Dissertations / Theses: 'Algorithmes inspirés de la robotique'

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Meyer, Cédric. "Théorie de vision dynamique et applications à la robotique mobile." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066137.

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Abstract:

La reconnaissance d'objet est un grand défi à résoudre pour améliorer l'autonomie des robots. Bien que de nombreuses techniques aient été développées dans le domaine de la vision basée image, aucune d'entre elle ne tient la comparaison face à la perception humaine en termes de performance, de poids et de consommation. Le domaine de l'ingénierie neuromorphique où l'on cherche à reproduire sur puce le comportement d'organes humains, a récemment permis l'émergence de caméras asynchrones bio-inspirées. Les données générées par ces capteurs sont éparses, et asynchrones, ce qui permet le développement d'une vision artificielle adaptée à la scène visuelle en terme de coûts de calculs. Dans cette thèse est étudié l'impact de la prise en compte de temps relatifs précis, rendue possible par l'acquisition évènementielle sur la reconnaissance d'objet. Dans ce travail est d'abord introduit un système de reconnaissance d'objet basé sur des images implémenté sur un robot mobile visant à réaliser une cartographie sémantique. Ensuite sont quantitativement décrits les avantages d'une acquisition évènementielle gr\^ace à l'utilisation de l'information mutuelle. Des primitives visuelles de bas niveau correspondant à la description spatio-temporelle d'une scène dynamique sont ensuite décrites puis une implémentation en temps réel d'un algorithme de suivi de primitive est proposée pour des noyaux de Gabor orientés et de manière générale pour n'importe quel noyau. Finalement, une architecture complètement asynchrone de reconnaissance qui tire pleinement partie de l'information temporelle est présentée, cette méthode étant une extension du modèle HMAX qui s'inspire du cortex visuel des primates
The recognition of objects is a key challenge in increasing the autonomy of robots and their performances. Although many techniques of object recognition have been developed in the field of frame-based vision, none of them hold the comparison against human perception in terms of performance, weight and power consumption. Neuromorphic engineering models biological components into artificial chips. It recently provides an event-based camera inspired from a biological retina. The sparse, asynchronous, scene-driven visual data generated by these sensors allow the development of computationally efficient bio-inspired artificial vision. I focus in this thesis on studying how event-based acquisition and its accurate temporal precision can change object recognition by adding precise timing in the process. This thesis first introduces a frame-based object detection and recognition algorithm used for semantic mapping. It then studies quantitatively what are the advantages of using event-based acquisition using mutual information. It then inquires into low level event-based spatiotemporal features in the context of dynamic scene to introduce an implementation of a real-time multi-kernel feature tracking using Gabor filters or any kernel. Finally, a fully asynchronous time-oriented architecture of object recognition mimicking V1 visual cortex is presented. It extends the state of the art HMAX model in a pure temporal implementation of object recognition

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Sarrabezolles, Louise. "Formalization and Simulation of Bio-Inspired On-chip Dynamic Attractors for Low Power Computer Vision." Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAE001.

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Abstract:

Il devient difficile aujourd'hui de maintenir une amélioration des performances en vision artificielle tout en gardant une capacité de traitement embarqué temps-réel. L'étude du modèle de vision de l'être humain apporte différentes inspirations pour répondre à ce problème. La méthode utilisée par le composant bio-inspirée de BVS-Tech a attiré l'attention de la communauté par ses caractéristiques matérielles et sa mise en oeuvre dans plusieurs projets industriels. Mais l'absence de formalisme mathématique et de simulation de la méthode ne permet pas une analyse des performances de la méthode sur des bases académique. Cette thèse s'est appliquée à approfondir, formaliser et reproduire le concept du système. La modélisation mathématique et la création d'un simulateur ont permis de valider le concept de la méthode sur un set d'images artificielles et d'analyser son comportement et ses performances dans une application spécifique. Les résultats prometteurs mettent cependant en avant la forte dépendance paramétrique de la méthode. Deux extensions de la méthode ont récemment été proposées : l'adaptation automatique des caractéristiques d'entrée d'une part, et la mise en place d'un suivi de cible
High performance in real-time is one of today's challenge of embedded Computer Vision. The study of the human vision models inspires several solutions. The bio-inspired method used by the BVS-Tech component caught the attention of the community with its hardware characteristics and its application in different industrial projects. However, the lack of mathematical formalization and simulation of the method does not allow to analyse it on academical databases.This thesis focused on the understanding, the formalization and the reproduction of the method. The mathematical model and the simulator produced allowed to validate the concept on artificial images, to analyse its behaviour and performances in a specific application. The promising results shows, however, the strong influence of several parameters. Two extensions of the method have recently been proposed: the automatic adaptation of the feature inputs and the prediction integration

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Kachurka, Viachaslau. "Contribution à la perception et l’attention visuelle artificielle bio-inspirée pour acquisition et conceptualisation de la connaissance en robotique autonome." Thesis, Paris Est, 2017. http://www.theses.fr/2017PESC1072/document.

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Abstract:

La présente thèse du domaine de la « Perception Bio-inspirée » se focalise plus particulièrement sur l’Attention Visuelle Artificielle et la Saillance Visuelle. Un concept de l’Attention Visuelle Artificielle inspiré du vivant, conduisant un modèle d’une telle attention artificielle bio-inspirée, a été élaboré, mis en œuvre et testé dans le contexte de la robotique autonome. En effet, bien qu’il existe plusieurs dizaines de modèles de la saillance visuelle, à la fois en termes de contraste et de cognition, il n’existe pas de modèle hybridant les deux mécanismes d’attention : l’aspect visuel et l’aspect cognitif.Pour créer un tel modèle, nous avons exploré les approches existantes dans le domaine de l’attention visuelle, ainsi que plusieurs approches et paradigmes relevant des domaines connexes (tels que la reconnaissance d’objets, apprentissage artificiel, classification, etc.).Une architecture fonctionnelle d’un système d’attention visuelle hybride, combinant des principes et des mécanismes issus de l’attention visuelle humaine avec des méthodes calculatoires et algorithmiques, a été mise en œuvre, expliquée et détaillée.Une autre contribution majeure du présent travail doctoral est la modélisation théorique, le développement et l’application pratique du modèle d’Attention Visuelle bio-inspiré précité, pouvant constituer un socle pour l’autonomie des systèmes robotisés d’assistance.Les études menées ont conclu à la validation expérimentale des modèles proposés, confirmant la pertinence de l’approche proposée dans l’accroissement de l’autonomie des systèmes robotisés – et ceci dans un environnement réel
Dealing with the field of "Bio-inspired Perception", the present thesis focuses more particularly on Artificial Visual Attention and Visual Saliency. A concept of Artificial Visual Attention, inspired from the human mechanisms, providing a model of such artificial bio-inspired attention, was developed, implemented and tested in the context of autonomous robotics. Although there are several models of visual saliency, in terms of contrast and cognition, there is no hybrid model integrating both mechanisms of attention: the visual aspect and the cognitive aspect.To carryout such a model, we have explored existing approaches in the field of visual attention, as well as several approaches and paradigms in related fields (such as object recognition, artificial learning, classification, etc.).A functional architecture of a hybrid visual attention system, combining principles and mechanisms derived from human visual attention with computational and algorithmic methods, was implemented, explained and detailed.Another major contribution of this doctoral work is the theoretical modeling, development and practical application of the aforementioned Bio-inspired Visual Attention model, providing a basis for the autonomy of assistance-robotic systems.The carried out studies and experimental validation of the proposed models confirmed the relevance of the proposed approach in increasing the autonomy of robotic systems within a real environment

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Brilhault, Adrien. "Vision artificielle pour les non-voyants : une approche bio-inspirée pour la reconnaissance de formes." Toulouse 3, 2014. http://thesesups.ups-tlse.fr/2630/.

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Abstract:

La déficience visuelle touche aujourd'hui plus de 315 millions de personnes à travers le monde, un chiffre qui pourrait doubler d'ici 2030 du fait du vieillissement de la population. De par la diversité de ses causes, le nombre de personnes atteintes, et ses conséquences sur la qualité de vie, cette affection fait partie des problèmes de santé d'importance majeure. Les deux grandes approches holistiques pour compenser la perte ou l'absence de vision sont les systèmes de substitution sensorielle, restituant l'information visuelle par l'intermédiaire d'une autre modalité sensorielle (généralement l'audition ou le toucher), et les neuroprothèses visuelles. Ces dernières reproduisent à la surface du relais visuel implanté les images acquises par une caméra, en respectant leur configuration spatiale, un pixel correspondant à une électrode. Malheureusement, les neuroprothèses actuelles souffrent encore d'une perte de résolution trop importante, puisqu'une image ne sera restituée que par une matrice de quelques dizaines de points, rendant ces systèmes inadaptés à une utilisation au quotidien. Ces limitations sont de même nature dans le cas des dispositifs de substitution sensorielle : la quantité d'informations visuelles nécessaire à l'interprétation d'une scène naturelle est bien trop importante par rapport à la résolution de l'interface de restitution (auditive, tactile, ou par micro-stimulation). Ces systèmes se montrent par conséquent inefficaces dans des environnements visuels complexes, et ils ne sont donc qu'extrêmement peu utilisés en dehors des laboratoires de recherches. Ce constat nous a conduits à proposer dans cette thèse une approche alternative, consistant en un système de suppléance intégrant des méthodes de vision artificielle, afin de prétraiter la scène visuelle, et de ne restituer au non-voyant que les informations extraites pertinentes. Grâce à la reconnaissance de formes en temps réel et à la synthèse de sons spatialisés, ce système permet de restaurer des boucles visuomotrices qui rendent à nouveau possibles certaines fonctions visuelles comme la localisation et la préhension d'objets. La navigation étant une autre tâche critique pour les non-voyants, nous avons également incorporé au dispositif des fonctions de guidage basées sur le positionnement par satellites et sur un système d'information géographique adapté. La trop faible précision de localisation du GPS nous a amenés à développer une nouvelle méthode de positionnement hybride, combinant les données satellites et inertielles à la reconnaissance de cibles visuelles géolocalisées. L'utilisation de la vision artificielle a ainsi permis d'améliorer les performances de localisation et d'obtenir une erreur moyenne généralement inférieure à 5 mètres, rendant possible le guidage et la navigation d'un piéton non-voyant. Afin d'améliorer les performances du module de vision artificielle, constituant le cœur du système, nous avons développé et évalué un nouvel algorithme de reconnaissance de formes bio-inspiré multi-résolutions, reposant sur la librairie Spikenet. Celle-ci utilise un codage de l'information visuelle par latence, et des représentations sous forme d'arêtes orientées, telles que celles observées dans le cortex visuel primaire. Par rapport à l'algorithme originel mono-échelle, cette architecture permet de capturer un spectre de fréquences spatiales plus large. Les traitements à faible résolution permettent ainsi d'améliorer la tolérance aux déformations de l'image, alors que les hautes fréquences spatiales, plus discriminantes, maintiennent une précision suffisamment élevée. De par son fonctionnement en plusieurs passes successives, cette nouvelle architecture permet de plus de diminuer les temps de traitement grâce à une première couche rapide, filtrant les objets à rechercher dans la phase suivante à haute résolution, plus coûteuse en temps de calcul
More than 315 million people worldwide suffer from visual impairments, with several studies suggesting that this number will double by 2030 due to the ageing of the population. Given the variety of its causes, the volume of people affected, and its consequences on quality of life, visual impairment constitutes a major current health issue. To compensate for the loss of sight, the two main holistic approaches consist of sensorial substitution and neuroprosthetics. Sensorial substitution devices provide visual information through different sensory modalities (i. E. Audition or touch). Neuroprostheses reproduce images acquired by a video camera at the surface of the visual structure implanted (retina, LGN, or visual cortex), respecting their spatial configuration: each electrode corresponds to a given pixel. Unfortunately, current implants still suffer from very low resolution: each image is transmitted via a matrix of only a few dozen electrodes, rendering these systems unsuitable for everyday use. Sensory substitution devices are subject to the same limitations: the amount of information needed to process a natural visual scene is far too important in relation to the output interface resolutions (both auditive and tactile, or through microstimulation). Thus the current holistic systems at present are unable to provide sufficient aid in navigating complex visual environments, and are rarely implemented outside the context of laboratory research. To overcome these obstacles, we propose the use of artificial vision in order to pre-process visual scenes and provide the user with relevant information. We have validated this approach through the development of a novel assistive device for the blind called 'Navig'. Through shape recognition and spatialized sounds synthesis, this system is able to restore visuomotor loops, allowing users to locate and grab objects of interest. With navigation being one of the most challenging tasks for the visually impaired, we also developed guidance features relying on satellite positioning as well as an adapted geographic information system. Given that GPS accuracy in urban areas remains too low to safely guide blind pedestrians, we developed a new positioning method combining GNSS, inertial sensors and the visual detection of geolocalized landmarks. The use of artificial vision succeeded in reducing the average positioning error, and as a result provides accurate navigational markers to guide visually impaired users. To enhance the performance of the visual module, a key component of the system, we further developed a novel bio-inspired multi-resolution algorithm for pattern recognition based on the Spikenet library. It uses latency-based coding of visual information, oriented edge representations and several other mechanisms which essentially mimick the activations of the primary visual cortex. Compared to the original monoscale algorithm, our new architecture captures a far broader spectrum of spatial frequencies. Low-resolution processing allows for improved tolerance to image degradations and deformations, while higher and more discriminative frequencies maintain optimal selectivity. Through our cascaded scheme, combining detections at different resolutions, we significantly reduced processing time. Indeed, a first pass is used to filter objects of interest, and only a few candidates are then tested at a higher resolution

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Craye, Céline. "Intrinsic motivation mecanisms for incremental learning of visual saliency." Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLY006.

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Abstract:

La conception de systèmes de perception autonomes, tels que des robots capables d’accomplir un ensemble de tâches de manière sûre et sans assistance humaine, est l’un des grands déﬁs de notre siècle. Pour ce faire, la robotique développementale propose de concevoir des robots qui, comme des enfants, auraient la faculté d’apprendre directement par interaction avec leur environnement. Nous avons dans cette thèse exploré de telles possibilités en se limitant à l’apprentissage de la localisation des objets d’intérêt (ou objets saillants) dans l’environnement du robot.Pour ce faire, nous présentons dans ces travaux un mécanisme capable d’apprendre la saillance visuelle directement sur un robot, puis d’utiliser le modèle appris de la sorte pour localiser des objets saillants dans son environnement. Cette méthode a l’avantage de permettre la création de modèles spécialisés pour l’environnement du robot et les tâches qu’il doit accomplir, tout en restant ﬂexible à d’éventuelles nouveautés ou modiﬁcations de l’environnement.De plus, aﬁn de permettre un apprentissage efﬁcace et de qualité, nous avons développé des stratégies d’explorations basées sur les motivations intrinsèques, très utilisées en robotique développementale. Nous avons notamment adapté l’algorithme IAC à l’apprentissage de la saillance visuelle, et en avons conçu une extension, RL-IAC, pour permettre une exploration efﬁcace sur un robot mobile. Aﬁn de vériﬁer et d’analyser les performances de nos algorithmes, nous avons réalisé des évaluations sur plusieurs plateformes robotiques dont une plateforme fovéale et un robot mobile, ainsi que sur des bases de données publiques
Conceiving autonomous perceptual systems, such as robots able to accomplish a set of tasks in a safe way, without any human assistance, is one of the biggest challenge of the century. To this end, the developmental robotics suggests to conceive robots able to learn by interacting directly with their environment, just like children would. This thesis is exploring such possibility while restricting the problem to the one of localizing objects of interest (or salient objects) within the robot’s environment.For that, we present in this work a mechanism able to learn visual saliency directly on a robot, then to use the learned model so as to localize salient objects within their environment. The advantage of this method is the creation of models dedicated to the robot’s environment and tasks it should be asked to accomplish, while remaining flexible to any change or novelty in the environment.Furthermore, we have developed exploration strategies based on intrinsic motivations, widely used in developmental robotics, to enable efficient learning of good quality. In particular, we adapted the IAC algorithm to visual saliency leanring, and proposed an extension, RL-IAC to allow an efficient exploration on mobile robots.In order to verify and analyze the performance of our algorithms, we have carried out various experiments on several robotics platforms, including a foveated system and a mobile robot, as well as publicly available datasets

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Melnyk, Artem. "Perfectionnement des algorithmes de contrôle-commande des robots manipulateur électriques en interaction physique avec leur environnement par une approche bio-inspirée." Thesis, Cergy-Pontoise, 2014. http://www.theses.fr/2014CERG0745/document.

