Improving personalized elderly care: an approach using cognitive agents to better assist elderly people

Tesis por compendio de publicaciones[ES]El envejecimiento de la población a nivel global es una constante cada vez más presente en el día a día y las consecuencias derivadas de este problema son cada vez más impactantes para el correcto funcionamiento y estructuración de la sociedad. En este contexto, hablamos de consecuencias a nivel de crecimiento económico, estilos de vida (y jubilación), relaciones familiares, recursos disponibles por el gobierno a la franja etaria más anciana e inevitablemente la prevalencia de enfermedades crónicas. Es ante esta realidad que surge la necesidad de desarrollo y promoción de estrategias eficaces en el acompañamiento, prevención y estímulo al envejecimiento activo y saludable de la población para garantizar que las personas ancianas continúen teniendo un papel relevante en la sociedad en lugar de someterse al aislamiento y fácil deterioro de las capacidades físicas, cognitivas, emocionales y sociales. De esta forma, tiene todo el sentido aprovechar todos los desarrollos tecnológicos verificados en los últimos años, principalmente en lo que se refiere a avances en las áreas de dispositivos móviles, inteligencia artificial y sistemas de monitoreo y crear soluciones capaces de brindar apoyo diariamente al recopilar datos e indicadores del estado de salud y, en respuesta, proporcionar diversas acciones personalizadas que motiven la adopción de mejores hábitos de salud y medios para lograr este envejecimiento activo y saludable. El desafío consiste en motivar a esta población a conciliar su día a día con el interés y la voluntad de utilizar aplicaciones y sistemas que brinden este apoyo personalizado. Algunas de las abordajes recientemente explorados en la literatura con este objetivo y que han alcanzado resultados prometedores se basan en la utilización de técnicas de gamificación e incentivo al cumplimiento de desafíos a nivel de salud (como si la persona estuviera jugando un juego) y la utilización de interacciones personalizadas con objetos (ya sean físicos como robots o virtuales como avatares) capaces de brindar feedback más personal, creando así una conexión más cercana entre ambas entidades. El trabajo aquí presentado combina estas ideas y resulta en un enfoque inteligente para la promoción del bienestar de la población anciana a través de un sistema de cuidados de salud personalizado. Este sistema incorpora diversas técnicas de gamificación para la promoción de mejores hábitos y comportamientos, y la utilización de un asistente virtual cognitivo capaz de entender las necesidades e intereses del usuario para posibilitar un feedback e interacción personalizados con el fin de ayudar y motivar al cumplimiento de los diferentes desafíos y objetivos que se identifiquen. El enfoque propuesto fue validado a través de un estudio con 12 usuarios ancianos y se lograron resultados significativos en términos de usabilidad, aceptación y efectos de salud. Específicamente, los resultados obtenidos permiten respaldar la importancia y el efecto positivo de combinar técnicas de gamificación e interacción con un asistente virtual cognitivo que traduzca el progreso del estado de salud del usuario, ya que se lograron mejoras significativas en los resultados de salud después de la intervención. Además, los resultados de usabilidad obtenidos mediante la cumplimentación de un cuestionario de usabilidad confirmaron la buena adhesión a el enfoque presentado. Estos resultados validan la hipótesis de la investigación estudiada en el desarrollo de esta disertación

Artificial Intelligence in the development of modern infrastructures

Artificial intelligence (AI) makes it possible for machines to learn from experience, adjust to new inputs and perform tasks as human beings. Most of the examples of AI you hear about today - from computers playing chess to autonomous driving cars - rely heavily on deep learning and natural language processing

Simulación de comportamientos de sistemas distribuidos para obtener robustez y Auto-recuperación de fallas

219 - 241 p. :ilustraciones, libro electrónicoEste capítulo muestra algunos aspectos fundamentales para definir una simulación de comportamientos de sistemas distribuidos para lograr que un sistema sea robusto y se recupere a sí mismo de fallas. Se determina como tarea de interés la colección y la sincronización de datos en nodos conectados en una red y se mencionan algunos subproblemas de interés relacionados con la definición de las fallas y la obtención de las propiedades de robustez y recuperación de fallas. Se utilizaron sistemas multi-agente para diseñar la simulación porque permiten modelar componentes autónomos mediante el uso de un programa de agente.Capítulo 9ISBN: 978958580477

