Acoustic-based Smart Tactile Sensing in Social Robots

Mención Internacional en el título de doctorEl sentido del tacto es un componente crucial de la interacción social humana y es único entre los cinco sentidos. Como único sentido proximal, el tacto requiere un contacto físico cercano o directo para registrar la información. Este hecho convierte al tacto en una modalidad de interacción llena de posibilidades en cuanto a comunicación social. A través del tacto, podemos conocer la intención de la otra persona y comunicar emociones. De esta idea surge el concepto de social touch o tacto social como el acto de tocar a otra persona en un contexto social. Puede servir para diversos fines, como saludar, mostrar afecto, persuadir y regular el bienestar emocional y físico. Recientemente, el número de personas que interactúan con sistemas y agentes artificiales ha aumentado, principalmente debido al auge de los dispositivos tecnológicos, como los smartphones o los altavoces inteligentes. A pesar del auge de estos dispositivos, sus capacidades de interacción son limitadas. Para paliar este problema, los recientes avances en robótica social han mejorado las posibilidades de interacción para que los agentes funcionen de forma más fluida y sean más útiles. En este sentido, los robots sociales están diseñados para facilitar interacciones naturales entre humanos y agentes artificiales. El sentido del tacto en este contexto se revela como un vehículo natural que puede mejorar la Human-Robot Interaction (HRI) debido a su relevancia comunicativa en entornos sociales. Además de esto, para un robot social, la relación entre el tacto social y su aspecto es directa, al disponer de un cuerpo físico para aplicar o recibir toques. Desde un punto de vista técnico, los sistemas de detección táctil han sido objeto recientemente de nuevas investigaciones, sobre todo dedicado a comprender este sentido para crear sistemas inteligentes que puedan mejorar la vida de las personas. En este punto, los robots sociales se han convertido en dispositivos muy populares que incluyen tecnologías para la detección táctil. Esto está motivado por el hecho de que un robot puede esperada o inesperadamente tener contacto físico con una persona, lo que puede mejorar o interferir en la ejecución de sus comportamientos. Por tanto, el sentido del tacto se antoja necesario para el desarrollo de aplicaciones robóticas. Algunos métodos incluyen el reconocimiento de gestos táctiles, aunque a menudo exigen importantes despliegues de hardware que requieren de múltiples sensores. Además, la fiabilidad de estas tecnologías de detección es limitada, ya que la mayoría de ellas siguen teniendo problemas tales como falsos positivos o tasas de reconocimiento bajas. La detección acústica, en este sentido, puede proporcionar un conjunto de características capaces de paliar las deficiencias anteriores. A pesar de que se trata de una tecnología utilizada en diversos campos de investigación, aún no se ha integrado en la interacción táctil entre humanos y robots. Por ello, en este trabajo proponemos el sistema Acoustic Touch Recognition (ATR), un sistema inteligente de detección táctil (smart tactile sensing system) basado en la detección acústica y diseñado para mejorar la interacción social humano-robot. Nuestro sistema está desarrollado para clasificar gestos táctiles y localizar su origen. Además de esto, se ha integrado en plataformas robóticas sociales y se ha probado en aplicaciones reales con éxito. Nuestra propuesta se ha enfocado desde dos puntos de vista: uno técnico y otro relacionado con el tacto social. Por un lado, la propuesta tiene una motivación técnica centrada en conseguir un sistema táctil rentable, modular y portátil. Para ello, en este trabajo se ha explorado el campo de las tecnologías de detección táctil, los sistemas inteligentes de detección táctil y su aplicación en HRI. Por otro lado, parte de la investigación se centra en el impacto afectivo del tacto social durante la interacción humano-robot, lo que ha dado lugar a dos estudios que exploran esta idea.The sense of touch is a crucial component of human social interaction and is unique among the five senses. As the only proximal sense, touch requires close or direct physical contact to register information. This fact makes touch an interaction modality full of possibilities regarding social communication. Through touch, we are able to ascertain the other person’s intention and communicate emotions. From this idea emerges the concept of social touch as the act of touching another person in a social context. It can serve various purposes, such as greeting, showing affection, persuasion, and regulating emotional and physical well-being. Recently, the number of people interacting with artificial systems and agents has increased, mainly due to the rise of technological devices, such as smartphones or smart speakers. Still, these devices are limited in their interaction capabilities. To deal with this issue, recent developments in social robotics have improved the interaction possibilities to make agents more seamless and useful. In this sense, social robots are designed to facilitate natural interactions between humans and artificial agents. In this context, the sense of touch is revealed as a natural interaction vehicle that can improve HRI due to its communicative relevance. Moreover, for a social robot, the relationship between social touch and its embodiment is direct, having a physical body to apply or receive touches. From a technical standpoint, tactile sensing systems have recently been the subject of further research, mostly devoted to comprehending this sense to create intelligent systems that can improve people’s lives. Currently, social robots are popular devices that include technologies for touch sensing. This is motivated by the fact that robots may encounter expected or unexpected physical contact with humans, which can either enhance or interfere with the execution of their behaviours. There is, therefore, a need to detect human touch in robot applications. Some methods even include touch-gesture recognition, although they often require significant hardware deployments primarily that require multiple sensors. Additionally, the dependability of those sensing technologies is constrained because the majority of them still struggle with issues like false positives or poor recognition rates. Acoustic sensing, in this sense, can provide a set of features that can alleviate the aforementioned shortcomings. Even though it is a technology that has been utilised in various research fields, it has yet to be integrated into human-robot touch interaction. Therefore, in thiswork,we propose theATRsystem, a smart tactile sensing system based on acoustic sensing designed to improve human-robot social interaction. Our system is developed to classify touch gestures and locate their source. It is also integrated into real social robotic platforms and tested in real-world applications. Our proposal is approached from two standpoints, one technical and the other related to social touch. Firstly, the technical motivation of thiswork centred on achieving a cost-efficient, modular and portable tactile system. For that, we explore the fields of touch sensing technologies, smart tactile sensing systems and their application in HRI. On the other hand, part of the research is centred around the affective impact of touch during human-robot interaction, resulting in two studies exploring this idea.Programa de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática por la Universidad Carlos III de MadridPresidente: Pedro Manuel Urbano de Almeida Lima.- Secretaria: María Dolores Blanco Rojas.- Vocal: Antonio Fernández Caballer

