Visual attention and swarm cognition for off-road robots

Tese de doutoramento, Informática (Engenharia Informática), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2011Esta tese aborda o problema da modelação de atenção visual no contexto de robôs autónomos todo-o-terreno. O objectivo de utilizar mecanismos de atenção visual é o de focar a percepção nos aspectos do ambiente mais relevantes à tarefa do robô. Esta tese mostra que, na detecção de obstáculos e de trilhos, esta capacidade promove robustez e parcimónia computacional. Estas são características chave para a rapidez e eficiência dos robôs todo-o-terreno. Um dos maiores desafios na modelação de atenção visual advém da necessidade de gerir o compromisso velocidade-precisão na presença de variações de contexto ou de tarefa. Esta tese mostra que este compromisso é resolvido se o processo de atenção visual for modelado como um processo auto-organizado, cuja operação é modulada pelo módulo de selecção de acção, responsável pelo controlo do robô. Ao fechar a malha entre o processo de selecção de acção e o de percepção, o último é capaz de operar apenas onde é necessário, antecipando as acções do robô. Para fornecer atenção visual com propriedades auto-organizadas, este trabalho obtém inspiração da Natureza. Concretamente, os mecanismos responsáveis pela capacidade que as formigas guerreiras têm de procurar alimento de forma auto-organizada, são usados como metáfora na resolução da tarefa de procurar, também de forma auto-organizada, obstáculos e trilhos no campo visual do robô. A solução proposta nesta tese é a de colocar vários focos de atenção encoberta a operar como um enxame, através de interacções baseadas em feromona. Este trabalho representa a primeira realização corporizada de cognição de enxame. Este é um novo campo de investigação que procura descobrir os princípios básicos da cognição, inspeccionando as propriedades auto-organizadas da inteligência colectiva exibida pelos insectos sociais. Logo, esta tese contribui para a robótica como disciplina de engenharia e para a robótica como disciplina de modelação, capaz de suportar o estudo do comportamento adaptável.Esta tese aborda o problema da modelação de atenção visual no contexto de robôs autónomos todo-o-terreno. O objectivo de utilizar mecanismos de atenção visual é o de focar a percepção nos aspectos do ambiente mais relevantes à tarefa do robô. Esta tese mostra que, na detecção de obstáculos e de trilhos, esta capacidade promove robustez e parcimónia computacional. Estas são características chave para a rapidez e eficiência dos robôs todo-o-terreno. Um dos maiores desafios na modelação de atenção visual advém da necessidade de gerir o compromisso velocidade-precisão na presença de variações de contexto ou de tarefa. Esta tese mostra que este compromisso é resolvido se o processo de atenção visual for modelado como um processo auto-organizado, cuja operação é modulada pelo módulo de selecção de acção, responsável pelo controlo do robô. Ao fechar a malha entre o processo de selecção de acção e o de percepção, o último é capaz de operar apenas onde é necessário, antecipando as acções do robô. Para fornecer atenção visual com propriedades auto-organizadas, este trabalho obtém inspi- ração da Natureza. Concretamente, os mecanismos responsáveis pela capacidade que as formi- gas guerreiras têm de procurar alimento de forma auto-organizada, são usados como metáfora na resolução da tarefa de procurar, também de forma auto-organizada, obstáculos e trilhos no campo visual do robô. A solução proposta nesta tese é a de colocar vários focos de atenção encoberta a operar como um enxame, através de interacções baseadas em feromona. Este trabalho representa a primeira realização corporizada de cognição de enxame. Este é um novo campo de investigação que procura descobrir os princípios básicos da cognição, ins- peccionando as propriedades auto-organizadas da inteligência colectiva exibida pelos insectos sociais. Logo, esta tese contribui para a robótica como disciplina de engenharia e para a robótica como disciplina de modelação, capaz de suportar o estudo do comportamento adaptável.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT,SFRH/BD/27305/2006); Laboratory of Agent Modelling (LabMag

