Nano-scale reservoir computing

This work describes preliminary steps towards nano-scale reservoir computing using quantum dots. Our research has focused on the development of an accumulator-based sensing system that reacts to changes in the environment, as well as the development of a software simulation. The investigated systems generate nonlinear responses to inputs that make them suitable for a physical implementation of a neural network. This development will enable miniaturisation of the neurons to the molecular level, leading to a range of applications including monitoring of changes in materials or structures. The system is based around the optical properties of quantum dots. The paper will report on experimental work on systems using Cadmium Selenide (CdSe) quantum dots and on the various methods to render the systems sensitive to pH, redox potential or specific ion concentration. Once the quantum dot-based systems are rendered sensitive to these triggers they can provide a distributed array that can monitor and transmit information on changes within the material.Comment: 8 pages, 9 figures, accepted for publication in Nano Communication Networks, http://www.journals.elsevier.com/nano-communication-networks/. An earlier version was presented at the 3rd IEEE International Workshop on Molecular and Nanoscale Communications (IEEE MoNaCom 2013

Selezione del Modello e delle Feature per l'Apprendimento in Ecologie Robotiche

Questa tesi è stata svolta nell'ambito del progetto europeo RUBICON (Robotic UBIquitous COgnitive Network). RUBICON ha l'obiettivo di sviluppare ecologie robotiche adattive. A al fine, l'ecologia robotica RUBICON sfrutta un sistema di apprendimento distribuito su reti di dispositivi eterogenei, inclusi sensori wireless. Tale sistema necessita della capacità di gestire in maniera autonoma l'acquisizione dinamica di nuovi compiti di apprendimento. La necessità di lavorare con dati sequenziali, come quelli raccolti dai sensori wireless, ha reso opportuno l'utilizzo di modelli neurali di tipo ricorrente, nello specifico le Echo State Networks (ESN). La tesi è incentrata sull'implementazione di una procedura di selezione automatica di modelli tramite la tecnica di cross-fold validation e sulla realizzazione di un algoritmo innovativo di feature selection specifico per ESN e serie temporali. I risultati ottenuti consentono ad un'ecologia robotica che adotti le soluzioni sviluppate di \emph{auto-configurarsi} e gestire autonomamente il processo di apprendimento adattandosi ai cambiamenti nelle abitudini degli utenti. Inoltre, l'algoritmo di feature selection sviluppato nel lavoro di tesi, permette di identificare automaticamente i segnali di ingresso maggiormente rilevanti per un compito di apprendimento acquisito dinamicamente. Ciò consente di ottimizzare i costi di comunicazione e, potenzialmente, migliorare le prestazioni predittive del sistema di apprendimento