Redefiniendo la era de la cirugía digital: el rol de la inteligencia artificial, la realidad aumentada y el aprendizaje automático en el campo quirúrgico

The era of digital surgery is characterized by the implementation of new technologies that have the potential to improve preoperative planning, increase the availability of therapeutic alternatives, improve surgical training in apprentices, optimize postoperative results for patients, and reduce possible adverse events (1). Although the incorporation of these technologies has the main premise of improving patients' clinical outcomes, the use of these advances has been accelerated by commercial interests and the opportunities that large companies have to generate profits worldwide (2). The technologies that are currently having a direct impact on the surgical field are artificial intelligence (AI), augmented reality (AR), and machine learning (ML), without forgetting the availability of other robotic devices (3). Although digital surgery is gaining more popularity in the clinical practice, there is still a lack of knowledge about it, its benefits, and potential barriers to its adoption.La era de la cirugía digital se caracteriza por la implementación de nuevas tecnologías que tienen el potencial para el mejoramiento de la planeación prequirúrgica, de incrementar la disponibilidad de alternativas terapéuticas, de mejorar el entrenamiento quirúrgico en aprendices, de optimizar los resultados postoperatorios de los pacientes y a su vez, de reducir posibles eventos adversos. (1) A pesar de que la incorporación de estas tecnologías tiene como premisa principal mejorar los resultados clínicos de los pacientes, el uso de estos avances se ha visto acelerado por intereses comerciales y por las oportunidades que tienen las grandes compañías de generar ganancias a nivel mundial. (2) Entre las tecnologías que en la actualidad están teniendo un impacto directo en al campo quirúrgico se resaltan la inteligencia artificial (IA), la realidad augmentada (RA) y el aprendizaje automatizado (AA) sin dejar a un lado la disponibilidad de dispositivos robóticos de uso cotidiano. (3) A pesar de que la cirugía digital cada vez gana más popularidad en la práctica clínica, en la actualidad aún existe una falta de conocimiento de la misma, de sus beneficios y sus potenciales barreras para su adopción

Uncertainty Aware Learning from Demonstrations in Multiple Contexts using Bayesian Neural Networks

Diversity of environments is a key challenge that causes learned robotic controllers to fail due to the discrepancies between the training and evaluation conditions. Training from demonstrations in various conditions can mitigate---but not completely prevent---such failures. Learned controllers such as neural networks typically do not have a notion of uncertainty that allows to diagnose an offset between training and testing conditions, and potentially intervene. In this work, we propose to use Bayesian Neural Networks, which have such a notion of uncertainty. We show that uncertainty can be leveraged to consistently detect situations in high-dimensional simulated and real robotic domains in which the performance of the learned controller would be sub-par. Also, we show that such an uncertainty based solution allows making an informed decision about when to invoke a fallback strategy. One fallback strategy is to request more data. We empirically show that providing data only when requested results in increased data-efficiency.Comment: Copyright 20XX IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other work