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Abstract:

Les robots intégrés aux chaînes de production sont généralement isolés des ouvriers et ne prévoient pas d'interaction physique avec les humains. Dans le futur, le robot humanoïde deviendra un partenaire pour vivre ou travailler avec les êtres humains. Cette coexistence prévoit l'interaction physique et sociale entre le robot et l'être humain. En robotique humanoïde les futurs progrès dépendront donc des connaissances dans les mécanismes cognitifs présents dans les interactions interpersonnelles afin que les robots interagissent avec les humains physiquement et socialement. Un bon exemple d'interaction interpersonnelle est l'acte de la poignée de la main qui possède un rôle social très important. La particularité de cette interaction est aussi qu'elle est basée sur un couplage physique et social qui induit une synchronisation des mouvements et des efforts. L'intérêt d'étudier la poignée de main pour les robots consiste donc à élargir leurs propriétés comportementales pour qu'ils interagissent avec les humains de manière plus habituelle.Cette thèse présente dans un premier chapitre un état de l'art sur les travaux dans les domaines des sciences humaines, de la médecine et de la robotique humanoïde qui sont liés au phénomène de la poignée de main. Le second chapitre, est consacré à la nature physique du phénomène de poignée de main chez l'être humain par des mesures quantitatives des mouvements. Pour cela un système de mesures a été construit à l'Université Nationale Technique de Donetsk (Ukraine). Il est composé d'un gant instrumenté par un réseau de capteurs portés qui permet l'enregistrement des vitesses et accélérations du poignet et les forces aux points de contact des paumes, lors de l'interaction. Des campagnes de mesures ont permis de montrer la présence d'un phénomène de synchronie mutuelle précédé d'une phase de contact physique qui initie cette synchronie. En tenant compte de cette nature rythmique, un contrôleur à base de neurones rythmiques de Rowat-Selverston, intégrant un mécanisme d'apprentissage de la fréquence d'interaction, est proposé et etudié dans le troisième chapitre pour commander un bras robotique. Le chapitre quatre est consacré aux expériences d'interaction physique homme/robot. Des expériences avec un bras robotique Katana montrent qu'il est possible d'apprendre à synchroniser la rythmicité du robot avec celle imposée par une per-sonne lors d'une poignée de main grâce à ce modèle de contrôleur bio-inspiré. Une conclusion générale dresse le bilan des travaux menés et propose des perspectives
Automated production lines integrate robots which are isolated from workers, so there is no physical interaction between a human and robot. In the near future, a humanoid robot will become a part of the human environment as a companion to help or work with humans. The aspects of coexistence always presuppose physical and social interaction between a robot and a human. In humanoid robotics, further progress depends on knowledge of cognitive mechanisms of interpersonal interaction as robots physically and socially interact with humans. An illustrative example of interpersonal interaction is an act of a handshake that plays a substantial social role. The particularity of this form of interpersonal interaction is that it is based on physical and social couplings which lead to synchronization of motion and efforts. Studying a handshake for robots is interesting as it can expand their behavioral properties for interaction with a human being in more natural way. The first chapter of this thesis presents the state of the art in the fields of social sciences, medicine and humanoid robotics that study the phenomenon of a handshake. The second chapter is dedicated to the physical nature of the phenomenon between humans via quantitative measurements. A new wearable system to measure a handshake was built in Donetsk National Technical University (Ukraine). It consists of a set of several sensors attached to the glove for recording angular velocities and gravitational acceleration of the hand and forces in certain points of hand contact during interaction. The measurement campaigns have shown that there is a phenomenon of mutual synchrony that is preceded by the phase of physical contact which initiates this synchrony. Considering the rhythmic nature of this phenomenon, the controller based on the models of rhythmic neuron of Rowat-Selverston, with learning the frequency during interaction was proposed and studied in the third chapter. Chapter four deals with the experiences of physical human-robot interaction. The experimentations with robot arm Katana show that it is possible for a robot to learn to synchronize its rhythm with rhythms imposed by a human during handshake with the proposed model of a bio-inspired controller. A general conclusion and perspectives summarize and finish this work

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Denarie, Laurent. "Robotics-inspired methods to enhance protein design." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/18677/1/Denarie.pdf.

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Abstract:

The ability to design proteins with specific properties would yield great progress in pharmacology and bio-technologies. Methods to design proteins have been developed since a few decades and some relevant achievements have been made including de novo protein design. Yet, current approaches suffer some serious limitations. By not taking protein’s backbone motions into account, they fail at capturing some of the properties of the candidate design and cannot guarantee that the solution will in fact be stable for the goal conformation. Besides, although multi-states design methods have been proposed, they do not guarantee that a feasible trajectory between those states exists, which means that design problem involving state transitions are out of reach of the current methods. This thesis investigates how robotics-inspired algorithms can be used to efficiently explore the conformational landscape of a protein aiming to enhance protein design methods by introducing additional backbone flexibility. This work also provides first milestones towards protein motion design.

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Craye, Céline. "Intrinsic motivation mecanisms for incremental learning of visual saliency." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLY006/document.

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Abstract:

La conception de systèmes de perception autonomes, tels que des robots capables d’accomplir un ensemble de tâches de manière sûre et sans assistance humaine, est l’un des grands déﬁs de notre siècle. Pour ce faire, la robotique développementale propose de concevoir des robots qui, comme des enfants, auraient la faculté d’apprendre directement par interaction avec leur environnement. Nous avons dans cette thèse exploré de telles possibilités en se limitant à l’apprentissage de la localisation des objets d’intérêt (ou objets saillants) dans l’environnement du robot.Pour ce faire, nous présentons dans ces travaux un mécanisme capable d’apprendre la saillance visuelle directement sur un robot, puis d’utiliser le modèle appris de la sorte pour localiser des objets saillants dans son environnement. Cette méthode a l’avantage de permettre la création de modèles spécialisés pour l’environnement du robot et les tâches qu’il doit accomplir, tout en restant ﬂexible à d’éventuelles nouveautés ou modiﬁcations de l’environnement.De plus, aﬁn de permettre un apprentissage efﬁcace et de qualité, nous avons développé des stratégies d’explorations basées sur les motivations intrinsèques, très utilisées en robotique développementale. Nous avons notamment adapté l’algorithme IAC à l’apprentissage de la saillance visuelle, et en avons conçu une extension, RL-IAC, pour permettre une exploration efﬁcace sur un robot mobile. Aﬁn de vériﬁer et d’analyser les performances de nos algorithmes, nous avons réalisé des évaluations sur plusieurs plateformes robotiques dont une plateforme fovéale et un robot mobile, ainsi que sur des bases de données publiques
Conceiving autonomous perceptual systems, such as robots able to accomplish a set of tasks in a safe way, without any human assistance, is one of the biggest challenge of the century. To this end, the developmental robotics suggests to conceive robots able to learn by interacting directly with their environment, just like children would. This thesis is exploring such possibility while restricting the problem to the one of localizing objects of interest (or salient objects) within the robot’s environment.For that, we present in this work a mechanism able to learn visual saliency directly on a robot, then to use the learned model so as to localize salient objects within their environment. The advantage of this method is the creation of models dedicated to the robot’s environment and tasks it should be asked to accomplish, while remaining flexible to any change or novelty in the environment.Furthermore, we have developed exploration strategies based on intrinsic motivations, widely used in developmental robotics, to enable efficient learning of good quality. In particular, we adapted the IAC algorithm to visual saliency leanring, and proposed an extension, RL-IAC to allow an efficient exploration on mobile robots.In order to verify and analyze the performance of our algorithms, we have carried out various experiments on several robotics platforms, including a foveated system and a mobile robot, as well as publicly available datasets

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Cambier, Nicolas. "Bio-inspired collective exploration and cultural organisation." Thesis, Compiègne, 2019. http://www.theses.fr/2019COMP2511.

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Abstract:

Les systèmes autonomes sont récemment devenus une solution efficace pour des applications telles que l'exploration et la surveillance d'environnements. Dans ces situations, l'utilisation de plusieurs robots pourrait améliorer l'efficacité des solutions proposées, bien que cela nécessite des stratégies d'organisation qui soient à la fois robuste, flexible et adaptables à la taille de la flotte de robots. En robotique en essaim, ces qualités sont assurées par la décentralisation, la redondance (plusieurs/tous les robots effectuent la même tâche), des interactions locales et des règles simples. Les interactions et communications locales sont une composante clef de la robotique en essaim. Jusqu'ici, la communication n'a été utilisée que pour des tâches relativement simples, tels que signaler les préférences ou l'état d'un robot. Cependant, la communication peut être bien plus riche et similaire aux langages humains. Dans ces conditions, elle permettrait aux essaims de robots de gérer de nouvelles situations qui ne seraient pas prévues par leurs concepteurs. De riches communications sont donc nécessaires pour obtenir des essaims entièrement autonomes, en particulier dans des environnements inconnus. Dans cette thèse, nous proposons une approche pour faire émerger des communications riches dans des essaims de robots en utilisant les jeux de langages comme protocole de communication et l'agrégation probabiliste comme cas d'étude. L'agrégation probabiliste est un prérequis pour de nombreuses tâches en robotique en essaim mais elle est aussi extrêmement sensible aux conditions expérimentales. Elle requiert donc un réglage spécifique de ses paramètres pour chaque nouvelle condition, y compris les changements d'échelle ou de densité. Avec notre approche, nous avons observé que l'exécution simultanée du jeu de nommage et de l'agrégation mène, dans certaines conditions, à un nouveau comportement d'agglomération en plusieurs groupes, chacun avec son propre nom, qui est contrôlable via les paramètres de l'agrégation. En poussant ces interactions plus loin, nous démontrons que les dynamiques sociales du jeu de nommage peuvent sélectionner des paramètres d'agrégation efficaces. Cette sélection culturelle crée donc des contrôleurs résilients, qui évoluent en-ligne en fonction du contexte courant
Automatically-controlled artificial systems have recently been used in numerous settings including environmental monitoring and explorations, with great success. In such cases, the use of multiple robots could increase efficiency, although we should ensure that their communication and organisation strategies are robust, exible, and scalable. These qualities can be ensured through decentralisation, redundancy (many/all robots perform the same task), local interaction, and simplistic rules, as is the case in swarm robotics. One of the key components of swarm robotics is local interaction or communication. The later has, so far, only been used for relatively simple tasks such as signalling a robot's preference or state. However, communication has more potential because the emergence of meaning, as it exists in human language, could allow robots swarms to tackle novel situations in ways that may not be a priori obvious to the experimenter. This is a necessary feature for having swarms that are fully autonomous, especially in unknown environments. In this thesis, we propose a framework for the emergence of meaningful communications in swarm robotics using language games as a communication protocol and probabilistic aggregation as a case study. Probabilistic aggregation can be a prerequisite to many other swarm behaviours but, unfortunately, it is extremely sensitive to experimental conditions, and thus requires specific parameter tuning for any setting such as population size or density.With our framework, we show that the concurrent execution of the naming game and of probabilistic aggregation leads, in certain conditions, to a new clustering and labelling behaviour that is controllable via the parameters of the aggregation controller. Pushing this interplay forward, we demonstrate that the social dynamics of the naming game can select efficient aggregation parameters through environmental pressure. This creates resilient controllers as the aggregation behaviour is dynamically evolved online according to the current environmental setting

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Tomic, Marija. "Manipulation robotique à deux mains inspirée des aptitudes humaines." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018ECDN0017/document.

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Abstract:

Le nombre de robot humanoïde s’est accru ces dernières années pour pouvoir collaborer avec l’homme ou le remplacer dans des tâches fastidieuses. L’objectif de cette thèse est de transférer aux robots humanoïdes, des habilités ou compétences humaines, en particulier pour des mouvements impliquant une coordination entre les deux bras. Dans la première partie de la thèse, un processus de conversion d’un mouvement humain vers un mouvement de robot, dans un objectif d’imitation est proposé. Comme les humains possèdent beaucoup plus de degrés de liberté qu’un robot humanoïde, les mouvements identiques ne peuvent pas être produits, les caractéristiques(longueurs des corps) peuvent aussi être différentes. Notre processus de conversion prend en compte l’enregistrement des localisations de marqueurs attachés aux corps de l’humain et des articulations pour améliorer les processus d’imitation. La deuxième partie de la thèse vise à analyser les stratégies de génération du mouvement utilisées par l’homme. Les mouvements humains sont supposés optimaux et notre objectif est de trouver un critère à minimiser pendant les manipulations. Nous faisons l’hypothèse que ce critère est une combinaison de critères classiquement utilisés en robotique et nous recherchons les poids de chaque critère qui représente au mieux le mouvement humain. De cette façon, une approche de commande cinématique optimale peut ensuite être utilisée pour générer des mouvements du robot humanoïde
The number of humanoid robots has increased in recent years to be able to collaborate with humans or replace them in tedious tasks. The objective of this thesis is to transfer to humanoid robots, skills or human competences, in particular for movements involving coordination between the two arms. In the first part of the thesis, a process of conversion from a human movement to a robot movement, with the aim of imitation is proposed. Since humans have much more freedom than a humanoid robot, identical movements cannot be produced, the characteristics (body lengths) canal so be different. Our conversion process takes into account the recording of marker locations attached to human bodies and joints to improve the imitation processes. The second part of the thesis aims at analyzing the strategies used by humans to generate movement. Human movements are assumed to be optimal and our goal is to find criteria minimized during manipulations. We hypothesize that this criterion is a combination of classical criteria used in robotics and we look for the weights of each criterion that best represents human movement. In this way, an optimal kinematic control approach can then be used to generate movements of the humanoid robot

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Milia, Valentin. "Couplage de modèles de chimie quantique et d'algorithmes haute performance pour l'exploration globale du paysage énergétique de systèmes atomiques et moléculaires." Electronic Thesis or Diss., Université de Toulouse (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024TLSEP095.

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Abstract:

