1ª Jornada Latino Americana de Mecatrónica · 1ª Jornada Latino Americana de Mecatrónica Universidad Tecnológica Nacional, Buenos Aires, Argentina 1 y 2 de Noviembre de 2015

1ª Jornada Latino Americana de Mecatrónica

Universidad Tecnológica Nacional, Buenos Aires, Argentina

1 y 2 de Noviembre de 2015

Proyectos de Investigación en Inteligencia Artificial y Robótica

Claudio Verrastro Juan Carlos Gómez

GIAR-UTNBA

[email protected], [email protected]

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

Índice

• Objetivos Generales

• Reseña Histórica

• Integrantes

• Líneas de Trabajo

• Proyectos Actuales

• Publicaciones

• Equipamiento

Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015

Objetivos Generales

• Formación de RRHH en Técnicas IA y R para su aplicación práctica: Becarios de Grado, Graduados, Maestría, Doctorado • Desarrollo e Innovación: Proyectos innovadores, PICT • Transferencia: Acuerdos y Convenios Empresas e Instituciones, Publicaciones, Seminarios


Reseña Histórica

•1986: Grupo UTN-FRBA Inteligencia Artificial FRBA •2003: Materias electivas Ing. Electrónica Introducción a la IA Aplicaciones IA •2009: Grupo UTN Res 611/11 Inteligencia Artificial y Robótica


Integrantes

• 2 Docentes en la Dirección. • 5 Docentes en Investigación. • 4 Becarios BINID. • 7 Becas de Rectorado. • 1 Becarios CIN • 9 Becarios de la SAE. • 1 Ad-honorem


Líneas de Trabajo

•Medicina Nuclear •Reconocimiento de Patrones •Robótica Móvil •Brazo Robot •Robótica Colaborativa •Interfaz Hombre Máquina •Visión Artificial •Control Difuso •Redes Neuronales


Proyectos en Curso

•Análisis de Señales Biológicas (BCI) •Robot Hexápodo Autónomo •Telemetría Móvil 3D (TM3D) •Algoritmos de Reconstrucción en Tomografía PET Y SPECT •Fotomultiplicador Digital de Estado Sólido (DSIPM)


Clasificación de imaginación motriz mediante la detección de ERD/ERS para aplicaciones BCI

Integrantes: Emiliano Statello Sebastian Jaremczuk Ing. Ramiro Rodríguez Colmeiro

Directores: Ing. Juan Carlos Gómez

Grupo: PROSECER - GIAR – UTN FRBA

¿Qué es un sistema BCI?

• Del inglés (Brain-Computer Interfaces)

• La estructura de un BCIs está compuesta de las siguientes partes:

• Adquisición de la señal

• Pre-procesamiento

• Clasificación

• Interacción con el/los dispositivos


Esquema básico del BCI

Corteza motora primaria

Área de proyección sensorial

Área asociado a

la visión

Área asociado a la audición

Lóbulo occipital

Detección de las señales ERS/ ERD


ERD/ERS

Discriminación de la imaginación de las extremidades superiores.


Método

Wavelet con Morlet

Separabilidad de Bandas


Extracción de características

6 características totales: 4 directas 2 indirectas


Extracción de características

Fisher Factor de mérito

Separabilidad de bandas


Red Neuronal

TIPO DE RED

•Multilayer perceptron

•Neurona logsig

•Back-propagation


Resultados


Resultados

Puesto Grupo Error Mínimo

[%]

MI Máximo

[bit]

Tiempo de Clasificación

[seg.]

1 C 10,71 0,61 7,59

2 GIAR-1 10 0,56 9

3 F 15,71 0,46 5,05

4 B 17,14 0,45 6,7

5 A 13,57 0,44 4,18

6 G 17,14 0,29 4,66

7 I 23,57 0,26 6,34

8 E 17,14 0,21 6,13

9 D 32,14 0,09 5,66

10 H 49,29 0 9

Comparación con el set BCI Competition 2003


Robot Hexápodo Autónomo

Integrantes: Juan Alarcón

Matías Scremin

Elias da Ponte

Director: Ing Sergio Alberino

Grupo: GIAR – UTN FRBA



Desarrollo de un robot hexápodo (RH) con

comportamiento autónomo, basando su operación en

aprendizaje por refuerzo (Reinforcement Learning).

Se contempla la incorporación de dispositivos de

comunicación a través de algún medio inalámbrico

estándar (Ethernet, Wifi, Bluetooth, etc…) para el estudio

de diferentes técnicas de aprendizaje.