Alteración en el metabolismo de la hemoglobina y actividad antimalárica in vivo de azoles antimicóticos

Plasmodium parasites degrade host hemoglobin to obtain free amino acids, essential for protein synthesis. During this event, free toxic heme moieties crystallize spontaneously to produce a non-toxic pigment called hemozoin or ß-hematin. In this context, a group of azole antimycotics, clotrimazole (CTZ), ketoconazole (KTZ) and fluconazole (FCZ), were investigated for their abilities to inhibit ß-hematin synthesis (IßHS) and hemoglobin proteolysis (IHbP) in vitro. The ß-hematin synthesis was recorded by spectrophotometry at 405 nm and the hemoglobin proteolysis was determined by SDS-PAGE 12.5%, followed by densitometric analysis. Compounds were also assayed in vivo in a malaria murine model. CTZ and KTZ exhibited the maximal effects inhibiting both biochemical events, showing inhibition of β-hematin synthesis (IC50 values of 12.4 ± 0.9 µM and 14.4 ± 1.4 µM respectively) and inhibition of hemoglobin proteolysis (80.1 ± 2.0% and 55.3 ± 3.6%, respectively). There is a broad correlation to the in vivo results, especially CTZ, which reduced the parasitemia (%P) of infected-mice at 4th day post-infection significantly compared to non-treated controls (12.4 ± 3.0% compared to 26.6 ± 3.7%, p = 0.014) and prolonged the survival days post-infection. The results indicated that the inhibition of the hemoglobin metabolism by the azole antimycotics could be responsible for their antimalarial effect.Los parásitos del género Plasmodium degradan la hemoglobina hospedera obteniendo aminoácidos libres para su síntesis proteica. Durante este evento, unidades de hemo libre tóxicas cristalizan espontáneamente formando un pigmento no tóxico denominado ß-hematina. En este trabajo, se investigó la capacidad de un grupo de azoles antimicóticos: clotrimazol (CTZ), ketoconazol (KTZ) y fluconazol (FCZ), en inhibir la síntesis de ß-hematina y la proteólisis de la globina. La síntesis de ß-hematina se registro por espectrofotometría a 405 nm y la proteólisis de la hemoglobina se determino por SDS-PAGE 15% seguido por análisis densitométrico de las bandas de hemoglobina intactas. Los compuestos fueron también ensayados in vivo en un modelo de malaria murina. CTZ y KTZ inhibieron la síntesis de ß-hematina con CI50 entre 10 y 15 µM y bloquearon la proteólisis de la hemoglobina (80.01 ± 2.04% y 55.33 ± 3.57%, respectivamente). En relación directa con los resultados encontrados in vitro, el CTZ redujo la parasitemia de ratones infectados en forma significativa, así como prolongó lo días de sobrevivencia post-infección en comparación con animales controles no tratados. Se sugiere así que la inhibición del metabolismo de la hemoglobina por los antimicóticos azólicos pudiera ser el mecanismo responsable de su actividad antimalárica

Valores que Practica la Comunidad Educativa y su Incidencia en la Convivencia de los y las Estudiantes del Instituto Hugo Chávez Frías de Managua

Como parte del curso Seminario de Graduación el presente trabajo investigativo titulado: Valores que Practica la Comunidad Educativa y su Incidencia en la Convivencia de los y las Estudiantes del Instituto Hugo Chávez Frías de Managua. Enfoca la inquietud sobre el papel de los valores en la sociedad, describiendo las consecuencias que suceden a diario en la interacción de las personas en los principales ámbitos de convivencia como la familia, la escuela y la comunidad. Los valores son factores imprescindibles en toda relación social y como mecanismo de armonía entre ciudadanos. Por tal razón nos enfatizamos en conocer las características socioeconómicas, así como identificar aquellos valores que practican, adolecen y sus consecuencias para la población. Es por eso que el estudio se apoya desde una perspectiva sociológica, axiológica, ética y cultural. La escuela es donde los niños y jóvenes encuentran las condiciones de interacción social oportuna para su desarrollo actitudinal, imprescindibles para el aprendizaje de sus valores, los cuales dan sentido a la cotidianidad de la vida. Es como sostiene Bolívar (1992), “aunque la familia satisface las necesidades afectivas necesarias, es incapaz de socializar adecuadamente a los jóvenes” (p. 66). Pues el refiere que el “centro escolar es el verdadero contexto educativo de actitudes y valores”. (p. 163). También se hace mención del papel que representan los docentes en el aula de clases ante sus estudiantes, que tiene que lidiar con una sociedad estudiantil tan pluricultural que presentan extensos ámbitos de convivencia. Por eso el estudio investigativo tiene como finalidad estimular el papel que juegan los valores en la personalidad de las personas a la vez destacar la importancia del proceso educativo como mediador esencial para la difusión de estos mismos. La conclusión relevante del estudio especifica en sus resultados que la práctica de valores en la familia, la comunidad y en el proceso enseñanza aprendizaje conlleva a una convivencia armónica de respeto, equidad y tolerancia en la población estudiantil del Insti