L'objectif principal de cette thèse est de développer des méthodes efficaces pour caractériser les conformations des molécules à un niveau quantique. Différentes méthodes dédiées au calcul de l'énergie potentielle d’une molécule sont examinées, ainsi que les schémas d'exploration globale des surfaces d'énergie potentielle (SEP) les plus populaires sont présentés. Une contribution clé de cette thèse est le couplage de la méthode IGLOO (Iterative Global exploration and LOcal Optimization), inspirée de la robotique, mise en œuvre dans le logiciel MoMA, avec le potentiel basé sur la “Density-Functional based Tight-Binding” (DFTB), implémenté dans le logiciel deMonNano. IGLOO intègre l'algorithme de planification de mouvement “Rapidly-exploring Random Trees” (RRT) avec des optimisations locales de l’énergie et un filtrage des structures. Une preuve de concept a été réalisée par l'identification des conformations de basse énergie de la molécule de d'alanine dipeptide.Le couplage IGLOO/DFTB a été appliqué à la cartographie des SEP de trois molécules de taille proche de la famille des phtalates (dibutyl phtalate DBP, benzyl butyl phtalate BBP et di-2-éthylhexyl phtalate DEHP), donnant un aperçu détaillé de leurs différents paysages conformationnels. Divers descripteurs géométriques ont été utilisés pour analyser leurs relations structure-énergie. Les interactions de Coulomb, l'encombrement stérique et les interactions dispersives sont à l'origine des propriétés géométriques et une forte corrélation a été mise en évidence entre les deux angles diédraux décrivant l'orientation des chaînes latérales des molécules de phtalate.En complément, un algorithme innovant pour la génération à grande échelle de molécules, incluant une variété de conformations, est présenté. Il combine la génération de graphes de molécules avec des techniques d'ajout d'atomes ou de fragments. Il est appliqué pour fournir une vaste base de données de structures 3D de molécules de carbone amorphe hydrogéné (a-CH). L'analyse de la base de données générée dans cette étude permet de comprendre la relation entre les descripteurs géométriques et électroniques des structures a-C:H. Ces propriétés sont comparées à celles des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) compacts et des chaînes linéaires, qui représentent des cas limites.Enfin, une revue des méthodes visant à identifier les points de selle et les chemins de transition entre les conformations de faible énergie sur la SEP est présentée. Une première étape pour l'identification des chemins de transition entre les conformations de faible énergie à l'aide d'un algorithme de planification de mouvement, connu sous le nom de Transition-based RRT (T-RRT), est présentée. Une mesure de similarité, désignée sous le nom de Symmetrized Segment-Path Distance (SSPD), est utilisée pour comparer les trajectoires générées. Ensuite, une technique de regroupement, à savoir Analyse de regroupement hiérarchique (HCA), est employée pour regrouper les trajectoires afin d'identifier les classes de chemin donnant la dynamique des changements de conformation. La méthodologie a été appliquée avec succès à l'identification de chemins à faible énergie entre deux minima de la SEP de l’alanine dipeptide.Dans l'ensemble, les travaux présentent des avancées significatives dans l'exploration de SEP de molécules complexes au niveau quantique, y compris (i) le couplage IGLOO/DFTB (ii) un nouvel algorithme pour la génération de structures 3D de molécules à grande échelle et (iii) un schéma original permettant l'identification de multiples chemins de transition. Des corrélations entre les propriétés structurelles, énergétiques et électroniques ont été mises en évidence pour les molécules polluantes de la famille des phtalates ainsi que pour les a-CH ayant une importance du point de vue astrophysique. Ces contributions ouvrent la voie à de futures recherches visant à étendre ces méthodes à des systèmes plus grands et plus complexes
The primary aim of this thesis is to develop efficient methods for characterizing molecular conformations at a quantum level. Various methods devoted to the computation of molecular potential energy are reviewed, as well as the most popular potential energy surfaces (PES) global exploration schemes. In this context, a key contribution of this thesis is the coupling of the robotics-inspired Iterative Global exploration and LOcal Optimization (IGLOO) method, implemented in the MoMA software, with the quantum Density-Functional based Tight-Binding (DFTB) potential, implemented in the deMonNano software. The IGLOO algorithm integrates the motion planning Rapidly-exploring Random Trees (RRT) algorithm with local optimization and structural filtering. A proof of concept has been done through the identification of low-energy conformations of the alanine dipeptide.The IGLOO/DFTB coupling has been applied to the mapping of the PES of three close-sized molecules of the phthalate family (dibutyl phthalate DBP, benzyl butyl phthalate BBP and di-2-ethylhexyl phthalate DEHP), providing detailed insights into their different conformational landscapes. Various geometrical descriptors have been used to analyze their structure-energy relationships. Coulomb interactions, steric hindrance, and dispersive interactions have been found to drive the geometric properties and a strong correlation has been evidenced between the two dihedral angles describing the side-chains orientation of the phthalate molecules. The results demonstrate the method's capability to identify low-energy minima without prior knowledge of the PES.Furthermore, an innovative algorithm for the large-scale generation of molecular structures, including a conformational variety, is presented. It combines molecular graph generation with atom or fragment addition techniques. It is applied to provide an extensive database of 3D structures of hydrogenated amorphous carbon (a-CH) molecules. The analysis of the database generated in this study provides a comprehensive understanding of the relationship between the geometrical and electronic descriptors of a-C:H structures. These properties are compared with those of compact Polycyclic Aromatic Hydrocarbons and linear chains, representing limit cases.Finally, a review is given on methods aiming at identifying saddle points and transition paths between low-energy conformations on the PES. A first step toward the identification of transition paths between low-energy conformations using a motion planning algorithm, known as Transition-based Rapidly-exploring Random Trees (T-RRT), is presented. A similarity measure, designated as the Symmetrized Segment-Path Distance (SSPD), is used to compare the generated trajectories. Subsequently, a clustering technique, namely the Hierarchical Clustering Analysis (HCA), is employed to group similar trajectories in order to identify the common pathways, thereby providing valuable insights into the dynamics of conformational changes. The methodology has been successfully applied to the identification of low-energy paths between two minima of the alanine dipeptide PES.Overall, the research presents significant advancements in the exploration of complex molecular PES at a quantum level including (i) the IGLOO/DFTB coupling (ii) a novel algorithm for 3D structure generation of large-scale molecules and (iii) an original scheme allowing for the identification of multiple transition paths. Correlations between the structural, energetic and electronic properties have been evidenced for the polluting phthalate molecules and astrophysically relevant hydrogenated amorphous carbon (a-CH) molecules. These contributions pave the way for future research, aiming to extend these methods to larger and more complex systems

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Douib, Ameur. "Algorithmes bio-inspirés pour la traduction automatique statistique." Thesis, Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0005/document.

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Abstract:

Différentes composantes des systèmes de traduction automatique statistique sont considérées comme des problèmes d'optimisations. En effet, l'apprentissage du modèle de traduction, le décodage et l'optimisation des poids de la fonction log-linéaire sont trois importants problèmes d'optimisation. Savoir définir les bons algorithmes pour les résoudre est l'une des tâches les plus importantes afin de mettre en place un système de traduction performant. Plusieurs algorithmes d'optimisation sont proposés pour traiter les problèmes d'optimisation du décodeur. Ils sont combinés pour résoudre, d'une part, le problème de décodage qui produit une traduction dans la langue cible d'une phrase source, d'autre part, le problème d'optimisation des poids des scores combinés dans la fonction log-linéaire pour d'évaluation des hypothèses de traduction au cours du décodage. Le système de traduction statistique de référence est basé sur un algorithme de recherche en faisceau pour le décodage, et un algorithme de recherche linéaire pour l'optimisation des poids associés aux scores. Nous proposons un nouveau système de traduction avec un décodeur entièrement basé sur les algorithmes génétiques. Les algorithmes génétiques sont des algorithmes d'optimisation bio-inspirés qui simulent le processus de l'évolution naturelle des espèces. Ils permettent de manipuler un ensemble de solutions à travers plusieurs itérations pour converger vers des solutions optimales. Ce travail, nous permet d'étudier l'efficacité des algorithmes génétiques pour la traduction automatique statistique. L'originalité de notre proposition est de proposer deux algorithmes : un algorithme génétique, appelé GAMaT, comme décodeur pour un système de traduction statistique à base de segments, et un algorithme génétique, appelé GAWO, pour l'optimisation des poids de la fonction log-linéaire afin de l'utiliser comme fonction fitness pour GAMaT. Nous proposons également, une approche neuronale pour définir une nouvelle fonction fitness pour GAMaT. Cette approche consiste à utiliser un réseau de neurones pour l'apprentissage d'une fonction qui combine plusieurs scores, évaluant différents aspects d'une hypothèse de traduction, combinés auparavant dans la fonction log-linéaire, et qui prédit le score BLEU de cette hypothèse de traduction. Ce travail, nous a permis de proposer un nouveau système de traduction automatique statistique ayant un décodeur entièrement basé sur des algorithmes génétiques
Different components of statistical machine translation systems are considered as optimization problems. Indeed, the learning of the translation model, the decoding and the optimization of the weights of the log-linear function are three important optimization problems. Knowing how to define the right algorithms to solve them is one of the most important tasks in order to build an efficient translation system. Several optimization algorithms are proposed to deal with decoder optimization problems. They are combined to solve, on the one hand, the decoding problem that produces a translation in the target language for each source sentence, on the other hand, to solve the problem of optimizing the weights of the combined scores in the log-linear function to fix the translation evaluation function during the decoding. The reference system in statistical translation is based on a beam-search algorithm for the decoding, and a line search algorithm for optimizing the weights associated to the scores. We propose a new statistical translation system with a decoder entirely based on genetic algorithms. Genetic algorithms are bio-inspired optimization algorithms that simulate the natural process of evolution of species. They allow to handle a set of solutions through several iterations to converge towards optimal solutions. This work allows us to study the efficiency of the genetic algorithms for machine translation. The originality of our work is the proposition of two algorithms: a genetic algorithm, called GAMaT, as a decoder for a phrase-based machine translation system, and a second genetic algorithm, called GAWO, for optimizing the weights of the log-linear function in order to use it as a fitness function for GAMaT. We propose also, a neuronal approach to define a new fitness function for GAMaT. This approach consists in using a neural network to learn a function that combines several scores, which evaluate different aspects of a translation hypothesis, previously combined in the log-linear function, and that predicts the BLEU score of this translation hypothesis. This work allowed us to propose a new machine translation system with a decoder entirely based on genetic algorithms

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Douib, Ameur. "Algorithmes bio-inspirés pour la traduction automatique statistique." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0005.

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Abstract:

Différentes composantes des systèmes de traduction automatique statistique sont considérées comme des problèmes d'optimisations. En effet, l'apprentissage du modèle de traduction, le décodage et l'optimisation des poids de la fonction log-linéaire sont trois importants problèmes d'optimisation. Savoir définir les bons algorithmes pour les résoudre est l'une des tâches les plus importantes afin de mettre en place un système de traduction performant. Plusieurs algorithmes d'optimisation sont proposés pour traiter les problèmes d'optimisation du décodeur. Ils sont combinés pour résoudre, d'une part, le problème de décodage qui produit une traduction dans la langue cible d'une phrase source, d'autre part, le problème d'optimisation des poids des scores combinés dans la fonction log-linéaire pour d'évaluation des hypothèses de traduction au cours du décodage. Le système de traduction statistique de référence est basé sur un algorithme de recherche en faisceau pour le décodage, et un algorithme de recherche linéaire pour l'optimisation des poids associés aux scores. Nous proposons un nouveau système de traduction avec un décodeur entièrement basé sur les algorithmes génétiques. Les algorithmes génétiques sont des algorithmes d'optimisation bio-inspirés qui simulent le processus de l'évolution naturelle des espèces. Ils permettent de manipuler un ensemble de solutions à travers plusieurs itérations pour converger vers des solutions optimales. Ce travail, nous permet d'étudier l'efficacité des algorithmes génétiques pour la traduction automatique statistique. L'originalité de notre proposition est de proposer deux algorithmes : un algorithme génétique, appelé GAMaT, comme décodeur pour un système de traduction statistique à base de segments, et un algorithme génétique, appelé GAWO, pour l'optimisation des poids de la fonction log-linéaire afin de l'utiliser comme fonction fitness pour GAMaT. Nous proposons également, une approche neuronale pour définir une nouvelle fonction fitness pour GAMaT. Cette approche consiste à utiliser un réseau de neurones pour l'apprentissage d'une fonction qui combine plusieurs scores, évaluant différents aspects d'une hypothèse de traduction, combinés auparavant dans la fonction log-linéaire, et qui prédit le score BLEU de cette hypothèse de traduction. Ce travail, nous a permis de proposer un nouveau système de traduction automatique statistique ayant un décodeur entièrement basé sur des algorithmes génétiques
Different components of statistical machine translation systems are considered as optimization problems. Indeed, the learning of the translation model, the decoding and the optimization of the weights of the log-linear function are three important optimization problems. Knowing how to define the right algorithms to solve them is one of the most important tasks in order to build an efficient translation system. Several optimization algorithms are proposed to deal with decoder optimization problems. They are combined to solve, on the one hand, the decoding problem that produces a translation in the target language for each source sentence, on the other hand, to solve the problem of optimizing the weights of the combined scores in the log-linear function to fix the translation evaluation function during the decoding. The reference system in statistical translation is based on a beam-search algorithm for the decoding, and a line search algorithm for optimizing the weights associated to the scores. We propose a new statistical translation system with a decoder entirely based on genetic algorithms. Genetic algorithms are bio-inspired optimization algorithms that simulate the natural process of evolution of species. They allow to handle a set of solutions through several iterations to converge towards optimal solutions. This work allows us to study the efficiency of the genetic algorithms for machine translation. The originality of our work is the proposition of two algorithms: a genetic algorithm, called GAMaT, as a decoder for a phrase-based machine translation system, and a second genetic algorithm, called GAWO, for optimizing the weights of the log-linear function in order to use it as a fitness function for GAMaT. We propose also, a neuronal approach to define a new fitness function for GAMaT. This approach consists in using a neural network to learn a function that combines several scores, which evaluate different aspects of a translation hypothesis, previously combined in the log-linear function, and that predicts the BLEU score of this translation hypothesis. This work allowed us to propose a new machine translation system with a decoder entirely based on genetic algorithms

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Germain, Pascal. "Algorithmes d'apprentissage automatique inspirés de la théorie PAC-Bayes." Thesis, Université Laval, 2009. http://www.theses.ulaval.ca/2009/26191/26191.pdf.

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Abstract:

Dans un premier temps, ce mémoire présente un théorème PAC-Bayes général, duquel il est possible d'obtenir simplement plusieurs bornes PAC-Bayes connues. Ces bornes permettent de calculer une garantie sur le risque d'un classificateur à partir de ses performances sur l'ensemble de données d'entraînement. Par l'interprétation du comportement de deux bornes PAC-Bayes, nous énonçons les caractéristiques propres aux classificateurs qu'elles favorisent. Enfin, une spécialisation de ces bornes à la famille des classificateurs linéaires est détaillée. Dans un deuxième temps, nous concevons trois nouveaux algorithmes d'apprentissage automatique basés sur la minimisation, par la méthode de descente de gradient conjugué, de l'expression mathématique de diverses formulations des bornes PAC-Bayes. Le dernier algorithme présenté utilise une fraction de l'ensemble d'entraînement pour l'acquisition de connaissances a priori. Ces algorithmes sont aptes à construire des classificateurs exprimés par vote de majorité ainsi que des classificateurs linéaires exprimés implicitement à l'aide de la stratégie du noyau. Finalement, une étude empirique élaborée compare les trois algorithmes entre eux et révèle que certaines versions de ces algorithmes construisent des classificateurs compétitifs avec ceux obtenus par AdaBoost et les SVM.
At first, this master thesis presents a general PAC-Bayes theorem, from which we can easily obtain some well-known PAC-Bayes bounds. Those bounds allow us to compute a guarantee on the risk of a classifier from its achievements on the training set. We analyze the behavior of two PAC-Bayes bounds and we determine peculiar characteristics of classifiers favoured by those bounds. Then, we present a specialization of those bounds to the linear classifiers family. Secondly, we conceive three new machine learning algorithms based on the minimization, by conjugate gradient descent, of various mathematical expressions of the PAC-Bayes bounds. The last algorithm uses a part of the training set to capture a priori knowledges. One can use those algorithms to construct majority vote classifiers as well as linear classifiers implicitly represented by the kernel trick. Finally, an elaborated empirical study compares the three algorithms and shows that some versions of those algorithms are competitive with both AdaBoost and SVM.
Inscrit au Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures

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Soussen, Charles. "Algorithmes d'approximation parcimonieuse inspirés d'Orthogonal Least Squares pour les problèmes inverses." Habilitation à diriger des recherches, Université de Lorraine, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00924578.

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Abstract:

Ce manuscrit synthétise mon activité de recherche au CRAN entre 2005 et 2013. Les projets menés s'inscrivent dans les domaines des problèmes inverses en traitement du signal et des images, de l'approximation parcimonieuse, de l'analyse d'images hyperspectrales et de la reconstruction d'images 3D. Je détaille plus particulièrement les travaux concernant la conception, l'analyse et l'utilisation d'algorithmes d'approximation parcimonieuse pour des problèmes inverses caractérisés par un dictionnaire mal conditionné. Dans un premier chapitre, je présente les algorithmes heuristiques conçus pour minimiser des critères mixtes L2-L0. Ce sont des algorithmes gloutons << bidirectionnels >> définis en tant qu'extension de l'algorithme Orthogonal Least Squares (OLS). Leur développement est motivé par le bon comportement empirique d'OLS et de ses versions dérivées lorsque le dictionnaire est une matrice mal conditionnée. Le deuxième chapitre est une partie applicative en microscopie de force atomique, où les algorithmes du premier chapitre sont utilisés avec un dictionnaire particulier dans le but de segmenter automatiquement des signaux. Cette segmentation permet finalement de fournir une cartographie 2D de différents paramètres électrostatiques et bio-mécaniques. Le troisième chapitre est une partie théorique visant à analyser les algorithmes gloutons OMP (Orthogonal Matching Pursuit) et OLS. Une première analyse de reconstruction exacte par OLS en k itérations est proposée. De plus, une comparaison poussée des conditions de reconstruction exacte lorsqu'un certain nombre d'itérations ont déjà été effectuées fournit un éclairage sur le meilleur comportement d'OLS (par rapport à OMP) pour les problèmes mal conditionnés. Dans un quatrième chapitre, je dresse quelques perspectives méthodologiques et appliquées dans le domaine de l'analyse parcimonieuse en lien avec les chapitres précédents.

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Fijany, Amir. "Algorithmes et architectures parallèles en robotique." Paris 11, 1988. http://www.theses.fr/1988PA112258.

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Abstract:

La simulation et le contrôle des mouvements d'un robot manipulateur nécessitent la résolution des problèmes cinématiques et dynamiques. Une capacité de calcul insuffisante a toujours constitué l'obstacle majeur de la simulation et du contrôle en temps réel des mouvements d'un robot manipulateur. Il est unanimement reconnu que l'utilisation d'architectures informatiques parallèles est un facteur clé pour surmonter cet obstacle. L'objectif de ce travail est de déduire les caractéristiques essentielles puis de mettre en oeuvre une architecture hautement parallèle qui procure les améliorations significatives et décisives pour calculer les modèles dynamiques et cinématiques. Pour atteindre cet objectif, nous avons tout d’abord effectué une étude algorithmique puis développé des algorithmes parallèles appropriés et efficaces. Les caractéristiques des architectures informatiques pour la mise en oeuvre de ces algorithmes sont ensuite déterminées en étudiant les propriétés communes des algorithmes. Cette approche a permis d'étudier et de mettre en oeuvre une architecture (MlMD-SlMD) hautement parallèle. Cette architecture a permis d'obtenir une réduction significative du temps de calcul des différents problèmes. Pour un robot à six degrés de liberté, le temps de calcul du modèle dynamique inverse est de 187 micro second tandis que le modèle cinématique et son inverse sont calculés en 75 micro secondes.