Constructing and interrogating actor histories

Complex systems, such as organizations, can be represented as executable simulation models using actor-based languages. Decision-making can be supported by system simulation so that different configurations provide a basis for what-if analysis. Actor-based models are expressed in terms of large numbers of concurrent actors that communicate using asynchronous messages leading to complex non-deterministic behaviour. This chapter addresses the problem of analyzing the results of model executions and proposes a general approach that can be added to any actor-based system. The approach uses a logic programming language with temporal extensions to query execution traces. The approach has been implemented and is shown to support a representative system model

Detailed energy analysis of a sheet-metal-forming press from electrical measurements

This paper presents a methodology that allows for the detection of the state of a sheet-metal-forming press, the parts being produced, their cadence, and the energy demand for each unit produced. For this purpose, only electrical measurements are used. The proposed analysis is conducted at the level of the press subsystems: main motor, transfer module, cushion, and auxiliary systems, and is intended to count, classify, and monitor the production of pressed parts. The power data are collected every 20 ms and show cyclic behavior, which is the basis for the presented methodology. A neural network (NN) based on heuristic rules is developed to estimate the press states. Then, the production period is determined from the power data using a least squares method to obtain normalized harmonic coefficients. These are the basis for a second NN dedicated to identifying the parts in production. The global error in estimating the parts being produced is under 1%. The resulting information could be handy in determining relevant information regarding the press behavior, such as energy per part, which is necessary in order to evaluate the energy performance of the press under different production conditions.Xunta de Galicia | Ref. IN854A 2020/0

Constructing and interrogating actor histories

Complex systems, such as organizations, can be represented as executable simulation models using actor-based languages. Decision-making can be supported by system simulation so that different configurations provide a basis for what-if analysis. Actor-based models are expressed in terms of large numbers of concurrent actors that communicate using asynchronous messages leading to complex non-deterministic behaviour. This chapter addresses the problem of analyzing the results of model executions and proposes a general approach that can be added to any actor-based system. The approach uses a logic programming language with temporal extensions to query execution traces. The approach has been implemented and is shown to support a representative system model

Scheduling access to shared space in multi-robot systems

Through this study, we introduce the idea of applying scheduling techniques to allocate spatial resources that are shared among multiple robots moving in a static environment and having temporal constraints on the arrival time to destinations. To illustrate this idea, we present an exemplified algorithm that plans and assigns a motion path to each robot. The considered problem is particularly challenging because: (i) the robots share the same environment and thus the planner must take into account overlapping paths which cannot happen at the same time; (ii) there are time deadlines thus the planner must deal with temporal constraints; (iii) new requests arrive without a priori knowledge thus the planner must be able to add new paths online and adjust old plans; (iv) the robot motion is subject to noise thus the planner must be reactive to adapt to online changes. We showcase the functioning of the proposed algorithm through a set of agent-based simulations

Ontologies for the Interoperability of Heterogeneous Multi-Agent Systems in the scope of Energy and Power Systems