Objetivos particulares:

• Diseñar y experimentar configuraciones mecánicas

poliarticuladas que permitan posicionar al robot en forma

eficiente

• Desarrollar algoritmos para el control sincronizado y

eficiente de los servomecanismos que componen el robot

Robot Hexápodo Autónomo Diseño


6 patas con 3 articulaciones en cada una de ellas

Robot Hexápodo Autónomo Simulación


Marilou Robotics Studio

Ambiente de simulación 3D para robots móviles

condiciones reales

respetando las leyes físicas

Robot Hexápodo Autónomo Avance


Construcción del

Prototipo

Robot Hexápodo Autónomo Avance


Ambiente

Acción at

Estado

st

Recompensa

rt

rt+1

st+1

Agente

Aprendizaje por

Refuerzo

Telemetria Móvil 3D

Integrantes: Leandro Di Matteo, Mariana Prieto, Ariel Hernández, Maximiliano Marufo da Silva, Verónica Fabbro , Juan Alarcón

Directores: Ing. Claudio Verrastro, Ing Juan Carlos Gómez

Grupo: GIAR – UTN FRBA

Telemetría Móvil 3D (TM3D) Objetivos


1. Desarrollo de un sistema de telemetría en 3 D mediante

el empleo de 2 o más cámaras

2. Desarrollo de un sistema de servo con realimentación

visual para el movimiento de una montura tipo Azimut-

Elevación para el seguimiento visual de objetos en el

espacio

3. Desarrollo de implementación de algoritmos de

seguimiento y segmentación de objetos sobre escenas

dinámicas

Telemetría Móvil 3D (TM3D) Modelo topográfico


Telemetría Móvil 3D (TM3D) layout


PAD

Unidad de Seguimiento

“A” Unidad de

Seguimiento “B”

Vehículo

Telemetría Móvil 3D (TM3D) Equipamiento


Telemetría Móvil 3D (TM3D) Algoritmos de traking


>> Picar sobre la imagen para ver el video <<

Telemetría Móvil 3D (TM3D) Resultados


>> Picar sobre la imagen para ver el video <<

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Telemetría Móvil 3D (TM3D) Resultados


Algoritmos de Reconstrucción en Tomografía PET Y SPECT


Integrantes: Ramiro Germán Rodríguez

Colmeiro, Rodrigo García

Director: Martín Belzunce, Claudio

Verrastro,

Algoritmos de Reconstrucción en Tomografía PET Y SPECT


• Desarrollo de Algoritmo de Reconstrucción de Imagen en

Tomografías por Emisión, PET y SPECT.

•Implementación eficiente para disminuir los tiempos de

reconstrucción mediante utilización de procesadores gráficos (GPUs).

•Lograr una Mejora de la Resolución a través de un Modelado

detallado del AR-PET y del AR-TGS.

•Diseño e implementación de algoritmo de estimación de scatter.

Algoritmos de Reconstrucción Tomografías por emisión


“La tomografía es una técnica que permite reconstruir una imagen

volumétrica de un objeto desconocido a través de mediciones externas a

él.”

Tomografías por Emisión

Emisión de Positrones

(PET)

Emisión de Fotón Único

(SPECT)

Imagen

Superposición de Proyecciones de la Imagen

Algoritmos de Reconstrucción Tomografía PET


Algoritmos de Reconstrucción Tomografía SPECT


γ

γ γ

• Se detecta un único fotón gamma

• Se lo debe colimar físicamente para

adquirir fotones en una dirección dada

• La resolución espacial está determinada

por la apertura del colimador

• La atenuación del fotón depende de la

posición donde se emitió Evento

Disperso Evento

Verdadero

Fotón

Frenado

Colimador Detector • Las proyecciones van desde 0º a 360º

• También se utilizan sinogramas

• Los algoritmos de reconstrucción tienen la

misma base que en PET

Algoritmos de Reconstrucción


“Son algoritmos que permiten generar imágenes precisas que

cuantifiquen la distribución de uno o más radioisótopos en el cuerpo

bajo estudio.”

Iterativos Analíticos

• Requieren una matriz del sistema

(SRM) que modele el proceso de

adquisición

• Implementación compleja

• Alto costo computacional

• Mayor inmunidad al ruido estadístico

• Modelos precisos de la matriz del

sistema permite mejorar la resolución

espacial

Dos Tipos de Algoritmos

• Basados en la transformada de

Radon

• Bajo costo computacional

• Sensible al ruido

• Fácil implementación

Algoritmos de Reconstrucción Maximum Likelihood Expectation Maximization


X: Imagen Reconstruida

B: Sinograma Adquirido

P: Sinograma Proyectado

A: Matriz del Sistema

Proyección

Retroproyección

Normalización

Algoritmos de Reconstrucción Resultados

• Se lograron importantes factores de aceleración en los algoritmos ML-EM y OS-EM utilizando GPUs.

• Se propusieron, diseñaron e implementaron proyectores que realizan una modelización precisa del proceso de adquisición de los scanners AR-PET y AR-TGS.