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Fijany, Amir. "Algorithmes et architectures parallèles en robotique." Grenoble 2 : ANRT, 1988. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37613611m.

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Wang, Yun. "Stéréovision robotique algorithmes de mise en correspondance /." Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37610700h.

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Juston, Raphael. "De l'oeil élémentaire à l'oeil composé artificiel : application à la stabilisation visuelle en vol stationnaire." Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4118.

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Abstract:

La stratégie de l'équipe biorobotique est de s'inspirer de découvertes faites en biologie chez l'insecte ailé dont la vision est adaptée à la navigation autonome dans un environnement 3D inconnu. Cette inspiration donne naissance la réalisation de capteurs visuels minimalistes permettant de rendre autonomes des robots volants, pour des tâches complexes telles que : le décollage et l'atterrissage automatiques, l'évitement d'obstacles et, dans le cas de cette thèse, le vol stationnaire.Cette thèse présente la mise en œuvre des capteurs visuels minimalistes bio-inspirés qui, grâce à des algorithmes de traitement que nous avons réalisés, sont capables de localiser la position d'objets visuels en tirant partie de propriétés souvent bannies en optique : un flou, obtenu par défocalisation, associé à un micro-mouvement rétinien actif. Nous montrons que la précision en localisation ainsi obtenue est considérablement améliorée par rapport à la résolution statique définie par l'échantillonnage spatial : ces capteurs optiques bio-inspirés sont donc dotés d'hyperacuité.Cette thèse présente aussi l'œil composé artificiel miniature CurvACE (de 2,2cm3 pour 1,75g) doté d'une vision panoramique (180x60°). Cette thèse décrit la caractérisation et la mise en œuvre du capteur CurvACE sur le robot HyperRob. En fusionnant les mesures de position données par une quarantaine de pixels couvrant un grand champ visuel, l'œil CurvACE mesure sa position par rapport à un environnement visuel texturé complexe. Nous montrons aussi que le robot volant HyperRob, attaché au bout d'un bras, stabilise son roulis et sa position, dans le plan azimutal, grâce à son œil composé artificiel doté d'hyperacuité
The biorobotics team from the Institute of Movement Sciences (Marseille, France) takes its inspiration from biological studies on flying insects which are able to navigate into unknown 3D environments with a high maneuverability. These studies led us to build minimalist optical sensors to make aerial robots autonomous for achieving complex tasks such as automatic landing and take-off, obstacle avoidance and very accurate hovering flight depicted in this doctoral thesis. This work presents several bio-inspired visual sensors implemented with different visual processing algorithms. All these sensors are able to locate visual objects (contrasting edges and bars) with unusual properties for optical sensing devices: a blur obtained by defocusing optics related with active retinal micro-movements to improve the sensor resolution. We showed that the resolution in locating contrasting objects can be improved up to 160 fold better than the static resolution defined by the pixel pitch, which means that these bio-inspired optical sensors are endowed with hyperacuity.The thesis presents a miniature artificial compound eye CurvACE (of 1.75g for 2.2cm3) with a panoramic field of view (180x60°). This thesis describes thoroughly the characterization and the implementation of the CurvACE sensor onboard an aerial robot named HyperRob. This artificial compound eye acts as a position sensing device able to measure its position relative to a complex textured scene by fusing the position measurements obtained by 40 pixels. The tethered flying robot HyperRob (a 150-g bi-rotor with a 23-cm wingspan) stabilizes its roll and its position thanks to its hyperacute artificial compound eye

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Larabi, Marie-Sainte Souad. "Biologically inspired algortithms for exploratory projection pursuit." Toulouse 1, 2011. http://www.theses.fr/2011TOU10021.

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Abstract:

La thèse consiste à utiliser des méthodes bio-inspirées pour détecter d’éventuelles structures d’intérêt cachées dans des données volumineuses et multidimensionnelles. L’exploration des données et la détection des structures intéressantes sont basées sur l’utilisation de projections révélatrices qui consistent à optimiser des fonctions appelées indices de projection. Les solutions associées à des optimas sont supposées conduire à des représentations graphiques intéressantes dans des espaces de faibles dimensions. Les structures de données sont complexes et les indices de projection ne possèdent pas nécessairement des propriétés de régularité ce qui rend le problème d’optimisation complexe et coûteux en temps de calcul. Parmi les techniques bio-inspirées, les algorithmes génétiques (AG), l’optimisation par essaim particulaire (l’OEP) et une méthode hybride d’OEP dite Tribes ont été choisies. Trois indices issus de la littérature ont été choisis et un autre indice a été proposé. Ces indices sont optimisés dans le cas unidimensionnel et les structures recherchées sont essentiellement des groupes et/ou atypiques. Ces quatre indices de projection et trois méthodes d’optimisation ont été mis en œuvre dans un logiciel appelé EPP-Lab. Ce logiciel est facile à utiliser avec une manière différente d’analyser les résultats obtenus. La recherche de plusieurs optima locaux a été faite par le biais de lancements successifs indépendants. Une autre stratégie consiste à proposer une méthode multimodale inspirée de Tribes qui permet d’obtenir en un seul lancement plusieurs optima. Enfin, la dernière partie consiste à rechercher des groupes en tenant compte de la position géographique des observations statistiques. Une seconde fonction objectif a été proposée pour minimiser la distance entre les observations statistiques appartenant au même groupe. Trois algorithmes multiobjectifs bio-inspirés ont été choisis. Quelques exemples de données réels et simulés ont été traités pour valider la performance de chaque algorithme dans le contexte des projections révélatrices.

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Mafrica, Stefano. "Capteurs visuels bio-inspirés pour des applications robotiques et automobiles." Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4029/document.

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Abstract:

Grâce aux progrès réalisés dans les domaines de la robotique et des systèmes de transport intelligents (ITS), les véhicules autonomes du futur sont en train de devenir une réalité. Comme les véhicules autonomes devront se comporter en toute sécurité en présence d’autres véhicules, de piétions et d’autres objets fixes ou en mouvement, une des choses les plus importantes qu’ils doivent faire est de percevoir efficacement à la fois leur mouvement et l’environnement autour d’eux. Dans cette thèse, nous avons d’abord étudié comment des capteurs visuels bio-inspirés, qui mesurent le flux optique en 1-D en utilisant seulement quelques pixels sur la base du système visuel de la mouche, pourraient être utilisés pour améliorer les manœuvres de stationnement automatiques. Nous avons ensuite travaillé sur une nouvelle rétine de silicium bio-inspirée, en montrant que le nouveau pixel, appelé M²APIX, est capable de s’auto-adapter dans une gamme de 7 décades et de répondre de manière appropriée à des changements de luminosité rapides jusqu’à ±3 décades, tout en conservant une sensibilité aux contrastes aussi bas que 2%. Nous avons enfin développé et testé un nouveau capteur de flux optique basé sur cette rétine auto-adaptative et sur une nouvelle méthode robuste pour le calcul du flux optique, qui est robuste aux variations de lumière, textures et vibrations que l’on retrouve en milieu routier. Nous avons également construit un robot de type voiture, appelé BioCarBot, qui estime sa vitesse et son angle de braquage au moyen d’un filtre de Kalman étendu (EKF), en utilisant uniquement les mesures de flux optique délivrées par deux capteurs de ce type regardant vers le sol
Thanks to the advances in the fields of robotics and intelligent transportation systems (ITS), the autonomous vehicles of the future are gradually becoming a reality. As autonomous vehicles will have to behave safely in presence of other vehicles, pedestrians and other fixed and moving objects, one of the most important things they need to do is to effectively perceive both their motion and the environment around them. In this thesis, we first investigated how bio-inspired visual sensors, giving 1-D optic flow using a few pixels based on the findings on the fly’s visual system, could be used to improve automatic parking maneuvers. We subsequently tested a novel bio-inspired silicon retina, showing that the novel pixel, called M2APix, can auto-adapt in a 7-decade range and respond appropriately to step changes up to ±3 decades, while keeping sensitivity to contrasts as low as 2%. We lastly developed and tested a novel optic flow sensor based on this auto-adaptive retina and a new robust method for computing the optic flow, which is robust to the light levels, textures and vibrations that can be found while operating on the road. We also constructed a car-like robot, called BioCarBot, which estimates its velocity and steering angle by means of an extended Kalman filter (EKF) using only the optic flow measurements delivered by two downward-facing sensors of this kind

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Wang, Yun. "Stéréovision robotique : algorythmes de mise en correspondance." Paris 12, 1987. http://www.theses.fr/1987PA120006.

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Limozin-Long, Pascale. "Vision stéréoscopique appliquée à la robotique." Nice, 1986. http://www.theses.fr/1986NICE4052.

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Lanneau, Sylvain. "Localisation et estimation basées modèle d’un objet ellipsoidal avec le sens électrique artificiel." Thesis, Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire, 2017. http://www.theses.fr/2017IMTA0030/document.

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Abstract:

Le but de cette thèse est de contribuer à la perception sous-marine pour des applications de robotique grâce à un champ électrique. Nous proposons de nouvelles méthodes pour l’inspection, la localisation et l’estimation de forme d’un objet ellipsoïdal en utilisant un capteur inspiré des poissons faiblement électriques. Premièrement, nous montrons que l’objet peut être détecté et que son matériau et sa position par rapport à l’axe du capteur peuvent être discriminés en utilisant de simples détections de seuils sur les courants mesurés. Ensuite, nous proposons l’implémentation successive de trois lois de contrôle réactives permettant au capteur de se diriger vers l’objet et d’effectuer une révolution autour de celui-ci en suivant ses frontières. Puis, nous utilisons l’algorithme MUSIC afin de localiser le centre de l’objet. Enfin, les paramètres géométriques de l’objet et son orientation sont estimés grâce à une méthode d’optimisation basée sur les moindres carrés et sur l’inversion du modèle analytique du tenseur de polarisation d’un objet ellipsoïdal. Nous montrons que ces algorithmes fonctionnent en conditions expérimentales. Pour les algorithmes de localisation et d’estimation de forme, des techniques impliquant des déplacements du capteur sont proposées, afin de réduire significativement les imprécisions dues aux écarts entre le modèle et les mesures de courant
The aim of this thesis is to contribute to the underwater perception for robotics applications using an electric field. We propose new methods for the inspection, the localization and the shape estimation of an ellipsoidal object using a sensor inspired by the weakly electric fish. Firstly, we show that the object can be detected and its material and position relative to the sensor axis discriminated, using simple threshold detections on the measured currents. Then, we propose the successive implementations of three reactive control laws allowing the sensor to head for the object and revolve around it by following its boundaries. After that, we use the MUSIC algorithm in order to localize the object’s center. Finally, the geometrical parameters of the object and its orientation are estimated thanks to an optimization algorithm based on the least squares method and the inversion of the analytical model of the polarization tensor of an ellipsoidal object. We show that these algorithms can be experimentally implemented. For the localization and the shape estimation algorithms, some additional techniques involving sensor movements are proposed in order to significantly reduce the imprecisions due to the gap between the model and the actual currents’ measurements

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Scornavacca, Céline. "Supertree methods for phylogenomics." Montpellier 2, 2009. http://www.theses.fr/2009MON20136.

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Abstract:

Les relations évolutives entre les espèces peuvent être résumées dans un arbre communément appelé “arbre des espèces”. Ces arbres sont principalement estimés en analysant des “arbres de gènes”, ie, des arbres évolutifs construits par l'analyse d'une famille de gènes. Toutefois, pour des raisons méthodologiques et biologiques, un arbre de gènes peut différer de l'arbre des espèces. Pour estimer ce dernier, les biologistes analysent plusieurs jeux de données à la fois. Cette thèse se focalise sur l'approche “super-arbre” pour combiner les jeux de données, qui consiste à construire des arbres “sources” à partir de données primaires puis à les assembler en un arbre plus grand. Au sein d'une approche “diviser pour régner” dans le but de reconstituer l'Arbre de Vie, il est préférable d'utiliser une méthode conservative afin d'obtenir des arbres fiables. Dans ce contexte, une méthode de super-arbre doit afficher seulement des informations présentes ou induites par les arbres sources (propriété d'induction), et qui n'entrent pas en conflit avec ces derniers ou avec une de leurs combinaisons (propriété de non contradiction). Nous avons défini de manière formelle ces deux propriétés et développé un algorithme permettant de modifier un super-arbre afin qu'il les satisfasse. Nous avons également conçu deux méthodes, PhySIC et PhySIC_IST, qui construisent directement des super-arbres satisfaisant ces deux propriétés. Les événements de duplication aboutissent souvent à la présence de plusieurs copies du même gène dans les génomes. Les arbres de gènes sont donc généralement multi-étiquetés, ie, une seule espèce étiquette plusieurs feuilles. Comme aucune méthode n'existe actuellement pour combiner ces arbres, ils sont ignorés dans un approche super-arbre. Dans cette thèse, nous proposons plusieurs algorithmes permettant d'obtenir, à partir d'un arbre multi-étiqueté, un arbre classique contenant un maximum d'informations de spéciation présentes dans l'arbre initial
Evolutionary relationships between species can be summarized in the so-called “species tree. Species trees are mainly estimated using gene trees, ie evolutionary trees constructed by analyzing a gene family. However, for both methodological and biological reasons, a gene tree may differ from the species tree. To estimate species tree, biologists then analyze several data sets at a time. This thesis focuses on the “supertree” approach to combine data sets. This approach consists first in constructing trees (commonly called source trees) from primary data, then assembling them into a larger tree, called supertree. When using supertree construction in a divide-and-conquer approach in the attempt to reconstruct the Tree of Life, conservative supertree methods have to be preferred in order to obtain reliable supertrees. In this context, a supertree method should display only information that is displayed or induced by source trees (induction property, PI) and that does not conflict with source trees or a combination thereof (non contradiction property, PC). In this thesis we introduce two combinatorial properties that formalize these ideas. We proposed algorithms that modify the output of any supertree methods such that it verifies these properties. Since no existing supertree method satisfies both PI and PC, we have developed two methods, PhySIC and PhySIC_IST, which directly build supertrees satisfying these properties. Since duplication events often result in the presence of several copies of the same genes in the species genomes, gene trees are usually multi-labeled, ie , a single species can label more than one leaf. Since no supertree method exists to combine multi-labeled trees, until now these gene trees were simply discarded in supertree analyses. In this thesis, we propose several algorithms to extract a maximum amount of speciation signal from multi-labeled trees and put it under the form of single-labeled trees which can be handled by supertree methods

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Godzik, Nicolas. "Approches évolutionnaires pour la robotique modulaire et anticipatoire." Paris 11, 2005. http://www.theses.fr/2005PA112200.

