Exploración de un modelo comportamental basado en el Quorum Sensing bacterial para describir la interacción entre individuos

El Quorum Sensing es una respuesta bacterial condicionada por expresiones genéticas ampliamente estudiada en biología sistémica. Cuando un grupo de bacterias supera un determinado umbral poblacional, transmiten al medio una proteina que permite la activación de cierto comportamiento almacenado en su ADN. Este comportamiento consiste en el disparo de una acción colectiva de las bacterias en contra de su anfitrión. Este tipo de respuesta puede ser utilizada para modelar el comportamiento de comunidades en las cuales un grupo de individuos y su actividad esta directamente relacionada por la interacción entre ellos y con el medio. En este artículo, se presenta un modelo simplificado de dicho comportamiento con miras a desarrollar un modelo adaptativo complejo para describir dinámicas en organizaciones empresariales. Se muestra un modelo matemático de la bacteria artificial y sus comportamientos, mismos que reflejan la auto-organización del sistema. Se plantea así una arquitectura que trata de describir este tipo de interrelación, así como algunas condiciones locales que pueden disparar el comportamiento colectivo agresivo. Luego de analizar la dinámica de modelo, se observa que los principios de auto-organización que sereflejan son equivalentes a otros observados en comunidades biológicas cuando cambian de un comportamiento a otro (cardúmenes de peces, migraciones de aves, o personas en un concierto)

Wireless Visual Sensor Network Robots Based for the Emulation of Collective Behavior

We  consider the problem of bacterial  quorum Sensing emulate on small mobile robots. Robots that reflect the behavior of bacteria are designed as mobile wireless camera nodes. They are able to structure a dynamic wireless sensor network. Emulated behavior corresponds to a simplification of bacterial quórum sensing, where the action of a network node is conditioned by the population density of robots (nodes) in a given area. The population density Reading is done visually using a camera. The robot makes an estímate of the population density of the images, and acts according to this information. The operation of the camera is done whit a custom firmware, reducing the complexity of the node without the use of any other external or local commuication. Neither was it necessary to develop a model system, precise state estimation or state feedback

Segmentación de imagen por color basado en quorum sensing bacterial

Context: The visual system of the human being is capable of a high level of image processing and ex­traction of information; on the other hand, visual analysis is a primary tool in many decision-making processes. Therefore, we propose a color-segmenta­tion scheme in images, which seeks to functionally replicate this type of processes in order to identify in the images the relevant area for the estimation of the amount of oxygen inside furnaces.Method: Bio-inspired schemes of autonomous na­vigation support the algorithm. The system tries to imitate the behavior of the bacteria (artificial agents) when they move in an unknown environment in search of food, considering only the local readings of the environment. The objective is for the agents to move to the areas of interest, so we include Quorum Sensing (QS), which consists of the bacteria relea­sing additional information in the medium when a population threshold is exceeded, and this speeds up the convergence.Results: The system was successfully applied to segment a set of images from the interior of an industrial furnace. We apply segmentation of the area corresponding to the flame to a set of images taken inside the carbonization furnace, according to reference patterns. The area to be segmented is identified by the proposed QS algorithm. After re­moving the rest of the image, we used it to estimate the oxygen content from similarity measurements using the histogram and reference images. The re­sults show a reduction in the estimation errors with respect to the same process without the segmenta­tion of the image.Conclusions: Problems present in the images taken inside the furnace, such as slides and low contrast with the background, produce erroneous estima­tes of the oxygen level in the combustion process. We performed tests and could conclude that such errors can be reduced by pre-processing the images, in particular using the proposed algorithm to isolate the image area with the relevant information.Contexto: El sistema visual del ser humano es ca­paz de un elevado nivel de procesamiento de imá­genes y extracción de información; por otro lado, muchos procesos de toma de decisiones se soportan en el análisis visual como herramienta primaria. Se propone, por lo tanto, un esquema de segmentación de imágenes de acuerdo al color que busca replicar funcionalmente este tipo de procesos a fin de iden­tificar en imágenes el área relevante para la estima­ción de oxígeno al interior de hornos.Método: El algoritmo está soportado por esquemas bio-inpirados de navegación autónoma. El sistema trata de imitar el comportamiento de las bacterias (agentes artificiales) cuando se desplazan en un am­biente desconocido en busca de alimento, conside­rando solamente las lecturas locales del ambiente. El objetivo es que los agentes se muevan hacia las áreas de interés, proceso que se acelera por la in­clusión del Quorum Sensing (QS) que consiste en que las bacterias liberan información adicional en el medio cuando se supera un umbral poblacional, lo cual acelera la convergencia.Resultados: El sistema ha sido aplicado exitosamen­te para segmentar un conjunto de imágenes pro­venientes del interior de un horno industrial. A un conjunto de imágenes tomadas al interior del horno de carbonización se le aplica segmentación del área correspondiente a la flama de acuerdo a patrones de referencia. El área a segmentar se identifica median­te el algoritmo propuesto de QS. Luego de remover el resto de la imagen, ésta se utiliza para estimar el contenido de oxígeno a partir de medidas de si­milaridad utilizando el histograma e imágenes de referencia. Los resultados muestran una reducción en los errores de estimación con respecto al mismo proceso sin la segmentación de la imagen.Conclusiones: Problemas presentes en las imágenes reales tomadas al interior del horno, tales como co­rrimientos y bajo contraste con el fondo, inciden en estimaciones erróneas del nivel de oxígeno en el pro­ceso de combustión. Se ha demostrado que dichos errores pueden ser reducidos mediante pre-procesa­miento de las imágenes, en particular, utilizando el algoritmo propuesto para aislar el área de la imagen con la información relevante