Tesis por compendio de publicaciones[ES]El sector eléctrico, tradicionalmente dirigido por monopolios y poderosas empresas de servicios públicos, ha experimentado cambios significativos en las últimas décadas. Los avances más notables son una mayor penetración de las fuentes de energía renovable (RES por sus siglas en inglés) y la generación distribuida, que han llevado a la adopción del paradigma de las redes inteligentes (SG por sus siglas en inglés) y a la introducción de enfoques competitivos en los mercados de electricidad (EMs por sus siglas en inglés) mayoristas y algunos minoristas. Las SG emergieron rápidamente de un concepto ampliamente aceptado en la realidad. La intermitencia de las fuentes de energía renovable y su integración a gran escala plantea nuevas limitaciones y desafíos que afectan en gran medida las operaciones de los EMs. El desafiante entorno de los sistemas de potencia y energía (PES por sus siglas en inglés) refuerza la necesidad de estudiar, experimentar y validar operaciones e interacciones competitivas, dinámicas y complejas. En este contexto, la simulación, el apoyo a la toma de decisiones, y las herramientas de gestión inteligente, se vuelven imprescindibles para estudiar los diferentes mecanismos del mercado y las relaciones entre los actores involucrados. Para ello, la nueva generación de herramientas debe ser capaz de hacer frente a la rápida evolución de los PES, proporcionando a los participantes los medios adecuados para adaptarse, abordando nuevos modelos y limitaciones, y su compleja relación con los desarrollos tecnológicos y de negocios. Las plataformas basadas en múltiples agentes son particularmente adecuadas para analizar interacciones complejas en sistemas dinámicos, como PES, debido a su naturaleza distribuida e independiente. La descomposición de tareas complejas en asignaciones simples y la fácil inclusión de nuevos datos y modelos de negocio, restricciones, tipos de actores y operadores, y sus interacciones, son algunas de las principales ventajas de los enfoques basados en agentes. En este dominio, han surgido varias herramientas de modelado para simular, estudiar y resolver problemas de subdominios específicos de PES. Sin embargo, existe una limitación generalizada referida a la importante falta de interoperabilidad entre sistemas heterogéneos, que impide abordar el problema de manera global, considerando todas las interrelaciones relevantes existentes. Esto es esencial para que los jugadores puedan aprovechar al máximo las oportunidades en evolución. Por lo tanto, para lograr un marco tan completo aprovechando las herramientas existentes que permiten el estudio de partes específicas del problema global, se requiere la interoperabilidad entre estos sistemas. Las ontologías facilitan la interoperabilidad entre sistemas heterogéneos al dar un significado semántico a la información intercambiada entre las distintas partes. La ventaja radica en el hecho de que todos los involucrados en un dominio particular los conocen, comprenden y están de acuerdo con la conceptualización allí definida. Existen, en la literatura, varias propuestas para el uso de ontologías dentro de PES, fomentando su reutilización y extensión. Sin embargo, la mayoría de las ontologías se centran en un escenario de aplicación específico o en una abstracción de alto nivel de un subdominio de los PES. Además, existe una considerable heterogeneidad entre estos modelos, lo que complica su integración y adopción. Es fundamental desarrollar ontologías que representen distintas fuentes de conocimiento para facilitar las interacciones entre entidades de diferente naturaleza, promoviendo la interoperabilidad entre sistemas heterogéneos basados en agentes que permitan resolver problemas específicos de PES. Estas brechas motivan el desarrollo del trabajo de investigación de este doctorado, que surge para brindar una solución a la interoperabilidad de sistemas heterogéneos dentro de los PES. Las diversas aportaciones de este trabajo dan como resultado una sociedad de sistemas multi-agente (MAS por sus siglas en inglés) para la simulación, estudio, soporte de decisiones, operación y gestión inteligente de PES. Esta sociedad de MAS aborda los PES desde el EM mayorista hasta el SG y la eficiencia energética del consumidor, aprovechando las herramientas de simulación y apoyo a la toma de decisiones existentes, complementadas con las desarrolladas recientemente, asegurando la interoperabilidad entre ellas. Utiliza ontologías para la representación del conocimiento en un vocabulario común, lo que facilita la interoperabilidad entre los distintos sistemas. Además, el uso de ontologías y tecnologías de web semántica permite el desarrollo de herramientas agnósticas de modelos para una adaptación flexible a nuevas reglas y restricciones, promoviendo el razonamiento semántico para sistemas sensibles al contexto

Introducing dynamism in emotional agent societies

[EN] This paper presents the development of a dynamic emotional model to be employed in agent societies. The proposed model is based on the PAD emotional model and allows the representation of the emotional contagion phenomena of a heterogeneous group of agents that are capable of express emotions. The model is mainly based on three elements: personality, empathy and affinity. These elements allow the characterisation of each individual, causing them susceptible to vary in some degree the emotions of other individuals. Additionally, the model allows defining of the social emotion of this group of agents. (C) 2017 Elsevier B.V. All rights reserved.This work is partially supported by the MINECO/FEDER TIN2015-65515-C4-1-R and the FPI grant AP2013-01276 awarded to Jaime-Andres Rincon. This work is supported by COMPETE: POCI-01-0145-FEDER-007043 and FCT - Fundacao para a Ciencia e Tecnologia within the projects UID/CEC/00319/2013 and Post-Doc scholarship SFRH/BPD/102696/2014 (A. Costa).Rincon, J.; Costa, A.; Villarrubia, G.; Julian Inglada, VJ.; Carrascosa Casamayor, C. (2018). Introducing dynamism in emotional agent societies. Neurocomputing. 272:27-39. https://doi.org/10.1016/j.neucom.2017.03.091S273927

μGIM - Microgrid intelligent management system based on a multi-agent approach and the active participation of end-users