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Abstract:

Cette thèse propose une approche évolutionnaire de la robotique autonome à mi-chemin entre l'architecture de subsomption de Brooks, basée sur une conception réaliste et modulaire d'un contrôleur de robot, et les approches purement boîte moire de la robotique évolutionnaire. Toutes ces approches passent en effet difficilement à l'échelle lorsque avec la complexité du problème. L'approche des ``contrôleurs symboliques'' utilise comme sorties du contrôleur des comportements déterministes de haut niveau, comme ``aller tout droit'', ``tourner à gauche''. L'étape suivante est l'approche par "superviseurs", dans laquelle le contrôleur prescrit lequel des comportements présents dans une librairie sera utilisé -- les-dits comportements pouvant être eux-même le résultat d'évolutions antérieures (comme ``explorer'', ``aller vers la lumière'',. . . ). Cette approche a été validée expérimentalement dans une experience d'exploration avec recharge d'énergie. Nous nous sommes intéréssés dans un second axe de recherche à l'apprentissage pendant la vie du robot. L'architecture auto-teaching, proposée par Nolfi et Parisi, a été testée en détail, et des défauts patents de ses propriétés de généralisation ont été mis en évidence. L'architecture baptisée Action, Anticipation, Adaptation (AAA) a été créée pour pallier ces défauts : elle utilise les erreurs sur la prédiction des futures sensations du robot pour modifier en ligne les poids du contrôleur. Malgré certaines divergences de comportements en généralisation, l'étude de cette architecture a révélé quelques capacités d'adaptation. Les résultats obtenus suite à la modification de certains paramètres montrent des potentialités intéressantes
In this thesis, we propose some original approaches to autonomous robotics tha are somehow intermediate between Brooks'subsumption architecture and the pure black-box Evolutionary Robotics approach. Both those approaches badly scale up with the complexity of the task of the robot. The "symbolic controllers" approach uses some high level behaviors as output of the controller (e. G. Move forward, turn left,. . . ). The following step is that of the "supervisors", where the controller simply chooses between different possible behaviors from a library of behaviors that can themselves be the result of previous evolutions (e. G. Explore, go to the light,. . . ). This approach is then validate on a homing experiment with battery recharge. Finally, we studied the coupling between evolution and life-time learning for the robot. The "auto-teaching" architecture, proposed by Nolfi and Parisi, has been thoroughly tested, and some clear defects of its generalization properties have been shown. The AAA architecture (Action, Anticipation Adaptation) was designed to remedy those defects: it uses the errors made by the anticipatory part of the controller compared to its actual sensations to on-line modify the weights of the controller. Even though some long-term weaknesses still remain, this architecture showed some small adaptation capabilities, and some prmosing results were obtained after tuning some parameters of the model

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Zidi, Abir. "Méthodes par sous-espaces et algorithmes d’optimisation bio-inspirés pour le débruitage de signaux multidimensionnels et applications." Thesis, Ecole centrale de Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017ECDM0003/document.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à l’étude des rangs matriciels et tensoriels des données multidimensionnelles, et au développement de méthodes d’estimation de ces rangs dans le cadre de la transformée en ondelettes. Pour cette étude, nous avons eu re-cours à la décomposition en paquets d’ondelettes et à l’algèbre multilinéaire. Une méthode d’optimisation stochastique bio-inspirée a été adaptée, avec pour objectif final de supprimer le bruit dans des images multidimensionnelles. Pour cela nous avons estimé les différentes valeurs des dimensions du sous-espace de tenseur pour tous les modes des coefficients des paquets d’ondelettes. Nous avons appliqué les méthodes de débruitage proposées à diverses images multidimensionnelles : images RGB, images multispectrales extraites d’images hyperspectrales de pièces métalliques, images par fluorescence des plantes, et images RX multispectrales. Finalement, une étude comparative a été réalisée avec trois principaux types d’algorithmes : d’une part, la méthode de Perona-Malik basée sur la diffusion ; deuxièmement, la troncature de HOSVD (Higher-Order Singular Value Decomposition) et MWF (Multiway Wiener Filtering) et troisièmement, un procédé basé sur la dé- composition en paquets d’ondelettes et MWF (Multiway Wiener Filtering), où les dimensions du sous-espace de signal sont estimées par un critère statistique plutôt que par une méthode d’optimisation. Les résultats sont prometteurs en termes de débruitage en réalité terrain. En définitive, nous aboutissons à un gain de temps avantageux durant le traitement des images hyperspectrales
This thesis is devoted to study matrix and tensor ranks of multidimensional signalsand to the development of methods for estimating these ranks in the frameworkof the wavelet transform. For this study, we used the wavelet packet decompositionand the multilinear algebra. A bio-inspired stochastic optimization methodhas been adapted, with the ultimate objective of suppressing noise in multidimensionalimages. In order to ensure this, we have estimated the different values ofthe dimensions of the tensor subspace for all the modes of the coefficients of thewavelet packets.We have applied the proposed denoising methods to various multidimensionalimages: RGB images, multispectral images extracted from hyperspectralimages of metal parts, plant fluorescence images, and multispectral RX images.Finally, a comparative study was carried out with three main types of algorithms: onthe one hand, the Perona-Malik method based on diffusion; Second, the truncationof HOSVD and MWF, and thirdly, a method based on wavelet packet decompositionand MWF, where the dimensions of the signal subspace are estimated by a statisticalcriterion rather than by an optimization method. The results are promising in termsof denoising in grund truth. Ultimately, we achieve an advantageous time savingduring the acquisition of hyperspectral images

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Bernard, Mathieu. "Audition active et intégration sensorimotrice pour un robot autonome bioinspiré." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01023986.

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Abstract:

La grande majorité des systèmes perceptifs proposés en robotique héritent d'une conception passive de la perception dans laquelle la génération d'une commande motrice est l'étape ultime d'une succession de traitements purement passifs. Dans le cadre de la localisation de sources sonores, qui est une tâche fondamentale du système auditif, cette approche passive offre de bons résultats lorsque les conditions environnementales sont bien connues et facilement modélisables. Cependant des difficultés apparaissent lorsque l'environnement se complexifie, a fortiori s'il est inconnu ou changeant. Ces difficultés constituent un enjeu important dans le domaine de l'audition artificielle. Cette thèse considère une approche radicalement différente de l'approche passive, inspirée de la psychologie de la perception et de la théorie des contingences sensorimotrices. Cette approche place l'action au coeur du processus de perception, qui est alors vu comme une interaction qu'un agent biologique ou robotique entretient avec son environnement. Alors que l'approche passive nécessite des connaissances sur l'environnement, implicement intégrées dans les traitements par le roboticien, l'approche sensorimotrice suggère au contraire que ces connaissances sont acquises par l'agent de manière autonome, à travers son expérience sensorimotrice. Ainsi cette thèse applique la théorie des contingences sensorimotrices à la localisation de sources sonores pour la robotique autonome. Sur la base d'un modèle bioinspiré du système auditif adapté au contexte robotique, cette thèse propose une redéfinition du problème de la localisation en termes sensorimoteurs. Un modèle de localisation sensorimotrice est alors proposé. Celui-ci se base sur des capacités de perception active bas-niveau pour construire une représentation de l'espace auditif qui est ensuite utilisée pour une localisation passive. En exploitant les capacités d'action du robot, ce modèle permet de s'affranchir des dépendances à l'environnement qui mettent en difficulté l'approche passive, en proposant ainsi un degré d'autonomie supérieur à celui des modèles actuels

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Mezgebe, Tsegay Tesfay. "Algorithmes inspirés des sociales pour concevoir des nouveaux systèmes de pilotage dans le contexte de l'usine du futur." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0006.

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Abstract:

Le pilotage centralisé traditionnel de système manufacturier n’est plus capable de répondre aux besoins du marché en termes d’attentes des clients, de la variété et du cycle de vie des produits. En particulier, l’émergence des systèmes Cyber-Physiques (CPS), vus comme des réseaux de composants physiques et informatiques en interaction, a impacté le pilotage central prédictif pour contrer les perturbations dans les actuelles caractéristiques dynamiques du marché. Par exemple, la modification urgente des besoins de l’entreprise est l’une des perturbations les plus communes qui impacte le planning central d’une manière significative. A l’heure actuelle, le pilotage distribué, pouvant être basé sur les systèmes multi-agent, permet d’améliorer la réactivité pour répondre à différents types de perturbations afin que celles-ci ne soient plus des facteurs contraignants le pilotage. Les travaux de cette thèse explorent la conception de nouveaux algorithmes de pilotage en se basant sur les approches d’interactions sociales, telles que la négociation ou la théorie du consensus). Ces algorithmes intègrent les avantages des actifs liés à l’industrie du futur et englobent différentes entités intelligentes et hétérogènes, ainsi que des systèmes à évènements discrets. Chaque agent peut avoir des capacités différentes, en termes d’évolution, d’apprentissage ou autre, permettant d’une manière globale d’obtenir des comportements émergeants qui s’adaptent dynamiquement aux perturbations rencontrées. Ainsi, chaque agent intelligent décide quand il transmet son état actuel à son voisinage et la décision locale dépend du comportement de l’état des agents. Afin de vérifier l’efficacité des algorithmes proposés (négociation et consensus), ceux-ci ont été modélisés et formulés en mettant en réseau toutes les entités intelligentes, le tout basé sur deux ateliers industriels. Les algorithmes ont ensuite été testés en simulation et d’une manière expérimentale sur la cellule flexible de production du plateau technique TRACILOGIS. Des comparaisons ont été faites avec l’algorithme réactif actuellement implémenté sur cette plateforme, afin de montrer l’applicabilité des algorithmes dans l’obtention de ré-ordonnancement et re-séquencement de produits par priorité. Par conséquent, les résultats expérimentaux réalisés sur TRACILOGIS ont montré que les algorithmes de négociation et de consensus ont minimisé l’impact des perturbations en obtenant de meilleures performances globales qu’auparavant
The use of traditionally centralized control system does not able to meet the rapidly changing customer expectations, high product varieties, and shorter product life-cycles. In particular, the emergence of Cyber Physical System (CPS) which can be seen as interacting networks of physical and computational components has provided the foundation for many new factories’ infrastructures and improved the quality of products and processes. This Cyber Physical System has dramatically impacted the centrally predictive control system in responding to perturbation(s) in the current dynamic market characteristics. Urgent change for example is one of the common perturbations and has significant perturbing ability to a central predictive control system. Accordingly, it is now accepted that using agent-based control system improves the reactivity to treat these perturbation(s) until they are no longer limiting factors. In this study, the use of human-inspired interaction approach (by means of negotiation and consensus-based decision-making algorithms) is explored to design and propose a new control system. It has taken advantages from Industry 4.0 assets and encompassed heterogeneous and intelligent entities (mainly the product entities and resource entities) and discrete event systems. Each entity could have different capability (evolution, learning, etc.) and the whole physical and control system may lead emerging behaviors to dynamically adapt the perturbation(s). Hence, every intelligent entity decides when to broadcast its current state to neighbor entities and the controlling decision depends on the behavior of this state. The negotiation and consensus-based decision-making algorithms were initially formulated and modeled by networking all the contributing and heterogeneous entities considering two real industrial shop floors. Then after, simulation and application implementation tests on the basis of full-sized academic platform called TRACILOGIS platform have been conducted to verify and validate these decision-making algorithms. This has been done with expectations that the applicability of these algorithms will be more adaptable to set best priority-based product sequencing and rescheduling than another decision-making approach called pure reactive control approach. Accordingly, the experimental results have shown that the negotiation and consensus among the decisional entities have significantly minimized the impact of perturbation(s) on a production process launched on the TRACILOGIS platform. Meanwhile, using these two decision-making algorithms has conveyed better global performance (e.g., minimized makespan) over the pure reactive control approach

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Orseau, Laurent. "Imitation algorithmique : Apprentissage Incrémental En-ligne de Séquences." Rennes, INSA, 2007. http://www.theses.fr/2007ISAR0014.

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Abstract:

En apprentissage continuel, un agent apprenant est en continuelle interaction avec son environnement. À chaque instant, il reçoit des entrées, doit effectuer un calcul et un apprentissage court (en-ligne), puis renvoie des sorties. Il n'y a pas de but particulier, l'agent doit simplement apprendre au fur et à mesure, incrémentalement, sans notion de "problème" a priori, en réutilisant la connaissance acquise précédemment pour apprendre des problèmes de plus en plus complexes. Nous nous intéressons dans ce cadre à l'apprentissage de séquences complexes. Mais l'agent ne peut pas se permettre d'effectuer un grand nombre d'essais et d'erreurs. Comment dans ce cas apprendre rapidement à partir d'un nombre réduit d'exemples ?Les méthodes existantes pour résoudre de tels problèmes ne sont pas adaptées à l'apprentissage continuel, car il augmente grandement les difficultés. Pour simplifier la tâche, nous adoptons alors un protocole d'imitation, qui permet à l'agent d'apprendre en observant un professeur, tout en lui laissant une grande autonomie et en étant en accord avec l'apprentissage continuel. L'imitation étant habituellement utilisée dans un cadre robotique, nous l'étendons pour pouvoir apprendre des séquences plus complexes : c'est l'Imitation Algorithmique. Un système d'apprentissage adapté, CSAAL, est ensuite proposé et les expérimentations montrent qu'il est effectivement capable d'apprendre des séquences complexes en très peu d'exemples. Une extension du système précédent, H-CSAAL, permet alors de réutiliser hiérarchiquement des fonctions récurrentes, augmentant ainsi à la fois l'autonomie de l'agent et ses capacités de généralisation
In continual learning, an agent is continually interacting with its environment. At each time step, it receives inputs, uses a small amount of computations (online) and gives outputs. There is no real definition of a goal to learn, the agent must acquire more and more knowledge, incrementally, and re-use it in more complex tasks. In this framework, we are interested in learning complex sequences, involving recurrence, variables and conditions. But the agent cannot use a large number of trials and error, because of its interaction with the environment. How then can learning be possible from a small number of examples?Traditional methods that are able to solve such complex tasks do not fit in the continual learning framework, because difficulties become harder. To simplify the task, an imitation protocol is used, allowing the agent to learn by seeing a teacher doing, but this respects the continual learning constraints and keeps a high autonomy. Imitation is usually used in a robotic framework, so we extend it to learn more complex sequences~: this is Algorithmic Imitation. A learning system, CSAAL, is then developed and tested on experiments showing that it is indeed able to learn complex sequences within few examples. An extension of this system, H-CSAAL, allows to re-use hierarchically recurrent functions, increasing both the autonomy of the agent and its generalization capacities

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Montero, Elisabeth. "Calibration strategies for bio-inspired population-based algorithms that solve combinatorial optimization problems." Nice, 2011. http://www.theses.fr/2011NICE4040.

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Abstract:

La sélection de valeurs adéquates pour les paramètres des algorithmes bio-inspirés est un processus crucial pour obtenir de bonnes performances. C’est un processus complexe étant donné que les valeurs des paramètres dépendent en général du problème que l’on cherche à résoudre. Il est de plus très coûteux en temps, et les paramètres ne sont pas complètement indépendants entre eux. La première contribution de cette thèse consiste en une étude comparative des caractéristiques et performances des différentes méthodes connues dans la littérature pour ajuster les paramètres, en analysant leurs avantages et leurs inconvénients. Le plus grand désavantage de ces méthodes est qu’elles sont très coûteuses en temps. Cependant, elles permettent d’obtenir de bonnes estimations pour les paramètres, en concentrant la recherche dans des régions statistiquement prometteuses. Nous présentons de plus une analyse du potentiel de ces techniques en tant qu’aide dans le processus de conception d’algorithmes évolutifs. Même si ces techniques aident à prendre des décisions quant à la conception de l’algorithme, elles ne sont pas capables d’éliminer de l’algorithme les éléments qui ne contribuent pas à son bon fonctionnement. La contribution principale de la thèse se situe sur la capacité de déterminer les valeurs des paramètres à la volée. Nous proposons deux nouvelles méthodes pour améliorer les performances des algorithmes évolutifs : Ac et Sac. Ac réalise un contrôle de la population dans lequel un opérateur reçoit une récompense en fonction de l’amélioration de performance issue de son application. Sac est quant à lui orienté à un contrôle individuel dans lequel le taux d’un opérateur qui correspond à un individu dépend de l’efficacité qu’a eue cet opérateur dans l’amélioration des générations précédentes. Ces deux méthodes peuvent être incorporées sans introduire un coût significatif, et sans changement important dans la conception d’origine de l’algorithme. Les décisions prises durant la recherche se basent ainsi sur les informations disponibles sur le comportement passé, à partir d’un processus permettant à l’algorithme d’effectuer des changements de valeurs de paramètres qu’il juge nécessaires. L’application de ces techniques a permis à l’algorithme d’éliminer des composants non nécessaires à sa recherche, grâce à une utilisation minimale de ceux-ci. Nous proposons également la stratégie (C,n)-strategy connue pour réaliser un contrôle dans l’algorithme immunitaire CLONAG, permettant de réduire en bonne partie le nombre de paramètres sur lesquels repose son exécution, ainsi que d’améliorer son comportement grâce à la modification à la volée du nombre de cellules sélectionnées pour le clonage, ainsi que le nombre de clones produits. Les techniques appliquées à l’algorithme évolutif, comme celle appliquée à l’algorithme immunitaire cherchent un équilibre entre l’exploration et l’exploitation de l’espace de recherche en utilisant les paramètres sélectionnés pour réaliser le contrôle. A partir du travail réalisé dans cette thèse, nous pouvons conclure que les techniques d’ajustement des paramètres permettent effectivement de trouver un ensemble de valeurs des paramètres qui offre une bonne performance de l’algorithme de recherche. Ces techniques demandent une analyse antérieure de la définition de l’espace de recherche pour les valeurs des paramètres, et requièrent de plus un temps d‘exécution considérable. Néanmoins, à partir des informations données par ces techniques d’ajustement, il est possible de prendre des décisions concernant la conception de l’algorithme que l’on veut ajuster. En ce qui concerne les techniques de contrôle de paramètres, nous pouvons conclure qu’elles permettent d’améliorer l’efficacité de l’algorithme et de réduire l’effort d’ajustement des paramètres car elles réduisent le nombre de paramètres à ajuster, qu’elles sont capables d’ajuster automatiquement les paramètres de l’algorithme sans modifier la conception d’origine de l’algorithme, et enfin, qu’elles ajoutent une quantité minime de paramètres additionnels à l’algorithme. Le développement de techniques capables de travailler avec n’importe quel type de paramètres demandant une définition de l’information d’entrée et qui soient capables de stopper à temps la recherche afin de ne pas perdre de ressources, reste un terme de recherche ouvert. Nous avons montré dans cette thèse qu’il est possible de réaliser un contrôle à la volée des paramètres des algorithmes basés sur des populations. Une perspective de recherche intéressante consiste à arriver à automatiser l’identification du rôle des composants de l’algorithme afin de pouvoir concevoir automatiquement les stratégies de contrôle
Selection of proper values for parameters of bio-inspired algorithms is crucial to get good performance. To find these values is a complex process because parameter values depend on the problem that is being solved. Moreover, it is a high time consuming task and parameters are interrelated values. The first contribution of this thesis is the comparative study of features and performance of some automated parameter tuning methods. Advantages and disadvantages of these methods were identified. The main disadvantage of tuning methods is that they are high consuming time process. These methods search for parameters values focusing on statistically promising areas of the parameters search space. We also present an analysis of the potential of using these techniques to support the design process of evolutionary algorithms. In most cases, tuning methods are not able to discard elements that do not contribute to their operation. The main contribution of this thesis is related to the ability of varying parameter values during the execution of the algorithm. These kinds of approaches are known as parameter control methods. Two methods are proposed in this thesis for improving the performance of evolutionary algorithms by controlling its operators rates : Ac and Sac. Ac works in a population level rewarding operators that perfom good transformations during the iteration and punishing the others. Sac works in an individual level rewarding or punishing operators according to the performance of their applications in each individual. These both control methods can be incorporated to the evolutionary algorithm without introducing a meaningful cost in terms of time and without changing the original structure of the evolutionary algorithm. Variations of parameter values are based on current and past information about the operators performance. The incorporation of these techniques allows the algorithm to decide when and how much use each operator during the search process. Moreover, we propose the (C,n)-strategy for the CLONALG artificial immune system. In this case we control the amount of selected cells and clones produced in each iteration. The application of our control method allows us to reduce the amount of parameters to tune for the algorithm. Our control technique is able to manage the relationship between intensification and diversification stages of the search by varying the values of these parameters. From this work, we can conclude that parameter tuning techniques are able to find parameter values that show a good performance on the tuned algorithm. Most of these techniques require a previous analysis of the parameter search spaces and, in general, they require a considerable amount time. However, they can be able to make decisions about the design of the evolutionary algorithm. About the incorporation of parameter control strategies, we can conclude that it is possible to improve the efficiency of the algorithm, reducing the tuning effort by decreasing the number of parameters of tune. It is possible to vary parameter values during the search without changing the original design of the algorithm. Finally, the proposed techniques add a minimum amount of easily tunable new parameters. The development of tuning techniques able to work with any kind of parameters and capable to determine proper stopping criteria in order to do not waste resources is still an open research area. In this thesis we have shown that it is possible to perform on-line parameter variation in population-based algorithms. One interesting point of research is the automatic identification of the role of different components of the algorithm in order to automatize the design process of parameter control strategies

