Multi-UAV Integrated Internet of Things System for Generating Safe Map in Post-Disaster

芝浦工業大学2019年

Interactive Motion Planning for Multi-agent Systems with Physics-based and Behavior Constraints

Man-made entities and humans rely on movement as an essential form of interaction with the world. Whether it is an autonomous vehicle navigating crowded roadways or a simulated pedestrian traversing a virtual world, each entity must compute safe, effective paths to achieve their goals. In addition, these entities, termed agents, are subject to unique physical and behavioral limitations within their environment. For example, vehicles have a finite physical turning radius and must obey behavioral constraints such as traffic signals and rules of the road. Effective motion planning algorithms for diverse agents must account for these physics-based and behavior constraints. In this dissertation, we present novel motion planning algorithms that account for constraints which physically limit the agent and impose behavioral limitations on the virtual agents. We describe representational approaches to capture specific physical constraints on the various agents and propose abstractions to model behavior constraints affecting them. We then describe algorithms to plan motions for agents who are subject to the modeled constraints. First, we describe a biomechanically accurate elliptical representation for virtual pedestrians; we also describe human-like movement constraints corresponding to shoulder-turning and side-stepping in dense environments. We detail a novel motion planning algorithm extending velocity obstacles to generate collisionfree paths for hundreds of elliptical agents at interactive rates. Next, we describe an algorithm to encode dynamics and traffic-like behavior constraints for autonomous vehicles in urban and highway environments. We describe a motion planning algorithm to generate safe, high-speed avoidance maneuvers using a novel optimization function and modified control obstacle formulation, and we also present a simulation framework to evaluate driving strategies. Next, we present an approach to incorporate high-level reasoning to model the motions and behaviors of virtual agents in terms of verbal interactions with other agents or avatars. Our approach leverages natural-language interaction to reduce uncertainty and generate effective plans. Finally, we describe an application of our techniques to simulate pedestrian behaviors for gathering simulated data about loading, unloading, and evacuating an aircraft.Doctor of Philosoph

CompeteAI: Understanding the Competition Behaviors in Large Language Model-based Agents

Large language models (LLMs) have been widely used as agents to complete different tasks, such as personal assistance or event planning. While most work has focused on cooperation and collaboration between agents, little work explores competition, another important mechanism that fosters the development of society and economy. In this paper, we seek to examine the competition behaviors in LLM-based agents. We first propose a general framework to study the competition between agents. Then, we implement a practical competitive environment using GPT-4 to simulate a virtual town with two types of agents, including restaurant agents and customer agents. Specifically, restaurant agents compete with each other to attract more customers, where the competition fosters them to transform, such as cultivating new operating strategies. The results of our experiments reveal several interesting findings ranging from social learning to Matthew Effect, which aligns well with existing sociological and economic theories. We believe that competition between agents deserves further investigation to help us understand society better. The code will be released soon.Comment: Technical report; 21 page

Cross-Border Collaboration in Disaster Management

Wenn sich eine Katastrophe ereignet, ist eine schnelle und koordinierte Reaktion der verschiedenen Krisenmanagementakteure unerlässlich, um die vorhandenen Ressourcen bestmöglich einzusetzen und somit ihre Auswirkungen zu begrenzen. Dieses Zusammenspiel wird erschwert, wenn die Katastrophe mehrere Länder betrifft. Neben den unterschiedlichen Regelungen und Systemen spielen dann auch kulturelle Einflüsse wie Sprachbarrieren oder mangelndes Vertrauen eine entscheidende Rolle. Obwohl die Resilienz von Grenzgebieten von fundamentaler Bedeutung ist, wird diese in der wissenschaftlichen Literatur immer noch unterschätzt. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein agentenbasiertes Modell zur Untersuchung der organisationsübergreifenden Zusammenarbeit bei Katastropheneinsätzen in einer Grenzregion vorgestellt. Indem Kommunikationsprotokolle aus der Literatur auf den Kontext der grenzüberschreitenden Kooperation erweitert werden, analysiert das Modell die globale Dynamik, die aus lokalen Entscheidungen resultiert. Ein szenariobasierter Ansatz zeigt, dass höheres Vertrauen zwar zu signifikant besseren Versorgungsraten führt, der Abbau von Sprachbarrieren aber noch effizienter ist. Insbesondere gilt dies, wenn die Akteure die Sprache des Nachbarlandes direkt sprechen, anstatt sich auf eine allgemeine Lingua franca zu verlassen. Die Untersuchung der Koordination zeigt, dass Informationsflüsse entlang der hierarchischen Organisationsstruktur am erfolgreichsten sind, während spontane Zusammenarbeit durch ein etabliertes informelles Netzwerk privater Kontakte den Informationsaustausch ergänzen und in dynamischen Umgebungen einen Vorteil darstellen kann. Darüber hinaus verdoppelt die Einbindung von Spontanfreiwilligen den Koordinationsaufwand. Die Koordination über beide Dimensionen, zum einen die Einbindung in den Katastrophenschutz und zum anderen über Grenzen hinweg, führt jedoch zu einer optimalen Versorgung der betroffenen Bevölkerung. In einem zweiten Teil stellt diese Arbeit ein innovatives empirisches Studiendesign vor, das auf transnationalem Sozialkapital und Weiners Motivationstheorie basiert, um prosoziale Beziehungen der Menschen über nationale Grenzen hinweg zu quantifizieren. Regionale Beziehungen innerhalb der Länder werden dabei als Vergleichsbasis genommen. Die mittels repräsentativer Telefoninterviews in Deutschland, Frankreich und der deutsch-französischen Grenzregion erhobenen Daten belegen die Hypothese, dass das Sozialkapital und die Hilfsbereitschaft über die deutsch-französische Grenze hinweg mindestens so hoch ist wie das regionale Sozialkapital und die Hilfsbereitschaft innerhalb der jeweiligen Länder. Folglich liefert die Arbeit wertvolle Erkenntnisse für Entscheidungsträger, um wesentliche Barrieren in der grenzüberschreitenden Kooperation abzubauen und damit die grenzüberschreitende Resilienz bei zukünftigen Katastrophen zu verbessern. Implikationen für die heutige Zeit in Bezug auf Globalisierung versus aufkommendem Nationalismus sowie Auswirkungen von (Natur-) Katastrophen werden diskutiert

On the Combination of Game-Theoretic Learning and Multi Model Adaptive Filters

This paper casts coordination of a team of robots within the framework of game theoretic learning algorithms. In particular a novel variant of fictitious play is proposed, by considering multi-model adaptive filters as a method to estimate other players’ strategies. The proposed algorithm can be used as a coordination mechanism between players when they should take decisions under uncertainty. Each player chooses an action after taking into account the actions of the other players and also the uncertainty. Uncertainty can occur either in terms of noisy observations or various types of other players. In addition, in contrast to other game-theoretic and heuristic algorithms for distributed optimisation, it is not necessary to find the optimal parameters a priori. Various parameter values can be used initially as inputs to different models. Therefore, the resulting decisions will be aggregate results of all the parameter values. Simulations are used to test the performance of the proposed methodology against other game-theoretic learning algorithms.</p