Advances in Public Transport Platform for the Development of Sustainability Cities

Modern societies demand high and varied mobility, which in turn requires a complex transport system adapted to social needs that guarantees the movement of people and goods in an economically efficient and safe way, but all are subject to a new environmental rationality and the new logic of the paradigm of sustainability. From this perspective, an efficient and flexible transport system that provides intelligent and sustainable mobility patterns is essential to our economy and our quality of life. The current transport system poses growing and significant challenges for the environment, human health, and sustainability, while current mobility schemes have focused much more on the private vehicle that has conditioned both the lifestyles of citizens and cities, as well as urban and territorial sustainability. Transport has a very considerable weight in the framework of sustainable development due to environmental pressures, associated social and economic effects, and interrelations with other sectors. The continuous growth that this sector has experienced over the last few years and its foreseeable increase, even considering the change in trends due to the current situation of generalized crisis, make the challenge of sustainable transport a strategic priority at local, national, European, and global levels. This Special Issue will pay attention to all those research approaches focused on the relationship between evolution in the area of transport with a high incidence in the environment from the perspective of efficiency

Active Vision for Scene Understanding

Visual perception is one of the most important sources of information for both humans and robots. A particular challenge is the acquisition and interpretation of complex unstructured scenes. This work contributes to active vision for humanoid robots. A semantic model of the scene is created, which is extended by successively changing the robot\u27s view in order to explore interaction possibilities of the scene

Crowdsensing-driven route optimisation algorithms for smart urban mobility

Urban rörlighet anses ofta vara en av de främsta möjliggörarna för en hållbar statsutveckling. Idag skulle det dock kräva ett betydande skifte mot renare och effektivare stadstransporter vilket skulle stödja ökad social och ekonomisk koncentration av resurser i städerna. En viktig prioritet för städer runt om i världen är att stödja medborgarnas rörlighet inom stadsmiljöer medan samtidigt minska trafikstockningar, olyckor och föroreningar. Att utveckla en effektivare och grönare (eller med ett ord; smartare) stadsrörlighet är en av de svåraste problemen att bemöta för stora metropoler. I denna avhandling närmar vi oss problemet från det snabba utvecklingsperspektivet av ITlandskapet i städer vilket möjliggör byggandet av rörlighetslösningar utan stora stora investeringar eller sofistikerad sensortenkik. I synnerhet föreslår vi utnyttjandet av den mobila rörlighetsavkännings, eng. Mobile Crowdsensing (MCS), paradigmen i vilken befolkningen exploaterar sin mobilkommunikation och/eller mobilasensorer med syftet att frivilligt samla, distribuera, lokalt processera och analysera geospecifik information. Rörlighetavkänningssdata (t.ex. händelser, trafikintensitet, buller och luftföroreningar etc.) inhämtad från frivilliga i befolkningen kan ge värdefull information om aktuella rörelsesförhållanden i stad vilka, med adekvata databehandlingsalgoriter, kan användas för att planera människors rörelseflöden inom stadsmiljön. Såtillvida kombineras i denna avhandling två mycket lovande smarta rörlighetsmöjliggörare, eng. Smart Mobility Enablers, nämligen MCS och rese/ruttplanering. Vi kan därmed till viss utsträckning sammanföra forskningsutmaningar från dessa två delar. Vi väljer att separera våra forskningsmål i två delar, dvs forskningssteg: (1) arkitektoniska utmaningar vid design av MCS-system och (2) algoritmiska utmaningar för tillämpningar av MCS-driven ruttplanering. Vi ämnar att visa en logisk forskningsprogression över tiden, med avstamp i mänskligt dirigerade rörelseavkänningssystem som MCS och ett avslut i automatiserade ruttoptimeringsalgoritmer skräddarsydda för specifika MCS-applikationer. Även om vi förlitar oss på heuristiska lösningar och algoritmer för NP-svåra ruttproblem förlitar vi oss på äkta applikationer med syftet att visa på fördelarna med algoritm- och infrastrukturförslagen.La movilidad urbana es considerada una de las principales desencadenantes de un desarrollo urbano sostenible. Sin embargo, hoy en día se requiere una transición hacia un transporte urbano más limpio y más eficiente que soporte una concentración de recursos sociales y económicos cada vez mayor en las ciudades. Una de las principales prioridades para las ciudades de todo el mundo es facilitar la movilidad de los ciudadanos dentro de los entornos urbanos, al mismo tiempo que se reduce la congestión, los accidentes y la contaminación. Sin embargo, desarrollar una movilidad urbana más eficiente y más verde (o en una palabra, más inteligente) es uno de los temas más difíciles de afrontar para las grandes áreas metropolitanas. En esta tesis, abordamos este problema desde la perspectiva de un panorama TIC en rápida evolución que nos permite construir movilidad sin la necesidad de grandes inversiones ni sofisticadas tecnologías de sensores. En particular, proponemos aprovechar el paradigma Mobile Crowdsensing (MCS) en el que los ciudadanos utilizan sus teléfonos móviles y dispositivos, para nosotros recopilar, procesar y analizar localmente información georreferenciada, distribuida voluntariamente. Los datos de movilidad recopilados de ciudadanos que voluntariamente quieren compartirlos (por ejemplo, eventos, intensidad del tráfico, ruido y contaminación del aire, etc.) pueden proporcionar información valiosa sobre las condiciones de movilidad actuales en la ciudad, que con el algoritmo de procesamiento de datos adecuado, pueden utilizarse para enrutar y gestionar el flujo de gente en entornos urbanos. Por lo tanto, en esta tesis combinamos dos prometedoras fuentes de movilidad inteligente: MCS y la planificación de viajes/rutas, uniendo en cierta medida los distintos desafíos de investigación. Hemos dividido nuestros objetivos de investigación en dos etapas: (1) Desafíos arquitectónicos en el diseño de sistemas MCS y (2) Desafíos algorítmicos en la planificación de rutas aprovechando la información del MCS. Nuestro objetivo es demostrar una progresión lógica de la investigación a lo largo del tiempo, comenzando desde los fundamentos de los sistemas de detección centrados en personas, como el MCS, hasta los algoritmos de optimización de rutas diseñados específicamente para la aplicación de estos. Si bien nos centramos en algoritmos y heurísticas para resolver problemas de enrutamiento de clase NP-hard, utilizamos ejemplos de aplicaciones en el mundo real para mostrar las ventajas de los algoritmos e infraestructuras propuestas

