TOPOS:
Pablo González-Nalda

Tesis Doctoral

El trabajo principal en mi actividad investigadora hasta el 10 de octubre de 2008 ha sido el desarrollo de mi Tesis Doctoral "Navegación mediante Evolución de Redes Neuronales Recurrentes y Dinámicas". Gran parte se basa en el sistema Topos, que se describe en el artículo "TOPOS: generalized Braitenberg vehicles that recognize complex real sounds as landmarks", publicado en Alife X.

Palabras clave:

Robótica Evolutiva, Redes Neuronales Recurrentes y Dinámicas, Redes Neuronales de Pulsos, Algoritmos Genéticos, Agentes Autónomos Adaptativos, Morfogénesis de Sensores, Vida Artificial.

Resumen:

En este trabajo se diseña y construye una aplicación denominada Topos que, con los planteamientos de la Inteligencia Computacional, la Robótica en Entornos No Estructurados, la Robótica Evolutiva y la Robótica Bioinspirada, refleja los mecanismos biológicos con los que los seres vivos navegan en su entorno con el fin de evolucionar robots virtuales hasta obtener un comportamiento de navegación. Los robots virtuales obtenidos llevan a cabo de forma autónoma y adaptativa la extracción de características de señales muestreadas con el fin usar dichas señales como puntos de referencia en la tarea de navegación. La extracción de características se realiza mediante evolución de sensores bioinspirados y de Redes Neuronales de Pulsos usando Algoritmos Genéticos para encontrar los parámetros adecuados que resuelven la tarea. La forma simétrica de los robots y su comportamiento de navegación a través de fonotaxias permiten el análisis como vehículos de Braitenberg generalizados.

En el entorno de simulación Topos un robot virtual desarrolla un comportamiento de navegación en un espacio bidimensional mediante la discriminación de sonidos. Las fuentes emisoras del sonido actúan como puntos de referencia en el comportamiento de navegación. La orientación a entornos no estructurados está dada por la naturaleza de los sonidos que empleamos:  ruido, trozos de cantos de pájaro o de música de un CD, en lugar de señales simples. La señal recibida por el robot varía por su movimiento y posición y de forma independiente por la propia dinámica de la señal.

La principal aportación de esta tesis es utilizar el sonido no estructurado como referencia para la navegación de robots bioinspirados en lugar de usar señales visuales, que son totalmente direccionales. La aplicación Topos es innovadora ya que no se encuentran en la literatura trabajos sobre la extracción de características en sonido no estructurado, siendo los más próximos los relativos a la fonotaxia del grillo, que usan señales con una estructura concreta y se modela a mano el sistema auditivo del ser vivo.

Un conjunto de experimentos valida el marco teórico y la aplicación como un sistema de desarrollo de robots con una capacidad de reconocimiento de señal adaptativa y autónoma. El planteamiento teórico requiere la armonización de ideas provenientes de múltiples campos, es decir, es un trabajo realizado dentro de un área de investigación multidisciplinar, proponiendo soluciones a diferentes problemas técnicos y de planteamiento de la Robótica Evolutiva.