètodes basats en el gradient (PG). Els resultats experimentals finals mostren el robot submarí Ictineu en una tasca autònoma real de seguiment de cables submarins. Per portar-la a terme, s'ha dissenyat un algoritme anomenat mètode d'Actor i Crític (AC), fruit de la fusió de mètodes VF amb tècniques de PG.

Local model predictive control for navigation of a wheeled mobile robot using monocular information

Aquesta tesi està inspirada en els agents naturals per tal de planificar de manera dinàmica la navegació d'un robot diferencial de dues rodes. Les dades dels sistemes de percepció són integrades dins una graella d'ocupació de l'entorn local del robot. La planificació de les trajectòries es fa considerant la configuració desitjada del robot, així com els vértexs més significatius dels obstacles més propers. En el seguiment de les trajectòries s'utilitzen tècniques locals de control predictiu basades en el model, amb horitzons de predicció inferiors a un segon. La metodologia emprada és validada mitjançant nombrosos experiments.

Selective submap joining SLAM for autonomous vehicles

Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) do not result in consistent maps of large areas because of gradual increase of the uncertainty for long term missions. In addition, as the size of the map grows the computational cost increases, making SLAM solutions unsuitable for on-line applications. This thesis surveys SLAM approaches paying special attention to those approaches aimed to work on large scenarios. Special focus is given to existing underwater SLAM applications. A technique based on using independent local maps together with a global stochastic map is presented. This technique is called Selective Submap Joining SLAM (SSJS). A global map contains relative transformations between local maps, which are updated once a new loop is detected. Maps sharing several features are fused, maintaining the correlation between landmarks and vehicle's pose. The use of local maps reduces computational costs and improves map consistency as compared to state of the art techniques.

Conflictes socioterriorials i participació pública en la gestió de l'aigua de la conca del riu Muga (Alt Empordà)

Conflictes socioterritorials i participació pública en la gestió de l'aigua de la conca del riu Muga (Alt Empordà) és un treball que incideix sobre la conflictivitat en la gestió dels rius mediterranis i prospecta en la participació pública -activa i vinculant- per a la resolució de conflictes i la planificació i gestió dels recursos hídrics. En concret, s'ha intentat donar resposta a cinc objectius: Objectius del marc teòric - Comprovar l'existència de dos discursos antagònics (radicalment oposats) en l'esfera social, científica i de gestió dels rius que generen conflicte i que són insostenibles per a una gestió integral dels recursos fluvials: el discurs antropocèntric i el discurs ecocèntric. Matèria d'estudi: L'excepcionalisme humà i l'ecologia profunda en la societat; Les disciplines de la regulació de l'aigua i de l'ecologia fluvial en la ciència; El contracte antropocèntric i el balanç ecocèntric en la gestió; El discurs ambiental (el riu antròpic i ecosistemàtic). - Valorar si les estratègies de participació pública (que involucren als agents socials) gaudeixen -respecte els processos de decisió unilaterals (siguin autoritàries o arbitràries)- de més garanties per corregir i prevenir conflictes desconstructius relacionats amb l'aigua i els recursos fluvials. Matèria d'estudi: Definició de conflicte en positiu; L'estratègia de cooperació i consens en la Resolució Alternativa de Disputes (Alternative Dispute Resolution) i 13 casos resolts de conflictes per l'aigua a l'Oest dels Estats Units; Bases d'un pla de gestió integral, adaptatiu i participatiu i el cas del San Joaquin River Management Plan (Califòrnia, Estats Units). Objectius del marc pràctic. Conca del riu Muga (Alt Empordà) - Contextualitzar la diversificació i intensificació dels usos de l'aigua dins un procés de canvi dels usos del sòl, particularment accelerat a partir de la dècada de 1960 i objecte de problemàtiques socioterritorials d'ençà de la dècada de 1980. Cartografia i matriu de canvi dels usos del sòl de la conca anys 1993 i 1957. Matèria d'estudi: Cartografia i estadística dels usos del sòl de la conca del riu Muga (49 municipis altempordanesos, 1.050 km2), anys 1957 i 1993. Retrospectiva dels espais forestals, d'aigua, conreats i urbanitzats. - Identificar i descriure les tensions i conflictes en l'ús de l'aigua, així com les característiques de les solucions adoptades en el període 1980-2000. Constatar si determinades solucions estructurals han esdevingut problemàtiques a mig o llarg termini, i estimar la probabilitat de conflictes futurs. Matèria d'estudi: 50 incidents problemàtics en abastament d'aigua (26 tensions i 24 conflictes) i 53 mesures per fer-hi front (12 d'adaptació de la demanda i 41 d'adaptació de l'oferta d'aigua) entre els anys 1980 i 2000, i diferenciant dues unitats territorials de la conca (la Muga interior i la plana de la Muga). - Caracteritzar quins són els temes en matèria d'aigua que no disposen de consens entre els agents socioeconòmics, tècnics i polítics locals reunits en les sessions de discussió del projecte MUGA. Determinar si les estratègies participatives poden prosperar perquè són factibles i idònies. Matèria d'estudi: Projecte MUGA: Gestión del recurso agua con participación de agentes. Estudio para la cuenca del río Muga (Girona), 2000-2003 - UAB i UdG; La dissensió d'opinions dels 30 participants a les 4 sessions de discussió entorn l'ús i gestió de l'aigua de la conca de la Muga; 6 temes de conflicte, 14 subtemes i 31 punts de discussió, 9 dels quals punts calents de conflicte (destructius i indicadors de punts de disfunció en la gestió de l'aigua de la conca).