Multi-robot cooperative platform : a task-oriented teleoperation paradigm

This thesis proposes the study and development of a teleoperation system based on multi-robot cooperation under the task oriented teleoperation paradigm: Multi-Robot Cooperative Paradigm, MRCP. In standard teleoperation, the operator uses the master devices to control the remote slave robot arms. These arms reproduce the desired movements and perform the task. With the developed work, the operator can virtually manipulate an object. MRCP automatically generates the arms orders to perform the task. The operator does not have to solve situations arising from possible restrictions that the slave arms may have. The research carried out is therefore aimed at improving the accuracy teleoperation tasks in complex environments, particularly in the field of robot assisted minimally invasive surgery. This field requires patient safety and the workspace entails many restrictions to teleoperation. MRCP can be defined as a platform composed of several robots that cooperate automatically to perform a teleoperated task, creating a robotic system with increased capacity (workspace volume, accessibility, dexterity ...). The cooperation is based on transferring the task between robots when necessary to enable a smooth task execution. The MRCP control evaluates the suitability of each robot to continue with the ongoing task and the optimal time to execute a task transfer between the current selected robot and the best candidate to continue with the task. From the operator¿s point of view, MRCP provides an interface that enables the teleoperation though the task-oriented paradigm: operator orders are translated into task actions instead of robot orders. This thesis is structured as follows: The first part is dedicated to review the current solutions in the teleoperation of complex tasks and compare them with those proposed in this research. The second part of the thesis presents and reviews in depth the different evaluation criteria to determine the suitability of each robot to continue with the execution of a task, considering the configuration of the robots and emphasizing the criterion of dexterity and manipulability. The study reviews the different required control algorithms to enable the task oriented telemanipulation. This proposed teleoperation paradigm is transparent to the operator. Then, the Thesis presents and analyses several experimental results using MRCP in the field of minimally invasive surgery. These experiments study the effectiveness of MRCP in various tasks requiring the cooperation of two hands. A type task is used: a suture using minimally invasive surgery technique. The analysis is done in terms of execution time, economy of movement, quality and patient safety (potential damage produced by undesired interaction between the tools and the vital tissues of the patient). The final part of the thesis proposes the implementation of different virtual aids and restrictions (guided teleoperation based on haptic visual and audio feedback, protection of restricted workspace regions, etc.) using the task oriented teleoperation paradigm. A framework is defined for implementing and applying a basic set of virtual aids and constraints within the framework of a virtual simulator for laparoscopic abdominal surgery. The set of experiments have allowed to validate the developed work. The study revealed the influence of virtual aids in the learning process of laparoscopic techniques. It has also demonstrated the improvement of learning curves, which paves the way for its implementation as a methodology for training new surgeons.Aquesta tesi doctoral proposa l'estudi i desenvolupament d'un sistema de teleoperació basat en la cooperació multi-robot sota el paradigma de la teleoperació orientada a tasca: Multi-Robot Cooperative Paradigm, MRCP. En la teleoperació clàssica, l'operador utilitza els telecomandaments perquè els braços robots reprodueixin els seus moviments i es realitzi la tasca desitjada. Amb el treball realitzat, l'operador pot manipular virtualment un objecte i és mitjançant el MRCP que s'adjudica a cada braç les ordres necessàries per realitzar la tasca, sense que l'operador hagi de resoldre les situacions derivades de possibles restriccions que puguin tenir els braços executors. La recerca desenvolupada està doncs orientada a millorar la teleoperació en tasques de precisió en entorns complexos i, en particular, en el camp de la cirurgia mínimament invasiva assistida per robots. Aquest camp imposa condicions de seguretat del pacient i l'espai de treball comporta moltes restriccions a la teleoperació. MRCP es pot definir com a una plataforma formada per diversos robots que cooperen de forma automàtica per dur a terme una tasca teleoperada, generant un sistema robòtic amb capacitats augmentades (volums de treball, accessibilitat, destresa,...). La cooperació es basa en transferir la tasca entre robots a partir de determinar quin és aquell que és més adequat per continuar amb la seva execució i el moment òptim per realitzar la transferència de la tasca entre el robot actiu i el millor candidat a continuar-la. Des del punt de vista de l'operari, MRCP ofereix una interfície de teleoperació que permet la realització de la teleoperació mitjançant el paradigma d'ordres orientades a la tasca: les ordres es tradueixen en accions sobre la tasca en comptes d'estar dirigides als robots. Aquesta tesi està estructurada de la següent manera: Primerament es fa una revisió de l'estat actual de les diverses solucions desenvolupades actualment en el camp de la teleoperació de tasques complexes, comparant-les amb les proposades en aquest treball de recerca. En el segon bloc de la tesi es presenten i s'analitzen a fons els diversos criteris per determinar la capacitat de cada robot per continuar l'execució d'una tasca, segons la configuració del conjunt de robots i fent especial èmfasi en el criteri de destresa i manipulabilitat. Seguint aquest estudi, es presenten els diferents processos de control emprats per tal d'assolir la telemanipulació orientada a tasca de forma transparent a l'operari. Seguidament es presenten diversos resultats experimentals aplicant MRCP al camp de la cirurgia mínimament invasiva. En aquests experiments s'estudia l'eficàcia de MRCP en diverses tasques que requereixen de la cooperació de dues mans. S'ha escollit una tasca tipus: sutura amb tècnica de cirurgia mínimament invasiva. L'anàlisi es fa en termes de temps d'execució, economia de moviment, qualitat i seguretat del pacient (potencials danys causats per la interacció no desitjada entre les eines i els teixits vitals del pacient). Finalment s'ha estudiat l'ús de diferents ajudes i restriccions virtuals (guiat de la teleoperació via retorn hàptic, visual o auditiu, protecció de regions de l'espai de treball, etc) dins el paradigma de teleoperació orientada a tasca. S'ha definint un marc d'aplicació base i implementant un conjunt de restriccions virtuals dins el marc d'un simulador de cirurgia laparoscòpia abdominal. El conjunt d'experiments realitzats han permès validar el treball realitzat. Aquest estudi ha permès determinar la influencia de les ajudes virtuals en el procés d'aprenentatge de les tècniques laparoscòpiques. S'ha evidenciat una millora en les corbes d'aprenentatge i obre el camí a la seva implantació com a metodologia d'entrenament de nous cirurgians.Postprint (published version