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Bouzid, Zohir. "Modèles et algorithmes pour les systèmes émergents." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066589.

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Abstract:

Les réseaux de robots autonomes sont des entités mobiles qucommuniquent uniquement ˆ travers leurs mouvements et l'observation deleurs positions respectives. Ils sont anonymes, sans mémoire et sanssystème de coordonnées global, ni une notion commune de ladistance. Nous nous concentrons sur l'étude algorithmique des problèmes derassemblement et de convergence des robots quand ils sont sujets ˆ despannes. Notre première contribution est de nature géométrique. Nousfournissons un protocole pour calculer le point Weber d'une grandeclasse de configurations qui ont une symétrie rotationnelle. Se basant sur cette primitive, nous présentons un algorithme quirésout le problème du rassemblement en présence de n'importe quelnombre de pannes franches. Ensuite, nous abordons le problème de convergence quand les robotspeuvent subir des pannes byzantines qui sont plus difficiles àmanipuler que les pannes franches. Nous fournissons plusieurs bornesoptimales qui relient le degré de synchronie du système àsa résilience. Enfin, nous Étudions les robots qui sont dotées de mémoire et nousmontrons que ce modèle est plus fort que le modèle de passage demessages
Networks of autonomous robots are mobile entities that communicate only through their movements and the observation of their respective positions. They are anonymous, without memory and without a global coordinate system nor a common notion of distance. We focus on the algorithmic study of the problems of gathering and convergence of robots when some of them may be subject to failures. Our first contribution is of geometric nature. We provide a protocol to compute the Weber point of a large class of rotational symmetric configurations. Based on this primitive, we present an algorithm that solves thegathering problem in presence of any number of crash failures. Then, we address the convergence problem when robots may incur byzantine failures which are harder to handle than crash failures. We provide several tight bounds relating the degree of synchronicity of the system to its resiliency. Finally, we study robots that are endowed with memory and we show that this model is stronger than the message passing model. The different node types in an uniformized manner. Our experimental results show that this model is able to take in account the correlations between labels of different node types

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Côté, Marianne. "Développement d'algorithmes d'estimation de la pose d'objets saisis par un préhenseur robotique." Master's thesis, Université Laval, 2016. http://hdl.handle.net/20.500.11794/26802.

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Abstract:

Les préhenseurs robotiques sont largement utilisés en industrie et leur déploiement pourrait être encore plus important si ces derniers étaient plus intelligents. En leur conférant des capacités tactiles et une intelligence leur permettant d’estimer la pose d’un objet saisi, une plus vaste gamme de tâches pourraient être accomplies par les robots. Ce mémoire présente le développement d’algorithmes d’estimation de la pose d’objets saisis par un préhenseur robotique. Des algorithmes ont été développés pour trois systèmes robotisés différents, mais pour les mêmes considérations. Effectivement, pour les trois systèmes la pose est estimée uniquement à partir d’une saisie d’objet, de données tactiles et de la configuration du préhenseur. Pour chaque système, la performance atteignable pour le système minimaliste étudié est évaluée. Dans ce mémoire, les concepts généraux sur l’estimation de la pose sont d’abord exposés. Ensuite, un préhenseur plan à deux doigts comprenant deux phalanges chacun est modélisé dans un environnement de simulation et un algorithme permettant d’estimer la pose d’un objet saisi par le préhenseur est décrit. Cet algorithme est basé sur les arbres d’interprétation et l’algorithme de RANSAC. Par la suite, un système expérimental plan comprenant une phalange supplémentaire par doigt est modélisé et étudié pour le développement d’un algorithme approprié d’estimation de la pose. Les principes de ce dernier sont similaires au premier algorithme, mais les capteurs compris dans le système sont moins précis et des adaptations et améliorations ont dû être appliquées. Entre autres, les mesures des capteurs ont été mieux exploitées. Finalement, un système expérimental spatial composé de trois doigts comprenant trois phalanges chacun est étudié. Suite à la modélisation, l’algorithme développé pour ce système complexe est présenté. Des hypothèses partiellement aléatoires sont générées, complétées, puis évaluées. L’étape d’évaluation fait notamment appel à l’algorithme de Levenberg-Marquardt.

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Escobar-Zuniga, María-José. "Modèles bio-inspirés pour l'estimation et l'analyse de mouvement : reconnaissance d'actions et intégration du mouvement." Nice, 2009. http://www.theses.fr/2009NICE4050.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'étude et la modélisation de la perception du mouvement chez le mammifère. Nous montrons comment un système bio-inspiré peut être appliqué dans le cadre d'une application réelle de vision par ordinateur, mais aussi comment il permet de mieux comprendre des phénomènes observés en neurosciences. La première partie de cette thèse étudie comment l'information visuelle est traitée chez le mammifère et comment l'estimation du mouvement est classiquement modelisée. A partir de cette analyse de l'état de l'art, nous avons proposé une architecture sequentielle générale, modélisant les aires corticales V1 et MT. Nous avons utilisé cette architecture pour étudier deux applications. La première application est la reconaissance d'actions dans les séquences d'images, problèmatique encore ouvert en vision par ordinateur. Nous montrons comment notre architecture bio-inspirée peut être appliquée avec succés dans le cadre de cette application réelle, en y apportant de nouvelles idées. En particulier, nous montrons comment la prise en compte de plusieurs propriétés du système visuel chez le mammifère nous permettent d'obtenir des résultats de haute qualité, comparables à ceux des approches les plus récentes. La deuxième application de l'architecture bio-inspirée proposée dans le cadre de cette thèse, est de chercher à comprendre la dynamique de l'intégration du mouvement. Pour cela, nous avons cherché à comprendre le rôle fonctionnel de la suppression du pourtour des neurones de V1. Notre modèle montre comment l'information 2D extraite à partir de ce mécanisme de suppression peut être intégrée dans la solution du problème d'ouverture. Enfin de nombreuse perspectives concluent ce travail, qui montrent combien l'étude de l'estimation de mouvement conserve encore de nombreuses problematiques
This thesis addresses the study of the motion perception in mammals and how bio-inspired systems can be applied to real applications. The first part of this thesis relates how the visual information is processed in the mammal's brains and how motion estimation is usually modeled. Based on this analysis of the state of the art, we propose a feedforward V1-MT core architecture. This feedforward V1-MT core architecture will be a basis to study two different kinds of applications. The first application is human action recognition, which is still a challenging problem in the computer vision community. We show how our bio-inspired method can be successfully applied to this real application. Interestingly, we show how several computational properties inspired from motion processing in mammals, allow us to reach high quality results, which will be compared to latest reference results. The second application of the bio-inspired architecture proposed in this thesis, is to consider the problem of motion integration for the solution of the aperture problem. We investigate the role of delayed V1 surround suppression, and how the 2D information extracted through this mechanism can be integrated to propose a solution for the aperture problem. Finally, we highlight a variety of important issues in the determination of motion estimation and additionally we present many potential avenues for future research efforts

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Jalel, Sawssen. "Optimisation de la navigation robotique." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2016. http://oatao.univ-toulouse.fr/17515/1/Jalel.pdf.

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Abstract:

La robotique mobile autonome est un axe de recherche qui vise à donner à une machine la capacité de se mouvoir dans un environnement sans assistance ni intervention humaine. Cette thèse s’intéresse à la partie décisionnelle de la navigation robotique à savoir la planification de mouvement pour un robot mobile non-holonome, pour lequel, la prise en compte des contraintes cinématiques et non-holonomes est primordiale. Aussi, la nécessité de considérer la géométrie propre du robot et la bonne maîtrise de l’environnement dans lequel il évolue constituent des contraintes à assurer. En effet la planification de mouvement consiste à calculer un mouvement réalisable que doit accomplir le robot entre une position initiale et une position finale données. Selon la nature de l’environnement, notamment les obstacles qui s’y présentent, deux instances du problème se distinguent : la planification de chemin et la planification de trajectoire. L’objectif de cette thèse est de proposer de nouveaux algorithmes pour contribuer aux deux instances du problème de planification de mouvement. La méthodologie suivie repose sur des solutions génériques qui s’appliquent à une classe de systèmes robotiques plutôt qu’à une architecture particulière. Les approches proposées intègrent les B-splines Rationnelles non uniformes (NURBS) dans le processus de modélisation des solutions générées tout en s’appuyant sur la propriété de contrôle local, et utilisent les algorithmes génétiques pour une meilleure exploration de l’espace de recherche.

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Tournassoud, Pierre. "Planification de trajectoires en robotique : complexité et approche pratique." Paris 11, 1988. http://www.theses.fr/1988PA112070.

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Abstract:

La complexité algorithmique du problème de la planification de trajectoires est exponentielle dans le cas général : ceci limite en pratique le nombre de degrés de liberté pris en compte par un algorithme classique. Nous proposons de découpler le problème en un générateur local de trajectoires, sans mémoire, et un planificateur global basé sur un graphe de régions relativement grandes dans l'espace des configurations. Mettant à profit la faculté de la méthode locale à suivre précisément la frontière des obstacles, on utilise la méthode globale plus coûteuse uniquement pour générer des objectifs intermédiaires donnant l'allure générale de la trajectoire. Une méthode locale proposée consiste à contrôler les variations de distances entre solides proches, décomposés en primitives convexes. Une autre technique permet de mieux coordonner les mouvements de plusieurs mobiles. D'inspiration plus géométrique, elle consiste à séparer les solides proches par des obstacles mobiles fictifs qui contraignent le moins possible leurs déplacements nominaux. L'écueil des approches locales est le risque de blocage du système. Au niveau global, on n'utilise pas de description géométrique des obstacles, mais seulement des poids, mis à jour par apprentis sage, qui mesurent la facilité pour la méthode locale à déplacer le système entre régions adjacentes. Ces pondérations sont utilisées par l'algorithme de planification. La notion de tâche est formalisée, ce qui permet de traiter plusieurs instances du problème de façon unifiée : les techniques proposées sont illustrées par de nombreux exemples de calcul de trajectoires, par exemple des tâches de coordination et coopération entre manipulateurs et de saisie d'objets. Des modèles géométriques hiérarchiques des solides et des chaines articulées permettent d’accélérer les calculs. Enfin, des résultats sur les trajectoires d'un robot mobile dans le plan sont présentés en annexe.

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Furet, Matthieu. "Analyse cinéto-statique de mécanismes de tenségrité : Application à la modélisation de cous d'oiseaux et de manipulateurs bio-inspirés." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2020. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03286016.

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Abstract:

Une structure de tenségrité est un assemblage d'éléments en compression (barres) et d'éléments en traction (câbles, ressorts) maintenus ensemble en équilibre. La tenségrité est connue en architecture et en art depuis plus d'un siècle et est adaptée à la modélisation des organismes vivants. Les mécanismes de tenségrité ont été étudiés plus récemment pour leurs propriétés prometteuses en robotique telles que leur faible inertie, leur compliance naturelle et la capacité de déploiement. Un mécanisme de tenségrité est obtenu lorsqu'un ou plusieurs éléments sont actionnés. Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet AVINECK, auquel participent des biologistes et des roboticiens dans un but double : avoir une meilleure compréhension de la nature et des cous d’oiseaux, et également de s’inspirer de la nature afin de concevoir des manipulateurs bioinspiré innovants. En premier lieu, une étude a été menée sur la cinématique des vertèbres d’oiseaux. Une modélisation des contacts entre surface articulaire a permis de reconstruire en 3D le mouvement d’une vertèbre d’oiseau quelconque par rapport à une autre, à partir de scans 3D de vraies vertèbres. Ensuite, plusieurs mécanismes simples ont été comparés afin de déterminer le meilleur candidat à la modélisation de la cinématique des cous d’oiseaux. En second lieu, deux mécanismes de tenségrité à 1 degré de liberté (DDL) potentiellement intéressants pour la modélisation de cous d’oiseaux et la réalisation de manipulateurs ont été modélisées. A partir d’une démarche de conception optimale, deux mécanismes optimaux selon un critère donné ont été dimensionnés, puis comparés afin de déterminer le mécanisme le plus intéressant d’un point de vue conception de manipulateurs. Le mécanisme à 1 DDL retenu a été un antiparallélogramme actionné de manière antagoniste, appelé mécanisme en X. Un prototype de manipulateur à 2 DDL a ensuite été conçu et réalisé. Une étude du modèle géométrique d’un tel manipulateur a mis en évidence des phénomènes intéressants comme le comportement cuspidal du robot sous certaines conditions. Une étude cinéto-statique du manipulateur a ensuite été effectué. Le comportement du manipulateur dépendant fortement de la stratégie d’actionnement, celles-ci ont été énumérées et certaines d’entre elles comparées. Les résultats obtenus ont été vérifiés et mis en évidence sur un prototype. Enfin, la modélisation de manipulateurs plans a été étendue aux manipulateurs à N DDL. Un modèle dynamique complet a été obtenu, et une démarche de conception a été menée afin d’obtenir les dimensions et spécifications d’un manipulateur plan bio-inspiré à 10 DDL
A tensegrity structure is an assembly of elements in compression (bars) and elements in tension (cables, springs) held together in equilibrium. Tensegrity has been known in architecture and art for more than a century and is adapted to the modeling of living organisms. More recently, tensegrity mechanisms have been studied for their promising properties in robotics such as low inertia, natural flexibility and deployment capability. A tensegrity mechanism is obtained when one or more elements are actuated, in our case by cables. This thesis is part of the AVINECK project, in which biologists and roboticians are involved with a dual goal: to have a better understanding of nature and bird necks, and also to draw inspiration from nature in order to design innovative bio-inspired manipulators. First, a study was conducted on the kinematics of bird vertebrae. A modeling of the contacts between articular surfaces allowed to reconstruct in 3D the movement of any bird vertebra with respect to another, based on 3D scans of real vertebrae. Then, several simple mechanisms were compared in order to determine the best candidate for modeling the kinematics of bird necks. Secondly, two 1-degree of freedom (DDL) tensegrity mechanisms potentially interesting for bird neck modeling and manipulator realization were modeled. Starting from an optimal design approach, two optimal mechanisms according to a given criterion were dimensioned and then compared in order to determine the most interesting mechanism from a manipulator design point of view. The 1 DDL mechanism chosen was an antagonistically actuated anti-parallelogram, called the X mechanism. A prototype of a 2 DDL manipulator was then designed and built. A study of the geometrical model of such a manipulator revealed interesting phenomena such as the cuspidal behaviour of the robot under certain conditions. A kinetostatic study of the manipulator was then carried out. As the behavior of the manipulator strongly depends on the actuation strategy, these were listed and some of them were compared. The results obtained were verified and highlighted on a prototype. Finally, the modeling of plane manipulators was extended to N DDL manipulators. A complete dynamic model was obtained, and a design process was carried out to obtain the dimensions and specifications of a 10 DDL bio-inspired planar manipulator

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Prébet, Rémi. "Connexité dans les ensembles algébriques réels : algorithmes et applications." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS664.

