A Multi-agent Architecture with Distributed Coordination for an Autonomous Robot

Aquest treball proposa una nova arquitectura de control amb coordinació distribuïda per a un robot mòbil (ARMADiCo). La metodologia de coordinació distribuïda consisteix en dos passos: el primer determina quin és l'agent que guanya el recurs basat en el càlcul privat de la utilitat i el segon, com es fa el canvi del recurs per evitar comportaments abruptes del robot. Aquesta arquitectura ha estat concebuda per facilitar la introducció de nous components hardware i software, definint un patró de disseny d'agents que captura les característiques comunes dels agents. Aquest patró ha portat al desenvolupament d'una arquitectura modular dins l'agent que permet la separació dels diferents mètodes utilitzats per aconseguir els objectius, la col·laboració, la competició i la coordinació de recursos. ARMADiCo s'ha provat en un robot Pioneer 2DX de MobileRobots Inc.. S'han fet diversos experiments i els resultats han demostrat que s'han aconseguit les característiques proposades per l'arquitectura.

A proposal of a behavior-based control architecture with reinforcement learning for an autonomous underwater robot

Aquesta tesi proposa l'ús d'un seguit de tècniques pel control a alt nivell d'un robot autònom i també per l'aprenentatge automàtic de comportaments. L'objectiu principal de la tesis fou el de dotar d'intel·ligència als robots autònoms que han d'acomplir unes missions determinades en entorns desconeguts i no estructurats. Una de les premisses tingudes en compte en tots els passos d'aquesta tesis va ser la selecció d'aquelles tècniques que poguessin ésser aplicades en temps real, i demostrar-ne el seu funcionament amb experiments reals. El camp d'aplicació de tots els experiments es la robòtica submarina. En una primera part, la tesis es centra en el disseny d'una arquitectura de control que ha de permetre l'assoliment d'una missió prèviament definida. En particular, la tesis proposa l'ús de les arquitectures de control basades en comportaments per a l'assoliment de cada una de les tasques que composen la totalitat de la missió. Una arquitectura d'aquest tipus està formada per un conjunt independent de comportaments, els quals representen diferents intencions del robot (ex.: "anar a una posició", "evitar obstacles",...). Es presenta una recerca bibliogràfica sobre aquest camp i alhora es mostren els resultats d'aplicar quatre de les arquitectures basades en comportaments més representatives a una tasca concreta. De l'anàlisi dels resultats se'n deriva que un dels factors que més influeixen en el rendiment d'aquestes arquitectures, és la metodologia emprada per coordinar les respostes dels comportaments. Per una banda, la coordinació competitiva és aquella en que només un dels comportaments controla el robot. Per altra banda, en la coordinació cooperativa el control del robot és realitza a partir d'una fusió de totes les respostes dels comportaments actius. La tesis, proposa un esquema híbrid d'arquitectura capaç de beneficiar-se dels principals avantatges d'ambdues metodologies. En una segona part, la tesis proposa la utilització de l'aprenentatge per reforç per aprendre l'estructura interna dels comportaments. Aquest tipus d'aprenentatge és adequat per entorns desconeguts i el procés d'aprenentatge es realitza al mateix temps que el robot està explorant l'entorn. La tesis presenta també un estat de l'art d'aquest camp, en el que es detallen els principals problemes que apareixen en utilitzar els algoritmes d'aprenentatge per reforç en aplicacions reals, com la robòtica. El problema de la generalització és un dels que més influeix i consisteix en permetre l'ús de variables continues sense augmentar substancialment el temps de convergència. Després de descriure breument les principals metodologies per generalitzar, la tesis proposa l'ús d'una xarxa neural combinada amb l'algoritme d'aprenentatge per reforç Q_learning. Aquesta combinació proporciona una gran capacitat de generalització i una molt bona disposició per aprendre en tasques de robòtica amb exigències de temps real. No obstant, les xarxes neurals són aproximadors de funcions no-locals, el que significa que en treballar amb un conjunt de dades no homogeni es produeix una interferència: aprendre en un subconjunt de l'espai significa desaprendre en la resta de l'espai. El problema de la interferència afecta de manera directa en robòtica, ja que l'exploració de l'espai es realitza sempre localment. L'algoritme proposat en la tesi té en compte aquest problema i manté una base de dades representativa de totes les zones explorades. Així doncs, totes les mostres de la base de dades s'utilitzen per actualitzar la xarxa neural, i per tant, l'aprenentatge és homogeni. Finalment, la tesi presenta els resultats obtinguts amb la arquitectura de control basada en comportaments i l'algoritme d'aprenentatge per reforç. Els experiments es realitzen amb el robot URIS, desenvolupat a la Universitat de Girona, i el comportament après és el seguiment d'un objecte mitjançant visió per computador. La tesi detalla tots els dispositius desenvolupats pels experiments així com les característiques del propi robot submarí. Els resultats obtinguts demostren la idoneïtat de les propostes en permetre l'aprenentatge del comportament en temps real. En un segon apartat de resultats es demostra la capacitat de generalització de l'algoritme d'aprenentatge mitjançant el "benchmark" del "cotxe i la muntanya". Els resultats obtinguts en aquest problema milloren els resultats d'altres metodologies, demostrant la millor capacitat de generalització de les xarxes neurals.