Support in decision-making under uncertainty: a project risk assessment tool development and supplementary advances

A foremost dispute that persists on the contemporary world’s agenda is change. The on-going social/technological/economic changes create a competitive and challenging environment for companies to endure. To benefit from these changes, world economies partially depend on emerging Small and Medium Enterprises (SMEs) and their adaptability skills, and subsequently the development of an integrated capability to innovate has become the prime strategy for most of SMEs to subsist and grow. However, innovation and change are always somewhat bonded to an inherent risk development, which subsequently brings on the necessity of a revision of risk management approaches in innovative processes, whose importance SMEs tend to disregard. Additionally, little efforts have been made to improve and create empirical models, metrics and tools to assist SMEs managing latent risks in their innovative projects. This work seeks to present and discuss a solution to support SMEs in engaging on systematic risk management practices, which consists on an integrated risk assessment and response support web-based tool - Spotrisk® - designed for SMEs. On the other hand, an inherent subjectivity is linked with risk management and identification processes, due to uncertainty trait of its nature, for each individual perceives situations according to his own idiosyncrasy, which brings complications in normalizing risk profiles and procedures. This essay aims to bring insights concerning the support in decision-making processes under uncertainty, by addressing issues related with the risk behavior character among individuals. To address such issues, subjects of neuroscience or psychology are explored and models to identify such character are proposed, as well as models to improve presented tool. This work attempts to go beyond the restrictive aim of endeavoring on technical improvement dissertation, and in embraces an exploratory conceptualization concerning micro, small and medium businesses’ traits regarding risk characters and project risk assessment tools

A Study on the Use of Eye Tracking to Adapt Gameplay and Procedural Content Generation in First-Person Shooter Games

This paper studies the use of eye tracking in a First-Person Shooter (FPS) game as a~mechanism to: (1) control the attention of the player's avatar according to the attention deployed by the player, and (2) guide the gameplay and game's procedural content generation, accordingly. This results in a more natural use of eye tracking in comparison to a use in which the eye tracker directly substitutes control input devices, such as gamepads. The study was conducted on a custom endless runner FPS, Zombie Runner, using an affordable eye tracker. Evaluation sessions showed that the proposed use of eye tracking provides a more challenging and immersive experience to the player, when compared to its absence. However, a strong correlation between eye tracker calibration problems and player's overall experience was found. This means that eye tracking technology still needs to evolve but also means that once technology gets mature enough players are expected to benefit greatly from the inclusion of eye tracking in their gaming experience

Distance effects on the accessibility to emergency departments in Portugal

Distance patients have to travel has shown to influence demand for several health services. Our work looks at this effect on the utilization of Emergency Departments (ED) in Portugal. We build upon previous works by taking into account both the severity of emergency visits and the type of ED and by including a set of other variables that have shown to influence ED utilization. Overall, we find distance-elasticity for emergency care that ranges from -1 to -2 (a 10% increase in distance to ED results in a 10-20% decrease in ED utilization), with low-severity demand having the highest distance-elasticity and high-severity demand the lowest. We also show that Primary Health Care, and particularly some new typology of health centers in Portugal, negatively affects ED utilization. Our results provide evidence that distance enters in the budget constraints patients face when seeking health care.Foi demonstrado que a distância (entre a residência e a unidade de saúde) que os pacientes têm de vencer influencia a procura/utilização de vários serviços de saúde. O nosso estudo analisa esse efeito na utilização dos Serviços de Urgência (SU) em Portugal. O trabalho foi desenvolvido tendo por base estudos anteriores, considerando a gravidade dos atendimentos de urgência, o tipo de SU, e um conjunto de outras variáveis que, segundo a literatura, têm demonstrado influenciar a utilização dos SU. Os resultados permitem concluir que os valores de elasticidade distância-procura de cuidados de saúde de urgência variam entre -1 e -2 (um aumento de 10% na distância ao SU resulta numa diminuição de 10-20% na utilização do SU), verificando-se que a procura de baixa gravidade se associa aos valores mais elevados de elasticidade-distância, sendo o inverso verdadeiro. Também se evidencia que os Cuidados de Saúde Primários (CSP) e, particularmente, uma nova tipologia de centros de saúde em Portugal, afetam negativamente a utilização dos SU: pacientes com oferta de CSP próximo da sua residência revelam menor utilização dos SU. Este estudo coloca em evidência o contributo da distância nas restrições orçamentárias que os pacientes enfrentam quando procuram cuidados de saúde