[ES] Los sistemas de potencia y energía están cambiando su paradigma tradicional, de sistemas centralizados a sistemas descentralizados. La aparición de redes inteligentes permite la integración de recursos energéticos descentralizados y promueve la gestión inclusiva que involucra a los usuarios finales, impulsada por la gestión del lado de la demanda, la energía transactiva y la respuesta a la demanda. Garantizar la escalabilidad y la estabilidad del servicio proporcionado por la red, en este nuevo paradigma de redes inteligentes, es más difícil porque no hay una única sala de operaciones centralizada donde se tomen todas las decisiones. Para implementar con éxito redes inteligentes, es necesario combinar esfuerzos entre la ingeniería eléctrica y la ingeniería informática. La ingeniería eléctrica debe garantizar el correcto funcionamiento físico de las redes inteligentes y de sus componentes, estableciendo las bases para un adecuado monitoreo, control, gestión, y métodos de operación. La ingeniería informática desempeña un papel importante al proporcionar los modelos y herramientas computacionales adecuados para administrar y operar la red inteligente y sus partes constituyentes, representando adecuadamente a todos los diferentes actores involucrados. Estos modelos deben considerar los objetivos individuales y comunes de los actores que proporcionan las bases para garantizar interacciones competitivas y cooperativas capaces de satisfacer a los actores individuales, así como cumplir con los requisitos comunes con respecto a la sostenibilidad técnica, ambiental y económica del Sistema. La naturaleza distribuida de las redes inteligentes permite, incentiva y beneficia enormemente la participación activa de los usuarios finales, desde actores grandes hasta actores más pequeños, como los consumidores residenciales. Uno de los principales problemas en la planificación y operación de redes eléctricas es la variación de la demanda de energía, que a menudo se duplica más que durante las horas pico en comparación con la demanda fuera de pico. Tradicionalmente, esta variación dio como resultado la construcción de plantas de generación de energía y grandes inversiones en líneas de red y subestaciones. El uso masivo de fuentes de energía renovables implica mayor volatilidad en lo relativo a la generación, lo que hace que sea más difícil equilibrar el consumo y la generación. La participación de los actores de la red inteligente, habilitada por la energía transactiva y la respuesta a la demanda, puede proporcionar flexibilidad en desde el punto de vista de la demanda, facilitando la operación del sistema y haciendo frente a la creciente participación de las energías renovables. En el ámbito de las redes inteligentes, es posible construir y operar redes más pequeñas, llamadas microrredes. Esas son redes geográficamente limitadas con gestión y operación local. Pueden verse como áreas geográficas restringidas para las cuales la red eléctrica generalmente opera físicamente conectada a la red principal, pero también puede operar en modo isla, lo que proporciona independencia de la red principal. Esta investigación de doctorado, realizada bajo el Programa de Doctorado en Ingeniería Informática de la Universidad de Salamanca, aborda el estudio y el análisis de la gestión de microrredes, considerando la participación activa de los usuarios finales y la gestión energética de lascarga eléctrica y los recursos energéticos de los usuarios finales. En este trabajo de investigación se ha analizado el uso de conceptos de ingeniería informática, particularmente del campo de la inteligencia artificial, para apoyar la gestión de las microrredes, proponiendo un sistema de gestión inteligente de microrredes (μGIM) basado en un enfoque de múltiples agentes y en la participación activa de usuarios. Esta solución se compone de tres sistemas que combinan hardware y software: el emulador de virtual a realidad (V2R), el enchufe inteligente de conciencia ambiental de Internet de las cosas (EnAPlug), y la computadora de placa única para energía basada en el agente (S4E) para permitir la gestión del lado de la demanda y la energía transactiva. Estos sistemas fueron concebidos, desarrollados y probados para permitir la validación de metodologías de gestión de microrredes, es decir, para la participación de los usuarios finales y para la optimización inteligente de los recursos. Este documento presenta todos los principales modelos y resultados obtenidos durante esta investigación de doctorado, con respecto a análisis de vanguardia, concepción de sistemas, desarrollo de sistemas, resultados de experimentación y descubrimientos principales. Los sistemas se han evaluado en escenarios reales, desde laboratorios hasta sitios piloto. En total, se han publicado veinte artículos científicos, de los cuales nueve se han hecho en revistas especializadas. Esta investigación de doctorado realizó contribuciones a dos proyectos H2020 (DOMINOES y DREAM-GO), dos proyectos ITEA (M2MGrids y SPEAR), tres proyectos portugueses (SIMOCE, NetEffiCity y AVIGAE) y un proyecto con financiación en cascada H2020 (Eco-Rural -IoT)