VLSI architecture for motion estimation in underwater imaging

El treball desenvolupat en aquesta tesi aprofundeix i aporta solucions innovadores en el camp orientat a tractar el problema de la correspondència en imatges subaquàtiques. En aquests entorns, el que realment complica les tasques de processat és la falta de contorns ben definits per culpa d'imatges esborronades; un fet aquest que es deu fonamentalment a il·luminació deficient o a la manca d'uniformitat dels sistemes d'il·luminació artificials. Els objectius aconseguits en aquesta tesi es poden remarcar en dues grans direccions. Per millorar l'algorisme d'estimació de moviment es va proposar un nou mètode que introdueix paràmetres de textura per rebutjar falses correspondències entre parells d'imatges. Un seguit d'assaigs efectuats en imatges submarines reals han estat portats a terme per seleccionar les estratègies més adients. Amb la finalitat d'aconseguir resultats en temps real, es proposa una innovadora arquitectura VLSI per la implementació d'algunes parts de l'algorisme d'estimació de moviment amb alt cost computacional.

From architecturology to architecturological research

This paper presents a genesis of the French research field of Architecturology, from its creation to the current researches developed from it, at ARIAM-LAREA (National School of Architecture of Paris-la-Villette Laboratory of modeling for computer aids of cognitive activity of conception). Architecturology has been thought at the creation of French Schools of Architecture that has been initiated with the French movement of 1968 May. Its major aim is to build specific knowledge on architecture for learning architecture. The first book of the beginnings of this scientific field is “Sur l’espace architectural” written by Ph. Boudon and published in 1971. It’s currently constituted with a scientific systemic language and a paradigm that help to explain cognitive activity of design named by it, conception. This scientific language has been published in “Enseigner la conception architecturale: cours d’architecturologie” written by Ph. Boudon, Ph. Deshayes, F. Pousin and F. Shatz, and published in 1994 and in 2000, in “Echelle(s)” published in 2002 and which gathers different articles of Ph. Boudon and, in different articles of the team of LAREA - Ph. Boudon, Ph. Deshayes, F. Pousin, F. Shatz and C. Lecourtois. From this scientific language and the paradigm of Architecturology, I develop methods for extending the field of knowledge of this point of view by doing researches in architecture. These methods are gathered into the concept of Applied Architecturology. In 2005, LAREA has merged with a research team interested in Computer Aided Design, named ARIAM. To create ARIAM-LAREA, we have built a new research program on Computer Aided Conception where we use Applied Architecturology for 1) producing new knowledge on implications of Computer in cognitive activity of design and 2) developing new software to Support some operations of conception. This paper exposes my current research work and three theses that I co-lead at ARIAMLAREA on this object.

Research in Architecture: Looking Backward and Forward: Forty-Year Experience in Architectural Research at the Faculty of Architecture STU

The introduction of my contribution contains a brief information on the Faculty of Architecture of the Slovak University of Technology in Bratislava (FA STU) and the architectural research performed at this institution. Schemes and priorities of our research in architecture have changed several times since the very beginning in early 50’s. The most significant change occurred after “the velvet revolution” in 1989. Since 1990 there have been several sources to support research at universities. The significant part of my contribution is rooted in my own research experience since the time I had joined FA STU in 1975 as a young architect and researcher. The period of the 80’s is characterized by the first unintentional attempts to do “research by design” and my “scientific” achievements as by-products of my design work. Some of them resulted in the following issues: conception of mezzo-space, theory of the complex perception of architectural space and definition of basic principles of ecologically conscious architecture. Nowadays I continue my research by design within the application of so called solar envelope in urban scale with my students.