Concepto de robot humanoide antropométrico para investigación en control

For the further research on passive/active walking control, an anthropomorphic mechanical prototype for a bipedal robot consisting of 10 DOF (degree of freedom) is represented in this article. Based on the concept that a robot that works and interacts with humans must interact with environments designed for humans, we propose a biped robot mechanical design inspired by human proportions. Since the purpose of this prototype is to develop control schemes, the profile of design is complemented by the selection of parameters to facilitate laboratory work, such as size, materials and actuators. During development, we managed to specific the biped structure design from design criteria, and the conclusions reached from the analysis of robotic designs related nationally and internationally. The final design was developed in SolidWorks, and the mechanical dimensioning was tuned from dynamic simulations in MatLab.  Para la futura investigación sobre el control de la marcha pasiva/activa, se representa en este artículo un prototipo mecánico de un robot antropomórfico bípedo que consta de 10 DOF (grado de libertad). Partiendo del concepto de que un robot que trabaje e interactúe con el ser humano debe interactuar con ambientes diseñados para el ser humano, se propone un diseño mecánico de robot bípedo inspirado en proporciones humanas. Dado que el propósito de este prototipo es el desarrollo de esquemas de control, el perfil de diseño se complementa con la selección de parámetros que faciliten el trabajo en laboratorio, como son tamaño, materiales y actuadores. Durante el desarrollo, se logra concretar el diseño de la estructura bípeda a partir de los criterios de diseño y de las conclusiones obtenidas a partir del análisis de diseños robóticos similares a nivel nacional e internacional. El diseño final se desarrolló en SolidWorks, y su dimensionamiento mecánico se afinó a partir de simulaciones dinámicas en MatLab

Modelo de navegación colectiva multi-agente basado en el quorum sensing bacterial

We present a model for the study, analysis, design and evaluation of collective multi-agent navigation for autonomous robots based on behaviors observed in bacteria. The system consists of a set of simple agents (artificial bacteria), which through readings and local interaction are self-organized to navigate along the environment. Given the parallel structure, also happens to be a very robust solution. We show the basic structure proposal for the design abstracting the characteristics of the biological model, together with an analysis of stability and convergence.Se presenta un modelo para el estudio, análisis, diseño y evaluación de navegación colectiva multi-agente para robots autónomos basado en comportamientos observados en bacterias. El sistema consiste de un conjunto de agentes sencillos (bacterias artificiales), los cuales a través de lecturas e interacciones locales se auto-organizan para navegar a lo largo del ambiente. Dada la estructura paralela, también resulta ser una solución muy robusta. Se muestra la estructura básica propuesta para el diseño abstrayendo las características del modelo biológico, en conjunto con un análisis de estabilidad y convergencia