Estimación de los índices hídricos (IUA, IRH, IVH) y formulación de medidas para la mitigación del desabastecimiento en la subcuenca Arroyo Grande Corozal (2502-01-07) de la cuenca río Bajo San Jorge

Trabajo de investigaciónEl presente trabajo de grado tuvo como finalidad determinar los indicadores hídricos con especial interés en el índice de vulnerabilidad al desabastecimiento hídrico a través de la Metodología del IDEAM, en la subcuenca del Arroyo Grande Corozal, que pertenece a la cuenca del Río Bajo San Jorge, una vez se analizaron los resultados de los índices se buscó establecer las posibles medidas de adaptación y mitigación.INTRODUCCIÓN 1. GENERALIDADES 2. MARCO DE REFERENCIA 3. METODOLOGÍA 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS 5. CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOSEspecializaciónEspecialista en Recursos Hídrico

Modulation of the oxidative stress in malaria infection by clotrimazole

Antimycotic clotrimazole (CTZ) has demonstrated remarkable activity against Plasmodium falciparum in vitro and in vivo. Hemoglobin degradation by Plasmodium parasites makes amino acids available for protein synthesis, inducing oxidative stress in infected cells and producing free heme. These events represent biochemical targets for potential antimalarials. In this study, we have tested the ability of CTZ to modify the oxidative status in Plasmodium berghei-infected erythrocytes. After hemolysis, activities of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione cycle and NADPH+H+-producing dehydrogenases were investigated using UV-visible spectrophotometry. Thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) were evaluated as a marker of lipid damage. Results showed that CTZ significantly decreased the overall activity of 6-phosphagluconate dehydrogenase (6PGD) compared to infected and non-treated cells; consequently, the glutathione cycle was inhibited, leaving the parasite vulnerable to the oxidative stress originating from hemoglobin degradation. As a compensatory response, CTZ prevented some loss of SOD and CAT activities in infected cells. The infection triggered lipid peroxidation in erythrocytes, which was decreased by CTZ. These results suggest the presence of a redox unbalance in cells treated with CTZ, discussing a possible effect of this compound disturbing the oxidative status in a Plasmodium berghei-infection.O antifúngico clotrimazol (CTZ) tem demonstrado notável atividade contra Plasmodium falciparum. A degradação da hemoglobina por Plasmodium para a obtenção dos aminoácidos necessários à síntese protéica induz estresse oxidativo em eritrócitos devido à liberação de hemos oxidantes. Estes eventos representam alvos bioquímicos para a produção de antimaláricos potenciais. Neste estudo, testamos a capacidade do CTZ para modificar o estado oxidativo em eritrócitos infectados com Plasmodium berghei. Depois da hemólise, as atividades da superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), desidrogenases produtoras de NADPH+H+ e do ciclo de glutationa (GSH) foram investigados. A produção das espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) foi avaliada como marcador de dano lipídico. Os resultados mostraram que o CTZ diminuiu a atividade da 6-fosfogliconato desidrogenase (6PGD), em comparação com eritrócitos infectados e não tratados. Consequentemente, o ciclo da GSH foi inibido, tornando os parasitas vulneráveis ao estresse oxidativo resultante da degradação da hemoglobina. Como resposta compensatória, CTZ impediu a perda de atividade da SOD e CAT nas células infectadas. A infecção induz peroxidação lipídica nos eritrócitos, sendo esta diminuída pelo CTZ. Estes resultados sugerem a existência de desequilíbrio redox nas células tratadas com CTZ, interferindo, assim, com o estado oxidativo verificado durante a infecção malárica