Object-Oriented Dynamics Learning through Multi-Level Abstraction

Object-based approaches for learning action-conditioned dynamics has demonstrated promise for generalization and interpretability. However, existing approaches suffer from structural limitations and optimization difficulties for common environments with multiple dynamic objects. In this paper, we present a novel self-supervised learning framework, called Multi-level Abstraction Object-oriented Predictor (MAOP), which employs a three-level learning architecture that enables efficient object-based dynamics learning from raw visual observations. We also design a spatial-temporal relational reasoning mechanism for MAOP to support instance-level dynamics learning and handle partial observability. Our results show that MAOP significantly outperforms previous methods in terms of sample efficiency and generalization over novel environments for learning environment models. We also demonstrate that learned dynamics models enable efficient planning in unseen environments, comparable to true environment models. In addition, MAOP learns semantically and visually interpretable disentangled representations.Comment: Accepted to the Thirthy-Fourth AAAI Conference On Artificial Intelligence (AAAI), 202

A formal approach to human robot collaborative assembly planning under uncertainty

For assembly planning, robots necessitate certain cognitive skills: high-level planning of actuation actions is needed to decide for their order, while geometric reasoning is needed to check their feasibility. For collaborative assembly tasks with humans, robots require further cognitive capabilities, such as commonsense reasoning, sensing, and communication skills, not only to cope with the uncertainty caused by incomplete knowledge about the humans behaviors, but also to ensure safer collaborations. We introduce a novel formal framework for collaborative assembly planning under uncertainty that utilizes hybrid conditional planning extended with commonsense reasoning and a rich set of communication actions for collaborative tasks. We show the applicability of our approach over a furniture assembly domain, where a bi-manual Baxter robot collaborates with a human to assemble a table, with dynamic simulations and physical implementations. We also evaluate our approach experimentally in this domain with respect to quantitative and qualitative performance measures

Using MapReduce Streaming for Distributed Life Simulation on the Cloud

Distributed software simulations are indispensable in the study of large-scale life models but often require the use of technically complex lower-level distributed computing frameworks, such as MPI. We propose to overcome the complexity challenge by applying the emerging MapReduce (MR) model to distributed life simulations and by running such simulations on the cloud. Technically, we design optimized MR streaming algorithms for discrete and continuous versions of Conway’s life according to a general MR streaming pattern. We chose life because it is simple enough as a testbed for MR’s applicability to a-life simulations and general enough to make our results applicable to various lattice-based a-life models. We implement and empirically evaluate our algorithms’ performance on Amazon’s Elastic MR cloud. Our experiments demonstrate that a single MR optimization technique called strip partitioning can reduce the execution time of continuous life simulations by 64%. To the best of our knowledge, we are the first to propose and evaluate MR streaming algorithms for lattice-based simulations. Our algorithms can serve as prototypes in the development of novel MR simulation algorithms for large-scale lattice-based a-life models.https://digitalcommons.chapman.edu/scs_books/1014/thumbnail.jp

Técnicas de soft-computing para el desarrollo de redes de acceso móvil con control de polución electromagnética

Este trabajo de Tesis Doctoral estudia el problema del despliegue de redes móviles (Mobile Network Deployment Problem o MNDP), orientado a la localización de estaciones base en una red de telecomunicación GSM. Tradicionalmente, este problema de optimización consiste en hallar una solución tal que, con el mínimo coste económico de la red, asegure un grado de servicio mínimo en la zona. Así la función de evaluación maneja dos variables: el coste y el grado de cobertura de la red en el área de estudio. Una de las aportaciones de este trabajo es la incorporación de una nueva variable a dicha función: la radiación electromagnética sobre el terreno en el que opera la red. Existen numerosos estudios que abordan el problema a partir del coste y el grado de servicio, sin embargo no hemos encontrado investigaciones que persigan minimizar la cantidad de radiación emitida por las estaciones base. La sociedad actual mantiene cierta aversión a la radiación que emiten los equipos de telefonía móvil. De este sentimiento surge la idea de incorporar el parámetro de polución electromagnética al problema de optimización MNDP. El problema se aborda mediante métodos metaheurísticos de optimización: un algoritmo evolutivo tradicional, y un novedoso algoritmo recientemente publicado, el Coral Reefs Optimization (CRO). Este último es un algoritmo bio-inspirado que se basa en la simulación de los procesos que de los arrecifes de coral. Los resultados obtenidos de la aplicación de ambas metodologías al problema MNDP han sido comparados con otros tres algoritmos metaheurísticos con la misma función de evaluación. Estos son: el algoritmo Particle Swarm Optimization, el Harmony Search y un algoritmo tipo greedy. Los experimentos realizados sitúan, de manera ampliamente diferenciada, el algoritmo CRO como el más apropiado para resolver el problema MNDP

Técnicas de soft-computing para el desarrollo de redes de acceso móvil con control de polución electromagnética

Este trabajo de Tesis Doctoral estudia el problema del despliegue de redes móviles (Mobile Network Deployment Problem o MNDP), orientado a la localización de estaciones base en una red de telecomunicación GSM. Tradicionalmente, este problema de optimización consiste en hallar una solución tal que, con el mínimo coste económico de la red, asegure un grado de servicio mínimo en la zona. Así la función de evaluación maneja dos variables: el coste y el grado de cobertura de la red en el área de estudio. Una de las aportaciones de este trabajo es la incorporación de una nueva variable a dicha función: la radiación electromagnética sobre el terreno en el que opera la red. Existen numerosos estudios que abordan el problema a partir del coste y el grado de servicio, sin embargo no hemos encontrado investigaciones que persigan minimizar la cantidad de radiación emitida por las estaciones base. La sociedad actual mantiene cierta aversión a la radiación que emiten los equipos de telefonía móvil. De este sentimiento surge la idea de incorporar el parámetro de polución electromagnética al problema de optimización MNDP. El problema se aborda mediante métodos metaheurísticos de optimización: un algoritmo evolutivo tradicional, y un novedoso algoritmo recientemente publicado, el Coral Reefs Optimization (CRO). Este último es un algoritmo bio-inspirado que se basa en la simulación de los procesos que de los arrecifes de coral. Los resultados obtenidos de la aplicación de ambas metodologías al problema MNDP han sido comparados con otros tres algoritmos metaheurísticos con la misma función de evaluación. Estos son: el algoritmo Particle Swarm Optimization, el Harmony Search y un algoritmo tipo greedy. Los experimentos realizados sitúan, de manera ampliamente diferenciada, el algoritmo CRO como el más apropiado para resolver el problema MNDP