Multi-Agent Systems

This Special Issue ""Multi-Agent Systems"" gathers original research articles reporting results on the steadily growing area of agent-oriented computing and multi-agent systems technologies. After more than 20 years of academic research on multi-agent systems (MASs), in fact, agent-oriented models and technologies have been promoted as the most suitable candidates for the design and development of distributed and intelligent applications in complex and dynamic environments. With respect to both their quality and range, the papers in this Special Issue already represent a meaningful sample of the most recent advancements in the field of agent-oriented models and technologies. In particular, the 17 contributions cover agent-based modeling and simulation, situated multi-agent systems, socio-technical multi-agent systems, and semantic technologies applied to multi-agent systems. In fact, it is surprising to witness how such a limited portion of MAS research already highlights the most relevant usage of agent-based models and technologies, as well as their most appreciated characteristics. We are thus confident that the readers of Applied Sciences will be able to appreciate the growing role that MASs will play in the design and development of the next generation of complex intelligent systems. This Special Issue has been converted into a yearly series, for which a new call for papers is already available at the Applied Sciences journal’s website: https://www.mdpi.com/journal/applsci/special_issues/Multi-Agent_Systems_2019

A systematic review of proactive driver support systems and underlying technologies

Recently, there has been an incredible growth of recommender systems as well as proactive, context-oriented technologies, based on cloud services, ubiquitous computing and service-oriented architecture. This composition of techniques and technologies has made it possible to create intelligent support systems in areas with rapidly changing environment, like car driving. However, such systems are not yet widespread, and available prototypes, in most cases, are only useful for research trials, so their development remains an important issue. Thereby, this paper reviews the existing body of literature on recommender systems and related technologies in order to carry out their systematic analysis and draw the appropriate conclusions on the prospects for their development