Architecture & Research: a possible structure

This article results from three conferences organized by the research project titled “Architectural research framework” developed by the research center Architectural Lab – LabART – of the Lusófona University, and also by my personal experiences and dialogs with other members of the EAAE research committee. Architectural research always existed, but only recently some major questions have emerged, by the time that Europe started the last universitary reform on the 80’s. Two aspects are crucial in understanding the problematic that we are referring to. On the one hand we verify that the architectural teaching should maintain the articulation and close relationship between the theoretical and practical aspects. On the other hand, there is a need to confer academic degrees, as the MsC and PhD’s in the Faculties of Architecture. Inevitably, discussions began about the scientificity of architecture (its grounding), the types of research, methodological models, as well as on the evaluation criteria and the quality of research, or the relevance of the results. We will try to approach some of these discussions, and by the end, establish a basic structure that allows us to obtain an open model for research in architecture.

Vozes d'África Transatlântica: trajetórias estudantis de Cabo Verde e da Guiné-Bissau - programa de estudantes - convénio de graduação

A presente investigação tem como centralidade a mobilidade internacional de estudantes no caso, a dos africanos oriundos de Cabo Verde e da Guiné-Bissau, participantes do Programa Estudantes-Convênio de Graduação na Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN, inserida no fenômeno da internacionalização universitária, acentuada na globalização. O objetivo principal foi analisar o processo de inserção social e acadêmica desses estudantes, com ênfase para os dos cursos de Arquitetura e Urbanismo, Ciências da Computação, Engenharia da Computação e Medicina, nessa Instituição de Ensino Superior - IES. A metodologia foi norteada pela conjugação dos aportes teóricos e metodológicos qualiquantitativa, em que, na primeira, utilizou-se da entrevista semiestrutura dirigida para dezesseis sujeitos; sendo, a metade estudantes e a outra docentes, cuja análise optou-se pela Análise de Discurso (AD) da linha francesa, resultando as formações discursivas: motivações da mobilidade, registro nacional de estrangeiro, identidade étnica, relações étnicoraciais e o PEC-G: seu funcionamento nas práticas sociais na UFRN. Já a pesquisa quantitativa, foi constituída pela aplicação do questionário para o universo de 40 estudantes dos dois grupos e de todas as áreas de conhecimento, cuja interpretação dos dados, recorreu-se ao Programa SPSS. Já, para o recorte dos cursos específicos, foi utilizado, o do Google Doc, os quais, estão expressos em tabelas e gráficos. Os resultados revelaram que essa mobilidade estudantil africana está imersa por um misto de semelhanças e diferenças entre o Brasil e dos Países Africanos de Língua Oficial Poruguesa - PALOP; e mais dos contextos das hierarquias entre os países centrais, semiperiféricos e periféricos, provocadas pelas políticas de reajustes estruturais sobre os serviços educacionais, Sousa (Santos 2008; 2010), que se refletem nas trajetórias acadêmicas temporária no país de acolhimento. Aqui, também, enfrenta as fragilidades e os avanços das políticas públicas do Sistema de Ensino Superior, implementadas pelo governo brasileiro nas IES. Em termos quantitativos para os quatros cursos analisados, em diferentes e curtos períodos, quanto a distribuição de vagas (acesso), formas de desligamentos e conclusão apontaram especificidades. E, grosso modo, o curso de Medicina, apresentou os melhores índices de conclusão, seguidos, pelos de Arquitetura e da Engenharia da Computação. A maioria dos estudantes são do sexo masculino, mais da metade está representada pelos oriundos de Cabo Verde, o restante, pelos da Guiné-Bissau. Enquanto, no curso de Ciências da Computação, foi nula a conclusão de curso, e em função deste histórico de baixo desempenho dos estudantes-convênio PEC-G, teria havido o fechamento de vagas. Mas, verificando-se, que os índices de conclusão nesses cursos, apresentou uma média abaixo dos cursos de graduação da UFRN, nos quais, esses estudantes são minoria ao lado dos afrobrasileiros nas universidades do Brasil.