SF e Animé : os Monstros Encantadores do Ground Zero

O fascínio do poder de dotar de vida ao que está inanimado talvez possa ajudar a revelar o encanto que sentimos quando os objectos fixos se começam a mover e a desenvolver coreografias cheias de vida. Na animé, a técnica do desenho tornou-se o processo ideal para explorar estes temas por ser mais fácil desenhar figuras monstruosas do que construir personagens, naves ou cenários futuristas para o cinema live-action. Após a II Grande Guerra, no momento inicial da reconstrução do Japão, o Ground Zero, coincide com o desenvolvimento de uma cultura pop na qual os desenhos manga e a animé se tornaram referências fundamentais. Iremos verificar como uma das importantes particularidades de séries de animação japonesa é a exploração de imaginários SF onde o atómico é encanto monstruoso, que se controla ou pelo qual se é controlado. Dando especial destaque às séries de televisão Prince Planet (Sato Okura, 1965), Gigantor (Mitsuteru Yokoyama, 1963) ou Astro Boy (Osamu Tezuka, 1963), iremos demonstrar que pela componente técnica ou visual da animação a animé é um modelo específico de estudo para tentar contextualizar a atracção humana por mundos controlados por máquinas, pela manipulação genética ou pela possibilidade de uma paisagem cyborg.

A Multi Bearer Adaptable Communication Demonstrator for Train-to-Ground IP Communication to Increase Resilience

Preprint version

Predation in Ground-Nesting Birds: an Experimental Study Using Natural Egg-Color Variation

We tested the hypothesis that cryptically colored eggs would suffer less predation than conspicuous eggs in the ground-nesting red-legged partridge, Alectoris rufa. We used A. rufa as a model species because it has a wide range of natural egg colors, the eggs are widely available from breeding farms, and nests are easily mimicked because they are scrapes containing no vegetation. The study was conducted in the spring of 2001 in forest and fallow fields of central Spain in Castilla La Mancha, Ciudad Real. We used 384 clutches of natural eggs that were white, white spotted, brown, or brown spotted. Within clutches, eggs were consistent in color and size; among clutches, color differences were distributed across habitats. Clutches were checked once after 2 wk of exposure. Cryptic coloration had a survival advantage that was dependent on the local suite of predators. Rodent predation was nonselective with respect to clutch color; however, avian predation was significantly higher for conspicuous clutches. In addition, there was an interaction of landscape and egg color for avian predation. In forest landscapes, the clutches with highest survival were brown spotted, whereas in fallow landscapes, brown and brown spotted clutches had higher survival than white and white potted clutches. Thus, both the predator suite and the landscape had significant effects on the value of cryptic egg coloration. Our study is relevant for conservationists and managers in charge of restocking programs in hunting areas. The release of other partridge species or their hybrids could result in hybridization with wild partridges, potentially leading to nonoptimal clutch pigmentation and reduced survival of the native species. We therefore recommend that local authorities, managers, and conservationists be cautious with the use of alien species and hybrids and release only autochthonous species of partridges within their natural ranges.

Memory-based Embodied Cognition: a computational architecture

At its most fundamental, cognition as displayed by biological agents (such as humans) may be said to consist of the manipulation and utilisation of memory. Recent discussions in the field of cognitive robotics have emphasised the role of embodiment and the necessity of a value or motivation for autonomous behaviour. This work proposes a computational architecture – the Memory-Based Cognitive (MBC) architecture – based upon these considerations for the autonomous development of control of a simple mobile robot. This novel architecture will permit the exploration of theoretical issues in cognitive robotics and animal cognition. Furthermore, the biological inspiration of the architecture is anticipated to result in a mobile robot controller which displays adaptive behaviour in unknown environments.

Architecture for Living Neuronal Network Control of a mobile robot

The intelligent controlling mechanism of a typical mobile robot is usually a computer system. Research is however now ongoing in which biological neural networks are being cultured and trained to act as the brain of an interactive real world robot – thereby either completely replacing or operating in a cooperative fashion with a computer system. Studying such neural systems can give a distinct insight into biological neural structures and therefore such research has immediate medical implications. The principal aims of the present research are to assess the computational and learning capacity of dissociated cultured neuronal networks with a view to advancing network level processing of artificial neural networks. This will be approached by the creation of an artificial hybrid system (animat) involving closed loop control of a mobile robot by a dissociated culture of rat neurons. This paper details the components of the overall animat closed loop system architecture and reports on the evaluation of the results from preliminary real-life and simulated robot experiments.