HIGMN : an IGMN-based hierarchical architecture and its applications for robotic tasks

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Pereira, Renato de Pontes
• Orientador(a): Engel, Paulo Martins
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Inteligência artificial; Redes neurais; Robótica
• Palavras-chave em Inglês: Hierarchical incremental Gaussian mixture network; IGMN; Robotics; Learning from demonstration; Deep learning
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/80752

O recente campo de Deep Learning introduziu a área de Aprendizagem de Máquina novos métodos baseados em representações distribuídas e abstratas dos dados de treinamento ao longo de estruturas hierárquicas. A organização hierárquica de camadas permite que esses métodos guardem informações distribuídas sobre os sinais sensoriais e criem conceitos com diferentes níveis de abstração para representar os dados de entrada. Este trabalho investiga o impacto de uma estrutura hierárquica inspirada pelas ideias apresentadas em Deep Learning, e com base na Incremental Gaussian Mixture Network (IGMN), uma rede neural probabilística com aprendizagem online e incremental, especialmente adequada para as tarefas de robótica. Como resultado, foi desenvolvida uma arquitetura hierárquica, denominada Hierarchical Incremental Gaussian Mixture Network (HIGMN), que combina dois níveis de IGMNs. As camadas de primeiro nível da HIGMN são capazes de aprender conceitos a partir de dados de diferentes domínios que são então relacionados na camada de segundo nível. O modelo proposto foi comparado com a IGMN em tarefas de robótica, em especial, na tarefa de aprender e reproduzir um comportamento de seguir paredes, com base em uma abordagem de Aprendizado por Demonstração. Os experimentos mostraram como a HIGMN pode executar três diferentes tarefas em paralelo (aprendizagem de conceitos, segmentação de comportamento, e aprendizagem e reprodução de comportamentos) e sua capacidade de aprender um comportamento de seguir paredes e reproduzi-lo em ambientes desconhecidos com novas informações sensoriais. A HIGMN conseguiu reproduzir o comportamento de seguir paredes depois de uma única, simples e curta demonstração do comportamento. Além disso, ela adquiriu conhecimento de diferentes tipos: informações sobre o ambiente, a cinemática do robô, e o comportamento alvo.