• Los proyectores propuestos para el AR-TGS permitieron llear la resolución espacial a menos de 5 cm (respecto de 10 cm con FBP)

• Se está trabajando en la estimación del scatter, que permitirá completar todos los aspectos necesarios para la reconstrucción y cuantificación de imágenes en PET y SPECT


Fotomultiplicador Digital de Estado Sólido (DSIPM)


Integrantes: Juan Alarcón, Oscar

Comito

Director: Oscar Wainberg



Como Detectores de Radiación

gamma

Usos:

Medicina Nuclear

Prospección geológica

Seguridad radiológica

Astrofísica



Cuentas

Carga [fC]

SiPM (S13360)

PMT (H8804)

1 SPE

1

2

3

4 5

SPEs

SiPM vs PMT


Espectro de fotones térmicos


Fotomultiplicador Digital

Arreglo experimental


Fuente HV (70V) Amplificador

Centellador

Fotomultiplicador Digital Uso en astrofísica

Centelladores orgánicos para

astrofísica


Fotomultiplicador Digital uso en prospección geológica

Centelladores orgánicos para

prospección geológica


Publicaciones último año

1- “Desplazamiento de un robot con una extremidad utilizando técnicas de aprendizaje por refuerzo” M. A. Scremin; J. C. Gómez; C. Verrastro; P. Folino; S. Alberino; J. Alarcón; E. da Ponte; VIII JAR 11-2014. ISBN 978-987-1978-19-9

2- “Clasificación de imaginación motriz mediante la detección de ERD/ERS para aplicaciones BCI” R. G. Rodríguez Colmeiro; E. Statello; S. Ezequiel Jaremczuk; JC. Gómez; C. Verrastro VIII JAR 11-2014. ISBN 978-987-1978-19-9

3- “Algoritmo de seguimiento de objetos basado en visión asistida por computador en tiempo real utilizando CAMShift e histogramas ponderados” Autores: Hernández, R. Verrastro, L. Di Matteo, M. Prieto, M. Marufo, J.C. Gómez, C. Verrastro. VIII JAR 11-2014. ISBN 978-987-1978-19-9

4- “Algoritmo de seguimiento de objetos en imágenes mediante reconstrucción iterativa de histograma en tiempo real” Autores: M. Prieto, M. Marufo, L. Di Matteo, R. Verrastro, A. Hernández, J. C. Gómez, C. Verrastro. VIII JAR 11-2014. ISBN 978-987-1978-19-9

5- “Programación de Robots utilizando Hoja de Cálculo” F A. Sampieri, S. Alberino, P.l Folino, J.C. Gómez, C. Verrastro. VIII JAR 11-2014. ISBN 978-987-1978-19-9


Publicaciones último año

6- “Aprendizaje por refuerzo y control difuso para generar comportamiento de robots” J.C. Gómez; C. Verrastro VIII JAR 11-2014. ISBN 978-987-1978-19-9

7- New Model To Describe The Early Steps Of Phototransduction” E. Salido, L. N. Servalli, J.C. Gómez, C. Verrastro, VI Congreso latinoamericano de ingeniería biomédica. 10- 2014. Paraná.. ISBN 978-3-319-13116-0

8- "An Attenuated Projector for Iterative Reconstruction Algorithm of a High Sensitivity Tomographic Gamma Scanner" M. Belzunce; C. Verrastro; L. Martinez Garbino; E. Venialgo; E. Da Ponte; A. Carimatto; J. Alarcon; D. Estryk; M. Cohen.. IEEE Transactions On Nuclear Science.Albuquerque: Ieee-Inst Electrical Electronics Engineers Inc. 2014 vol.61 n°2. p975 - 984. issn 0018-9499

9- "Verificación de Algoritmos DSP en FPGA para Espectrometría Gamma" L. Martínez Garbino; C. Verrastro. Santa Clara, Costa Rica.. 2014.CRIA 2014 ICTP

10- "3D Imaging in Non Destructive Assay of Nuclear Waste Drums" L. Martinez Garbino; M. Belzunce; E. Da Ponte; C. Verrastro.. Seatle USA. 2014. NSS IEEE 2014.

11- "3D Model for Computing the System Response Matrix of an Hexagonal PET Scanner" M. Belzunce; C. Verrastro. Seatle,USA 2014. 2014 NSS/MIC. IEEE

12- " A Pulse Modeling Tool for PET Scanners ": L. Martinez Garbino; E. Venialgo; D. Estryk; C. Verrastro; M. Belzunce. Seatle USA. 2014.NSS/MIC, IEEE


Equipamiento

• Dos laboratorios de 17 y 50 m2 en la SCTIP FRBA

• 1Plataforma Móvil con Brazo Robótico (PMIR) • 5 minirobots móvil (MINIPI) • 6 Robots ER1 (Grant-MS-ER) • Range Finder infrarojo • Cámara Estéreo para visión 3D • 2 monturas motorizadas para telemetría óptica • 2 Servidores de datos propios • 10 PCs de uso común en SECTIP • Generador de Funciones arbitrarias • Osciloscopio Digital • Multímetro TRMS


Conclusiones

Mecatrónica • Mecánica Robótica, Diseño • Electrónica Sensores, controladores, visión • Eléctrica Motores, actuadores • Sistemas • Algoritmos, IA


Preguntas


www.secyt.frba.utn.edu.ar/gia/

http://www.secyt.frba.utn.edu.ar/gia/

Gracias!


http://blog.frba.utn.edu.ar/utnbae

nmovimiento/1ras-jornadas-

latinoamericanas-de-

mecatronica-en-la-utn-buenos-

aires/

http://blog.frba.utn.edu.ar/utnbaenmovimiento/1ras-jornadas-latinoamericanas-de-mecatronica-en-la-utn-buenos-aires/




















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