On Collaborative Aerial and Surface Robots for Environmental Monitoring of Water Bodies

Part 8: Robotics and ManufacturingInternational audienceRemote monitoring is an essential task to help maintaining Earth ecosystems. A notorious example is the monitoring of riverine environments. The solution purposed in this paper is to use an electric boat (ASV - Autonomous Surface Vehicle) operating in symbiosis with a quadrotor (UAV – Unmanned Air Vehicle). We present the architecture and solutions adopted and at the same time compare it with other examples of collaborative robotics systems, in what we expected could be used as a survey for other persons doing collaborative robotics systems. The architecture here purposed will exploit the symbiotic partnership between both robots by covering the perception, navigation, coordination, and integration aspects

Conductance interaction identification by means of Boltzmann distribution and mutual information analysis in conductance-based neuron models

Conductance interaction identification by means of Boltzmann distribution and mutual information analysis in conductance-based neuron models

El juicio de admisibilidad de las solicitudes probatorias por vía excepcional, dentro del ciclo de la audiencia del juicio oral, en el sistema penal acusatorio colombiano

Las solicitudes probatorias tienen su origen y reconocimiento en la Constitución Política de Colombia de 1991, determinadas por el enfoque político administrativo que se le ha dado al sistema punitivo dentro de un Estado Social de Derecho. Precisamente, cuando se establece la connotación de Estado Social de Derecho, se está teniendo en cuenta la finalidad que persigue “…en bien de esa sociedad, donde la Corte Constitucional, como lo expone el tratadista de derecho comparado, Diego Eduardo López Medina: “desde sus primeras sentencias insiste en que el fin u objeto fundamental de la Constitución Colombiana es lograr un “Estado Social de Derecho”, entendido como la obligación de interpretar los derechos fundamentales como principios”. Esta capacidad y oportunidad que tienen las partes e intervinientes en la etapa del juicio oral propia del sistema penal acusatorio colombiano con respecto a las solicitudes probatorias, tienen un fundamento teórico en las cuatro (4) tesis garantistas de Luigi Ferrajoli, en materia de derechos fundamentales12 y en el sistema penal acusatorio colombiano recibió aceptación de la Corte Constitucional, en la sentencia C-396 de 2007, en donde le permite al acusado contar con unos principios y reglas claras que le garanticen su presunción de inocencia y la libertad, avalados por el Estado a través de un juez de conocimiento

RAO*: an Algorithm for Chance-Constrained POMDP’s

Autonomous agents operating in partially observable stochastic environments often face the problem of optimizing expected performance while bounding the risk of violating safety constraints. Such problems can be modeled as chance-constrained POMDP’s (CC-POMDP’s). Our first contribution is a systematic derivation of execution risk in POMDP domains, which improves upon how chance constraints are handled in the constrained POMDP literature. Second, we present RAO*, a heuristic forward search algorithm producing optimal, deterministic, finite-horizon policies for CC-POMDP’s. In addition to the utility heuristic, RAO* leverages an admissible execution risk heuristic to quickly detect and prune overly-risky policy branches. Third, we demonstrate the usefulness of RAO* in two challenging domains of practical interest: power supply restoration and autonomous science agentsUnited States. Air Force Office of Scientific Research (Grant FA95501210348)United States. Air Force Office of Scientific Research (Grant FA2386-15-1-4015)SUTD-MIT Graduate Fellows ProgramNICT