Conception automatique de modèles de comportements pour systèmes bio-hybrides d'animaux et de robots

Autor: Cazenille, Leo
Přispěvatelé: Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), Sorbonne Université (SU), Ochanomizu University, Université Paris Diderot, José Halloy, Nicolas Bredeche, European Project: 601074,EC:FP7:ICT,FP7-ICT-2011-9,ASSISI_BF(2013)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: Artificial Intelligence [cs.AI]. Université Paris Diderot, 2018. English
Popis: Robots are increasingly used in behavioural research as tools that can induce multimodal stimuli to interact with animals. However, the robots used in most studies are simple entities without the ability to make their own decisions and can only be used in simple short-lived interactions with the animals. This approach can be extended further by using autonomous and biomimetic robots able to socially integrate groups of animals with closed-loop of interactions: the robots influence the animals, which, in turn, influence the behaviour of the robots.However, the design of these robots is challenging, as they have to be accepted by the animals as social companions and respond accordingly to social and environmental stimuli.This thesis addresses the problem of automatically designing animal behavioural models, that are implemented as controllers to drive biomimetic robots into socially integrating animal groups, and forming mixed-groups of animals and robots.In particular, we investigate the integration of robots driven by biomimetic behavioural models into groups of zebrafish Danio rerio) and into groups of cockroaches (P. americana and B. germanica). In both cases, we show that these models can be automatically calibrated to drive the robots into integrating groups of animals, mimicking their behaviour and exhibiting similar collective dynamics compared to animal-only groups.The main contributions of this thesis are:1) a methodology to automatically design microscopic models of agents behaviour to correspond to the dynamics exhibited by a macroscopic model of behaviour. This allows the automatic transition from a macroscopic description to a microscopic one. This methodology was then used to design the controllers of robots driven to socially integrate groups of cockroaches.2) a methodology to use automatically designed behavioural models to drive socially integrated robots into modulating the collective behaviour of mixed-groups of cockroaches and robots.3) a behavioural model that captures zebrafish behaviour individual and collective behaviour in a fragmented environment (i.e. environment with topological discontinuities). 4) a methodology to calibrate this model to exhibit the same individual and collective behaviour as the animals. We describe a set of metrics used to assess the biomimetism of this calibrated model.5) a methodology to create mixed-groups of fish and robot. We used this calibrated model to drive robots to socially integrate groups of zebrafish.; Les robots sont de plus en plus utilisés dans la recherche en ethologie collective comme outils interagissant avec des animaux et pouvant induire des stimuli multimodaux. Cependant, les robots utilisés dans la plupart de ces études sont des entités simples qui ne possèdent pas la capacité de prendre leurs propres décisions et qui ne peuvent être utilisés que dans de simples interactions de courte durée avec les animaux. Cette approche peut être étendue en utilisant des robots autonomes et biomimétiques capables d'intégrer socialement des groupes d'animaux avec des interactions en boucle fermée : les robots influencent les animaux, qui, à leur tour, influencent le comportement des robots.La conception de ces robots est cependant difficile, car ils doivent être acceptés par les animaux comme des compagnons sociaux et répondre en conséquence aux stimuli sociaux et environnementaux.Cette thèse aborde le problème de la conception automatique de modèles comportementaux d'animaux. Ces modèles sont utilisés comme contrôleurs de robots biomimétiques qui vont intégrer socialement les groupes d'animaux pour former des groupes mixtes d'animaux et de robots.En particulier, nous étudions l'intégration de robots pilotés par des modèles comportementaux biomimétiques avec des groupes de poissons zèbres (Danio rerio) et avec des groupes de blattes (P. americana et B. germanica). Dans les deux cas, nous montrons que ces modèles peuvent être calibrés automatiquement et utilisés comme contrôleurs de robots. Cela permet aux robots d'intégrer des groupes d'animaux en imitant leur comportement et en présentant des dynamiques collectives similaires à celles des groupes d'animaux.Les principales contributions de cette thèse sont :1) une méthodologie permettant de concevoir automatiquement des modèles microscopiques de comportement pour correspondre aux dynamiques d'un modèle macroscopique de comportement. Cette méthodologie a ensuite été utilisée pour concevoir des contrôleurs de robots destinés à intégrer socialement ces groupes de cafards.2) une méthodologie permettant d'utiliser des modèles comportementaux conçus automatiquement pour amener des robots socialement intégrés à moduler le comportement collectif de groupes mixtes de cafards et de robots.3) un modèle comportemental qui capture les comportements individuels et collectifs des poissons zèbres dans un environnement fragmenté (i.e. environnement avec discontinuités topologiques). 4) une méthodologie pour calibrer ce modèle afin qu'il présente les mêmes comportements individuels et collectifs que les animaux. Nous décrivons un ensemble de mesures utilisées pour évaluer le biomimétisme de ce modèle calibré.5) une méthodologie pour créer des groupes mixtes de poissons et de robots. Nous avons utilisé ce modèle calibré pour amener les robots à intégrer socialement des groupes de poissons zèbres.
Databáze: OpenAIRE
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