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Abstract:

Cette thèse de doctorat porte sur la conception et l'analyse d'algorithmes, relevant du calcul formel, pour la résolution de systèmes polynomiaux. Plus précisément, nous considérons le problème du comptage du nombre de composantes connexes de l'ensemble des solutions réelles de systèmes d'équations polynomiales à variables réelles, ainsi que le problème de décider si deux solutions réelles d'un tel système vivent dans une même composante connexe de son ensemble de solutions réelles. Ces problèmes sont centraux en géométrie algébrique réelle et trouvent des applications en robotique. Le cadre méthodologique choisi est celui du calcul de cartes routières, introduit par Canny en 1988 : il s'agit de calculer une courbe contenue dans l'ensemble des solutions dont l'intersection avec chacune de ses composantes connexes est connexe. Nous décrivons un algorithme calculant de telles cartes routières qui, sous des hypothèses de régularité satisfaites génériquement, a une complexité sous-quadratique en la taille de la sortie, cette dernière étant asymptotiquement quasi optimale. Ceci étend aux cas non compacts les meilleures complexités connues pour ce problème. Nous montrons aussi que le coût du calcul de nombre de composantes connexes d'une courbe algébrique réelle (vivant dans un espace de dimension arbitraire) est similaire au coût du calcul de la topologie de sa projection sur un plan générique. Enfin, nous montrons comment ces avancées, combinées aux algorithmes de la géométrie algébrique réelle permettent de concevoir un algorithme testant la cuspidalité de mécanismes articulés
This PhD thesis focuses on the design and the analysis of computer algebra algorithms for solving polynomial systems. More precisely, we address the problems of counting the number of connected components of sets of real solutions to systems of polynomial equations with real coefficients and of answering connectivity queries over such real solution sets. These problems are central in real algebraic geometry and find applications in robotics. The chosen framework is the one of roadmaps, introduced by Canny in 1988: it consists in computing a curve, included in the solution set under consideration, which has a connected intersection with all its connected components. We design an algorithm which, under some regularity assumptions which are satisfied generically, computes such roadmaps in time subquadratic w.r.t. the output size. This latter quantity is nearly optimal. This extends to non compact situations the best complexity results known for such a computational problem. We also show that the cost to compute the number of connected components of a real algebraic curve (lying in a space of arbitrary dimension) is nearly the same as the one of computing the topology of its projection on a generic plane. Last, by combining these results with algorithms of real algebraic geometry, we design an algorithm to decide the cuspidality of robots

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Doncieux, Stéphane. "Robotique évolutionniste: conception orientée vers le comportement." Habilitation à diriger des recherches, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00547778.

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Abstract:

L'objectif des travaux présentés dans cette HDR est de concevoir une méthode de conception orientée vers le comportement et dédiée à la robotique mobile et autonome. Cette méthode doit partir des informations disponibles, à savoir une description de la mission à accomplir. Constatant que les animaux ont un niveau d'autonomie élevé qui permettrait à des robots d'accomplir de nombreuses missions, nous avons choisi de focaliser cette étude, dans le cadre de l'approche animat, sur le “mécanisme de conception” à l'oeuvre dans la nature: la sélection naturelle. Ce processus algorithmique a l'avantage de ne prendre en compte que le résultat, c'est à dire la capacité à transmettre ses gènes dans un cadre naturel. Dans un cadre artificiel, c'est le bon accomplissement de la mission du robot qui est pris en compte. Nous nous sommes intéressé au passage à l'échelle de ces algorithmes en terme de complexité des comportements générés, l'algorithme évolutionniste étant utilisé pour synthétiser la structure et les paramètres d'un réseau de neurones artificiels. Une étude sur la modularité nous a révélé l'importance de la définition des pressions de sélection, conduisant à une approche dite d'exaptation. Nous avons alors proposé l'utilisation d'un cadre multi-objectif dans lequel la fonction de fitness récompensant le bon accomplissement de la tâche du robot est associé à des objectifs qui peuvent être indépendants de ce but, approche dite de “multi-objectivisation”. Dans ce contexte, en plus des travaux sur l'exaptation, nous avons proposé les contributions suivantes: * approche incrémentale multi-objectif: chaque sous-tâche du problème à résoudre est associée à un objectif indépendant. Il n'est alors pas nécessaire de les pondérer, de les ordonner ou de décider quand passer d'une tâche à une autre; * diversité comportementale: un objectif mesurant la distance moyenne au reste de la population dans l'espace des comportement est ajouté pour maintenir une diversité élevée dans cet espace. Cette approche s'est révélée très efficace, même avec les codages de réseaux de neurones les plus simples; * transférabilité: un objectif de transférabilité est maximisé pour faciliter le passage de la simulation à la réalité sans dégradation de performance. Dans la perspective de tendre vers des contrôleurs plus cognitifs et dans le cadre du projet ANR EvoNeuro, nous avons proposé une approche méthodologique s'appuyant sur les neurosciences et consistant à synthétiser des réseaux de neurones proches des modèles développés dans ce domaine. Sur la base d'un codage spécifique, nous avons ainsi reproduit des capacités élémentaires de sélection de l'action ou de mémoire de travail. L'objectif de ce projet est de synthétiser d'autres capacités cognitives en s'appuyant sur des protocoles d'évaluation venant des neurosciences avant de les appliquer dans un cadre robotique. Dans le cadre de ce projet, nous avons développé une méthode d'analyse multi-objectif permettant, sur la base d'une optimisation multi-objectif, de comparer et d'analyser les modèles complexes que les neuroscientifiques manipulent.

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Tlapale, Olivier Émilien. "Modelling the dynamics of contextual motion integration in the primate." Nice, 2011. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00850265.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous étudions l’intégration du mouvement chez le primate. En se basant sur les connaissances actuelles concernant l’anatomie et les fonctions de deux aires corticales impliquées dans le mouvement, VI et MT, nous expliquons un certains nombre de réponses perceptuelles et oculo-motrices rapportées dans la littérature. Tout d’abord, nous construisons un modèle récurrent d’intégration du mouvement se basant sur un nombre minimal d’hypothèses concernant les interactions corticales. En proposant un simple mécanisme de « lecture », nous sommes capables de reproduire non seulement la perception, mais aussi les dynamiques oculaires de poursuite sur des stimuli de type ligne ou grille. De là, en se basant sur des études physiologiques concernant les champs récepteurs, nous construisons un deuxième modèle dynamique dans lequel l’information concernant le mouvement est dirigée par un signal de forme. Pour cela, nous postulons que le cortex visuel utilise la régularité de la luminance pour diriger la diffusion du mouvement. Un tel mécanisme élémentaire de diffusion permet de résoudre des problèmes contextuels, dans lesquels les jonctions extrinsèques doivent être ignorées, sans avoir besoin d’utiliser des mécanismes plus complexes tels que les détecteurs de jonctions ou le calcul de profondeur. Enfin, nous reformulons le modèle initial dans le cadre du formalisme des champs neuronaux afin d’analyser mathématiquement ses propriétés. Nous incorporons la rétroaction multiplicative dans le formalisme et prouvons l’existence et l’unicité de la solution. Afin de généraliser les comparaisons aux performances du système visuel, nous proposons une nouvelle méthodologie d’évaluation basée sur les performances du système visuel humain, accompagnée d’une série de vidéos issues de la littérature biologique et psychophysique. En effet, une méthodologie d’évaluation adaptée nous semble essentielle afin de continuer les progrès en modélisation des mécanismes neuraux impliqués dans le traitement du mouvement. Pour conclure, nous analysons les performances de notre modèle d’intégration du mouvement en l’appliquant à des problèmes classiques et récents issus de la vision par ordinateur. En dépit de son objectif initial, notre modèle est capable de donner des résultats comparables aux récentes approches proposées en vision par ordinateur au niveau de l’estimation de mouvement
This thesis addresses the study of motion integration in the primate. Based on anatomical and functional knowledge of two cortical areas involved in motion perception, namely VI and MT, we explain various perceptual and oculo-motor responses found in the literature. First, we build a recurrent model of motion integration where a minimal number of cortical interactions are assumed. Proposing a simple readout mechanism, we are able to reproduce not only motion perception but also the dynamics of smooth pursuit eye movements on various line figures and gratings viewed through different apertures. Second, following perceptual studies concerning motion integration and physiological studies of receptive fields, we construct another dynamical model where motion information is gated by form cues. To this end, we postulate that the visual cortex takes advantage of luminance smoothness in order to gate motion diffusion. Such an elementary diffusion mechanism allows to solve various contextual problems where extrinsic junctions should be eliminated, without relying on complex junction detectors or depth computation. Finally, we rewrite the initial dynamical model into the neural field formalism in order to mathematically analyse its properties. We incorporate the multiplicative feedback term into the formalism, and prove the existence and uniqueness of the solution. To generalise the comparison against visual performance, we propose a new evaluation methodology based on human visual performance and design a database of image sequences taken from biology and psychophysics literature. Offering proper evaluation methodology is essential to continue progress in modelling the neural mechanisms involved in motion processing. To conclude, we investigate the performances of our neural field model by comparison against state of the art computer vision approaches and sequences. We find that, despite its original objective, this model gives results comparable to recent computer vision approaches of motion estimation

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Djennas, Meriem. "Les apports des outils de l'intelligence artificielle à l'amélioration du processus de prévision des taux de change : le cas de la couronne norvégienne." Amiens, 2013. http://www.theses.fr/2013AMIE0052.

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Abstract:

Notre travail de recherche aborde le sujet de la modélisation quantitative du cours de change avec une approche par intelligence artificielle, notamment les algorithmes génétiques et les réseaux de neurones avec un cas d'application sur le marché de change Norvégien. Autrement dit, et dans le contexte de la modélisation pour expliquer le mouvement du taux de change, la thèse propose une réflexion sur les utilités de l'intelligence artificielle appliquées sur le modèle chartiste-fondamentaliste du cours de change. Les résultats d'optimisation et de simulation ont montré qu'en dépit de leur complexité, les séries de taux de change peuvent être modélisées de façon à ce que les valeurs estimées du taux de change s'approchent, dans la mesure du possible, des valeurs réelles du cours de change. La simulation artificielle par un modèle neuro-génétique donne le meilleur résultat en comparaison avec un modèle STAR ou avec un modèle neuronal standard. Le deuxième volet de la thèse a montré que l'utilisation d'un algorithme génétique comme moyen d'optimisation a permis de mesurer l'impact des variables explicatives sur le mouvement du taux de change Norvégien
The main objective of our research covers the quantitative modeling of foreign exchange rate using an artifïcial intelligence approach, notably the genetic algorithms and neural networks, applied to the Norwegian foreign exchange market. In the context of modeling to explain the movement of exchange rates, the thesis proposes a reflection on the artifïcial intelligence means applied to the chartist-fundamentalist approach of the exchange rate. The results of optimization and simulation show that despite their complexity, the series of exchange rates can be modeled so that the estimated values of the exchange rate approach, wherever possible, the real values of foreign exchange rate. The artifïcial simulation by a neuro-genetic model gives the best result compared with a STAR model and a standard neural model. The second part of the thesis has shown that using a genetic algorithm as a means of optimization has allowed measuring the impact of explanatory variables on the movement of the Norwegian exchange rate

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Pauplin, Olivier. "Application de techniques d'évolution artificielle à la stéréovision en robotique mobile autonome." Paris 5, 2007. http://www.theses.fr/2007PA05S015.

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Abstract:

L' « Algorithme des Mouches » est un algorithme évolutionnaire de vision stéréo. Il permet de donner une représentation 3D approximative - sous forme de nuage de points - des surfaces visibles des objets d'une scène, à partir d'une paire d'images. Afin d'améliorer son efficacité et sa précision en vue d'une application temps réel en robotique mobile autonome, diverses voies d'amélioration de l'algorithme sont étudiées et évaluées (fonction de fitness, opérateurs génétiques, auto-adaptivité, etc. ). Trois catégories d'applications sont explorées. Tout d'abord, une manière de dresser une carte de l'environnement d'un robot mobile à partir des prises de vues successives traitées par l'algorithme est présentée. Un deuxième type d'application s'appuie sur la considération de vitesses propres aux points de l'espace considérés, et cherche à déterminer les vitesses des objets de la scène. Enfin, une application à la conduite automatisée (arrêt et évitement d'obstacles) est présentée sur véhicule électrique (CyCab)
The "Fly Algorithm" is an evolutionary algorithm used for stereo reconstruction It gives a rough description of the visible surfaces of the objects in a 3D scene, from a couple of stereo To fmprove the efficiency and precision of the algorithm so as to apply its output to autonomous mobile robotics, several ways of improvement are examined and^ evaluated (fitness function, genetic operators, self-adaptivity etc. ). Three categories of applications are then explored. Firstly, a way to build a map of the environment of a mobile robot from he successive frames processed by the algorithm. A second type of application relies on the consideration of a speed given to each considered 3D points, and aims to determine the speeds of the objects of the scene. Finally, and application to automated driving (stop and obstacle avoidance) is presented on an electrical vehicle (Cycab)

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Magro, Gérard. "Génération de trajectoires sans collision en robotique : principes et algorithmes pour la modélisation et la navigation." Toulouse, ENSAE, 1989. http://www.theses.fr/1989ESAE0012.

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Abstract:

Les travaux présentés dans cette thèse concernent la génération de trajectoires sans collision, pour les grands déplacements d'un robot manipulateur. L'objectif est de dégager les principes d'une méthode qui permette de répondre aux exigences d'une application dans le cadre de la robotique d'assemblage : fréquence importante des requêtes de déplacement, évolution de l'encombrement au cours de l'application. Un algorithme de modélisation de l'espace libre cartésien est proposé. Basé sur un mecanisme d'insertion et d'extraction d'objets dans la scène d'assembalge, il permet de construire un modèle représenté sous la forme d'un graphe d'adjacente entre cellules libres prismatiques de r#3. Ce modèle sert de support à une méthode de navigation, dont le rôle est de construire une trajectoire pour l'objet déplacé par le manipulateur. La problématique consiste à rechercher un chemin cellulaire dans le graphe dit d'espace libre cartésien. Ce chemin représente ainsi une enveloppe volumique non limitée, dans laquelle on construit alors une trajectoire sans collision. Dans l'optique d'accélérer la méthode de navigation, l'auteur propose les principes suivants : utilisation d'un modèle hiérarchique de l'objet deplacé, raffiné au fur et à mesure de la rencontre d'échecs ; exploration du graphe par un algorithme de type a#*, dont l'objectif est d'obtenir un chemin cellulaire qui contienne vraisemblablement une trajectoire sans conception ; adaptation d'une méthode générale, pour cette construction, ou les caractéristiques du chemin cellulaire sont exploitées dans le but de diminuer la complexité de la méthode initiale.

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Belkhiri, Ayman. "Modélisation dynamique de la locomotion compliante : Application au vol battant bio-inspiré de l'insecte." Phd thesis, Ecole des Mines de Nantes, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00874497.

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Abstract:

Le travail présenté dans cette thèse est consacré à la modélisation de la dynamique de locomotion des "soft robots", i.e. les systèmes multi-corps mobiles compliants. Ces compliances peuvent être localisées et considérées comme des liaisons passives du système,ou bien introduites par des flexibilités distribuées le long des corps. La dynamique de ces systèmes est modélisée en adoptant une approche Lagrangienne basée sur les outils mathématiques développés par l'école américaine de mécanique géométrique. Du point de vue algorithmique, le calcul de ces modèles dynamiques s'appuie sur un algorithme récursif et efficace de type Newton-Euler, ici étendu aux robots locomoteurs munis d'organes compliants. Poursuivant des objectifs de commande et de simulation rapide pour la robotique, l'algorithme proposé est capable de résoudre la dynamique externe directe ainsi que la dynamique inverse des couples internes. Afin de mettre en pratique l'ensemble de ces outils de modélisation, nous avons pris le vol battant des insectes comme exemple illustratif. Les équations non-linéaires qui régissent les déformations passives de l'aile sont établies en appliquant deux méthodes différentes. La première consiste à séparer le mouvement de l'aile en une composante rigide dite de "repère flottant" et une composante de déformation. Cette dernière est paramétrée dans le repère flottant par la méthode des modes supposés ici appliquée à l'aile vue comme une poutre d'Euler-Bernoulli soumise à la flexion et à la torsion. Quant à la seconde approche, les mouvements de l'aile n'y sont pas séparés mais directement paramétrés par les transformations finies rigides et absolues d'une poutre Cosserat. Cette approche est dite Galiléenne ou "géométriquement exacte" en raison du fait qu'elle ne requiert aucune approximation en dehors des inévitables discrétisations spatiale et temporelle imposées parla résolution numérique de la dynamique du vol. Dans les deux cas,les forces aérodynamiques sont prises en compte via un modèle analytique simplifié de type Dickinson. Les modèles et algorithmes résultants sont appliqués à la conception d'un simulateur du vol, ainsi qu'à la conception d'un prototype d'aile, dans le contexte du projet coopératif (ANR) EVA.

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Teichteil, Florent. "Approche symbolique et heuristique de la planification en environnement incertain : optimisation d'une stratégie de déplacement et de prise d'information." Toulouse, ENSAE, 2005. http://www.theses.fr/2005ESAE0028.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la planiﬁcation en environnement incertain, dont un modèle classique sont les Processus Décisionnels de Markov (MDP). Nous utilisons des modèles structurés de MDP, basés sur les Diagrammes de Décision Algébriques (ADD), qui permettent de modéliser symboliquement le système décisionnel sous une forme factorisée par variables d’état. Dans une première contribution, nous proposons de réduire le nombre de variables d’état en énumérant localement le MDP symbolique, puis en appliquant des techniques de décomposition de graphes sur le sous-MDP énuméré. Le nombre de variables diminuant, l'espace d’états et les ADD sont plus petits, ce qui facilite l'optimisation du MDP. D’autre part, le problème peut être difficile à modéliser lorsque le nombre de valeurs (arité) des variables d’état est important, car les arbres de décision du modèle deviennent très grands. Ainsi, notre deuxième contribution consiste à modéliser le problème sous forme de Réseau Bayésien Dynamique Générique et Hiérarchique, où certaines variables sont des abstractions de variables de grande arité. Notre modèle générique est paramétré puis automatiquement instancié par des macro-actions déﬁnies sur le sous-espace engendré par les variables de grande arité. Nous montrons l'efficacité de notre approche hiérarchique et symbolique sur des problèmes de déplacement et de prise d'information, dont la variable de navigation a une arité généralement très grande. Les macro-actions sont des macro-déplacements locaux, déﬁnis dans des régions distinctes du sous-espace de navigation. Enﬁn, dans une troisième contribution, nous proposons une classe d'algoritlnnes symboliques et heuristiques, qui permettent d'optimiser partiellement un MDP sur un sous-espace d’états atteignables, connaissant des états initiaux possibles du processus. Nous présentons une heuristique de plus sûr chemin stochastique, qui cible la recherche des stratégies optimales sur les buts du problème. Le MDP est ensuite optimisé en alternant une phase d’expansion du sous-espace atteignable, et une phase de programmation dynamique stochastique sur le sous-espace atteignable courant. Nous proposons également une version en ligne de notre algorithme, qui optimise MDP sur une liste de sous-buts qui augmente incrémentalement durant la mission. Nous montrons l'efficacité de notre algorithme sur des problèmes de déplacement et de prise d'information de grande taille.

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Peignier, Sergio. "Subspace clustering on static datasets and dynamic data streams using bio-inspired algorithms." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI071/document.

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Abstract:

Une tâche importante qui a été étudiée dans le contexte de données à forte dimensionnalité est la tâche connue sous le nom de subspace clustering. Le subspace clustering est généralement reconnu comme étant plus compliqué que le clustering standard, étant donné que cette tâche vise à détecter des groupes d’objets similaires entre eux (clusters), et qu’en même temps elle vise à trouver les sous-espaces où apparaissent ces similitudes. Le subspace clustering, ainsi que le clustering traditionnel ont été récemment étendus au traitement de flux de données en mettant à jour les modèles de clustering de façon incrémentale. Les différents algorithmes qui ont été proposés dans la littérature, reposent sur des bases algorithmiques très différentes. Parmi ces approches, les algorithmes évolutifs ont été sous-explorés, même si ces techniques se sont avérées très utiles pour traiter d’autres problèmes NP-difficiles. L’objectif de cette thèse a été de tirer parti des nouvelles connaissances issues de l’évolution afin de concevoir des algorithmes évolutifs qui traitent le problème du subspace clustering sur des jeux de données statiques ainsi que sur des flux de données dynamiques. Chameleoclust, le premier algorithme développé au cours de ce projet, tire partie du grand degré de liberté fourni par des éléments bio-inspirés tels qu’un génome de longueur variable, l’existence d’éléments fonctionnels et non fonctionnels et des opérateurs de mutation incluant des réarrangements chromosomiques. KymeroClust, le deuxième algorithme conçu dans cette thèse, est un algorithme de k-medianes qui repose sur un mécanisme évolutif important: la duplication et la divergence des gènes. SubMorphoStream, le dernier algorithme développé ici, aborde le problème du subspace clustering sur des flux de données dynamiques. Cet algorithme repose sur deux mécanismes qui jouent un rôle clef dans l’adaptation rapide des bactéries à des environnements changeants: l’amplification de gènes et l’absorption de matériel génétique externe. Ces algorithmes ont été comparés aux principales techniques de l’état de l’art, et ont obtenu des résultats compétitifs. En outre, deux applications appelées EvoWave et EvoMove ont été développés pour évaluer la capacité de ces algorithmes à résoudre des problèmes réels. EvoWave est une application d’analyse de signaux Wi-Fi pour détecter des contextes différents. EvoMove est un compagnon musical artificiel qui produit des sons basés sur le clustering des mouvements d’un danseur, décrits par des données provenant de capteurs de déplacements
An important task that has been investigated in the context of high dimensional data is subspace clustering. This data mining task is recognized as more general and complicated than standard clustering, since it aims to detect groups of similar objects called clusters, and at the same time to find the subspaces where these similarities appear. Furthermore, subspace clustering approaches as well as traditional clustering ones have recently been extended to deal with data streams by updating clustering models in an incremental way. The different algorithms that have been proposed in the literature, rely on very different algorithmic foundations. Among these approaches, evolutionary algorithms have been under-explored, even if these techniques have proven to be valuable addressing other NP-hard problems. The aim of this thesis was to take advantage of new knowledge from evolutionary biology in order to conceive evolutionary subspace clustering algorithms for static datasets and dynamic data streams. Chameleoclust, the first algorithm developed in this work, takes advantage of the large degree of freedom provided by bio-like features such as a variable genome length, the existence of functional and non-functional elements and mutation operators including chromosomal rearrangements. KymeroClust, our second algorithm, is a k-medians based approach that relies on the duplication and the divergence of genes, a cornerstone evolutionary mechanism. SubMorphoStream, the last one, tackles the subspace clustering task over dynamic data streams. It relies on two important mechanisms that favor fast adaptation of bacteria to changing environments, namely gene amplification and foreign genetic material uptake. All these algorithms were compared to the main state-of-the-art techniques, obtaining competitive results. Results suggest that these algorithms are useful complementary tools in the analyst toolbox. In addition, two applications called EvoWave and EvoMove have been developed to assess the capacity of these algorithms to address real world problems. EvoWave is an application that handles the analysis of Wi-Fi signals to detect different contexts. EvoMove, the second one, is a musical companion that produces sounds based on the clustering of dancer moves captured using motion sensors

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Mkaouar, Hachicha Raoudha. "Contribution à la modélisation et résolution du problème d’affectation sous contraintes de compétences et préférences." Paris 8, 2012. http://octaviana.fr/document/168003317#?c=0&m=0&s=0&cv=0.

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Abstract:

La prise en compte des caractéristiques humaines s’est avérée indispensable pour l’amélioration des performances de l’entreprise. Dans ce travail de recherche, nous nous intéressons particulièrement à assurer une meilleure correspondance entre les exigences des tâches et les compétences acquises par les ressources humaines tout en tenant compte de leurs préférences. Pour ce faire, nous proposons une nouvelle approche composée de quatre étapes pour la résolution du problème d’affectation sous contraintes de compétences et préférences. La première étape permet de déterminer les niveaux de compétences acquis et requis en utilisant le modèle de représentation linguistique 2-tuple. La deuxième étape consiste à classer ces niveaux à l’aide de la technique TOPSIS. Au cours de la troisième étape, nous exploitons la liste de classement obtenu ainsi que les données concernant les préférences pour la modélisation du problème d’affectation. Au niveau de la quatrième étape un nouvel algorithme basé sur la combinaison des avantages de l'algorithme de l’abeille et du système immunitaire est développé pour résoudre le problème proposé. Enfin, l’approche est illustrée par un exemple inspiré d’un cas réel ressenti dans une entreprise du secteur de télécommunication
The consideration of the human characteristics is essential to enhance the enterprise performance. In this research work, we are particularly interested to ensure a better matching between task requirements and human resources competences taking into account their preferences. To do this, we propose a new approach that consists of four steps to solve the assignment problem under competences and preferences constraints. The first step concerns the identification of the acquired and required competences levels using the 2-tuple linguistic representation model. The second focus on the ranking of the resulting competences levels using the TOPSIS technique. The third step manages the integration of the resulting ranking as well as the preferences’ information into the problem formulation. Finally, a new algorithm based on the hybridization of the bee algorithm and the immune system is developed to solve the proposed problem. Finally, the approach is illustrated through an example depicted from a real case study in a telecommunications sector company

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Fernández, Ramírez Arnoldo Apolonio. "Contribution à la manipulation d'objets par ume main robotique avec repositionnement des doigts." Poitiers, 2007. http://www.theses.fr/2007POIT2311.

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Abstract:

Le travail présenté concerne la manipulation d’objets avec des mains robotiques. Ce mémoire contribue à cet objectif en proposant deux approches s’inscrivant dans la réalisation d’une stratégie globale de manipulation. Une nouvelle méthode temps réel est présentée pour la résolution du problème de stabilité de la prise avec des mains polyarticulées. La méthode repose sur un processus d’optimisation capable de calculer les efforts de serrage afin de satisfaire les contraintes de non glissement. Le problème de la stabilité est traité sous un nouvel angle en transformant le problème d’optimisation en un problème de calcul de distance dans l’espace des efforts. Les résultats obtenus permettent de garantir le bon comportement de la méthode mise en œuvre et son adéquation avec les contraintes de la manipulation en ligne. Le deuxième point développé concerne le repositionnement des doigts sur l’objet lorsqu’une situation de blocage apparaît au cours de la manipulation (butée articulaire, collision entre doigts,…). Avec une main robotique, il est possible d’effectuer une opération de ressaisie à l’intérieur de la main en replaçant les doigts sur l’objet tout en conservant sa position et son orientation fixes ; la continuité de la tâche de manipulation est ainsi assurée après l’opération de repositionnement. L’approche présentée est basée sur l’utilisation des algorithmes génétiques et permet la synthèse d’une nouvelle prise vers laquelle les doigts vont pouvoir effectuer l’opération de repositionnement. La prise synthétisée est obtenue en optimisant une fonction multi objectifs qui inclut les efforts de serrage, l’éloignement par rapport aux limites articulaires, la manipulabilité. La transition entre la prise en situation de blocage et la prise synthétisée est assurée par un repositionnement planifié des doigts et par l’utilisation d’un quatrième doigt. Les travaux de ce mémoire sont validés avec les mains mécaniques à 12 et 16 actionneurs du LMS de Poitiers.

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Mouret, Jean-Baptiste. "Pressions sélectives multiples pour l'évolution de réseaux de neurones destinés à la robotique." Paris 6, 2008. http://www.theses.fr/2008PA066640.

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Abstract:

Les méthodes évolutionnistes peinent à mettre au point des artefacts complexes lorsque la fitness est insuffisante pour guider explicitement le processus. Supposant que la complexité des êtres vivants provient en partie de la multiplicité des pressions sélectives, nous proposons la création de telles pressions pour l'évolution de réseaux de neurones à l'aide d'algorithmes évolutionnistes multiobjectifs. Nous commençons par décrire comment des hypothèses sur des étapes intermédiaires peuvent être exploitées à l'aide d'une optimisation multiobjectif. Nous envisageons ensuite plusieurs méthodes multiobjectifs pour maintenir la diversité des comportements des solutions. Enfin, nous montrons que les exaptations peuvent être favorisées via des pressions sélectives sur des modules phénotypiques reliés à des modules génotypiques. Ces méthodes ont été testées sur l'évolution de réseaux de neurones calculant des fonctions logiques et sur celle de neuro-contrôleurs pour un robot phototrope
Evolutionary algoritms have been successfully used to generate controllers for many robots. However, they struggle to design complex artifacts when the fitness is unable to explicitly guide the process. In this thesis, we draw the hypothesis that these problems originate from the use of a single selection pressure, whereas living organisms are subject to many ones. We investigate here th euse of multiobjective evolutionary algorithms to create such multiple gradients in order to evolve neuro-controllers. We first describe how hypotheses about potential intermediate steps can be used by defining a multiobejctive optimization problem in which each objective corresponds to a sub-task. In the lack of any selection pressure, it is also possible to add an objective which encourages an efficient exploration of the neighborhood of current candidate solutions. We consider several possibilities to instantiate this concept for the evolution of neural networks and we conclude that maintaining the diversity of the behaviors, instead of the diversity of the genotype or the ohenotype, is an efficient way to override the deceptiveness of a fitness function. Last, we show that exaptations can be favored by applying a selection pressure on some modules of the generated neural-networks, possibly linked to genotypic modules. We tested these methods on the evolution of neural networks to compute a Boolean function and to control a light-seeking robot. They seem to be applicable to a wide range of evolutionary robotics problems, from complex locomotion to behavior control

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Khoudour, Louahdi. "Analyse spatio-temporelle de séquences d'images lignes : application au comptage des passagers dans les systèmes de transport." Lille 1, 1997. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1997/50376-1997-5.pdf.

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Abstract:

Ce travail de thèse, réalisé à l'institut national de recherches sur les transports et leur sécurité (inrets), s'intègre dans un programme de recherche et de développement d'outils favorisant l'automatisation des moyens de transport. Cette recherche a consisté à développer un système permettant d'effectuer un comptage en temps réel de piétons à l'aide de vision artificielle linéaire. Le système complet comprend une partie matérielle (dispositif) et une autre logicielle qui contient les algorithmes de comptage. Le dispositif sur site comprend: ' deux cameras linéaires actives, en général fixées au plafond et déterminant deux plans de surveillance perpendiculaires a la direction de déplacement des piétons, ' deux bandes retro-réfléchissantes collées au sol, dont la longueur correspond à la largeur du site de mesures (couloir, entrée, etc. ). La paire de cameras est connectée par une liaison filaire a un micro-ordinateur pour l'acquisition et le traitement des données. Les données disponibles pour procéder au comptage sont: ' l'information spatiale qui correspond à l'axe défini par l'orientation des barrettes ccd, ' l'information temporelle liée a la fréquence d'acquisition des lignes, ' l'information vitesse obtenue grâce aux deux plans de surveillance. Quatre algorithmes de comptage en temps réel ont été développées: ' les trois premiers s'inspirent de méthodes basées sur la morphologie mathématique qui a été élargie et enrichie par l'utilisation d'éléments structurants déformables dynamiques, ' le quatrième algorithme est une nouvelle méthode de segmentation utilisant des sous-échantillonnages des images et des seuillages successifs. Plusieurs évaluations du système sur site réel ont été effectuées. Les résultats, en termes de comptage, montrent qu'une précision de l'ordre du pourcent est obtenue.

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Dissertations / Theses on the topic 'Algorithmes inspirés de la robotique'

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