Descrizione del modulo "Bio-inspired Learning (INT.P02.002.002)"

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  • Descrizione del modulo "Bio-inspired Learning (INT.P02.002.002)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • La realizzazione di sistemi Intelligenti adattivi può avere ricadute importanti sulla costruzione di ausili intelligenti per anziani o portatori di handicap fisici, l'automazione di macchine etc. Questa ricerca può contribuire allo sviluppo di modelli che rendano più accettabili servizi automatizzati in ambito domestico, nell'ambito dell'assistenza e della riabilitazione. I sistemi robotici distribuiti in rete possono trovare impiego nel settore pubblico, dalla gestione delle strutture sanitarie (cliniche, ospedali, ospizi) alla gestione del territorio (protezione civile, vigili del fuoco, pubblica sicurezza, difesa) come in quello privato (personal robot assistant, elettrodomestici robotici, robot da intrattenimento). L'implementazione di real time mosaicking in ambito marino risponde alle esigenze nei campi della biologia e dell'archeologia marina. Le metodiche sviluppate renderanno fattibile la progettazione di dispositivi minimamente invasivi ed intelligenti per la compensazione protesica, la diagnosi audiologica e la riabilitazione uditiva. Contributo alla valutazione del rischio legato all'esposizione della popolazione e dei lavoratori ai campi elettromagnetici. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Analisi dei meccanismi cognitivi insiti nei processi di comunicazione, apprendimento e growing up e loro implementazione in artefatti capaci di adattarsi in modo autonomo all'ambiente. Progettazione di architetture per robot capaci di apprendere ed evolvere autonomamente.Sviluppo di un sistema prototipale costituito da più agenti robotici multisensorializzati interconnessi tra di loro e con il sistema di supervisione mediante rete locale wireless. Analisi delle problematiche connesse all'interazione robot-uomo sia dal punto di vista dell'accettabilità da parte dell'utente che da quello della roboetica. Sviluppo, valutazione e trasferimento di tecnologie innovative per la conservazione dello stato di salute e miglioramento di diagnosi, cura e riabilitazione. Sviluppo di metodi, modelli di simulazione numerica e di dispositivi per la valutazione disabilità uditiva nell'anziano, nei deficit centrali del processing uditivo e nei soggetti esposti ad agenti ototossici. Analisi e modellazione degli aspetti legati allo studio del possibile impatto dei campi elettromagnetici sulla salute. (literal)
Competenze
  • I partecipanti alla commessa hanno le seguenti competenze necessarie per svolgere questa ricerca: - in Psicologia dell'Apprendimento per studiare i meccanismi che permettono ai sistemi intelligenti di crescere cognitivamente. - in Ingegneria dell'Informazione per implementare modelli di elaborazione e interpretazione di insiemi complessi di dati - in Robotica per la progettazione e nello sviluppo di sistemi adattivi capaci di apprendere e alla simulazione e al controllo di impianti distribuiti e/o di processi, applicati in ambiente parzialmente strutturato. - nella Bioingegneria applicata alle tematiche inerenti la audiologia/otorinolaringoiatria per lo sviluppo di modelli numerici del processing uditivo-cognitivo e metodiche di analisi di segnali biomedici -in Ingegneria Elettronica applicata alla progettazione ad alto livello di dispositivi 'smart' - nell'applicazione di tecniche di elettromagnetismo computazionale alla valutazione dell'esposizione a livello d'organo in modelli umani mediante l'utilizzo di codici specifici per il calcolo elettromagnetico e di strumentazione per la valutazione dell'esposizione a livello della singola persona (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • I risultati di questa ricerca possono avere le seguenti ricadute sui processi produttivi: - Lo sviluppo di metodologie per la progettazione e l'implementazione di sistemi robotici completi in grado di operare autonomamente in ambienti dinamici o poco strutturati e, eventualmente di cooperare con esseri umani. - La costruzione di macchine che si adattino dinamicamente a nuovi ambienti che spesso sono imprevedibili e loro possibile utilizzo in ambienti ostili per l'uomo. - La realizzazione di tecniche intelligenti di supporto alle decisioni, che agevolino la scelta delle soluzioni più appropriate per un determinato problema. - Lo sviluppo di metodologie per lo studio di sistemi biologici complessi. - Le metodiche di analisi qui sviluppate potranno essere impiegate nelle apparecchiature per screening uditivo, nelle applicazioni per il fitting e di verifica del \"fine tuning\" protesico ed in quelle di riabilitazione uditiva. (literal)
Tecnologie
  • Particolare importanza ai fini della modellazione dell'apprendimento e del growing up rivestono le tecniche di filtraggio del rumore, di analisi di segnali e quelle di feature selection, capaci di individuare il sottoinsieme di ingressi rilevanti per un determinato problema. Infatti, oltre a rendere più efficiente il processo di acquisizione dei dati, permettono di comprendere le effettive variabili in gioco nel sistema in esame. Nella simulazione a calcolatore, vengono sperimentate diverse tecniche di machine learning, di reti neurali dinamiche utilizzando soprattutto il linguaggio C, C++ e la piattaforma MATLAB. Modellizzazione numerica del processing del sistema uditivo; modelli numerici del processing cognitivo; processing (signal enhancement) di segnali audio da utilizzare nei test di psicoacustica e nei dispositivi di compensazione protesica; filtraggi numerici di segnali audio; metodi di analisi tempo-frequenza e di analisi spettrale di ordine superiore. Analisi statistiche avanzate (e.g. applicazione di tecniche di Polynomial Chaos) dei dati di esposizione numerici o sperimentali. Stima dei campi elettromagnetici in modelli umani, generati da sorgenti interne ed esterne. (literal)
Obiettivi
  • Studio , sviluppo, implementazione, valutazione e applicazione di metodi e modelli capaci di adattamento, di apprendimento e di growing up, sulla progettazione, lo sviluppo e la sperimentazione di sistemi di controllo distribuiti per sistemi robotici multiagenti operanti in ambienti parzialmente strutturati e sull'analisi degli aspetti sociali ed etici legati all'introduzione nella vita quotidiana di strumenti ICT/sistemi robotici intelligenti. Studio dei meccanismi della degenerazione uditiva nell'anziano e valutazione del loro impatto sulla percezione uditiva; sviluppo di metodologie di analisi avanzate per l'individuazione di danni uditivi, già a livello subclinico, in specifiche categorie di soggetti esposti a agenti potenzialmente ototossici; progettazione di dispositivi 'smart' per la protesizzazione uditiva, la diagnosi audiologica e la riabilitazione uditiva. Contribuire alla valutazione dell'esposizione ai campi elettromagnetici della popolazione e dei lavoratori, nella prospettiva della valutazione e comunicazione del rischio. (literal)
Stato dell'arte
  • Nello sviluppo di sistemi artificiali autonomi e adattabili l'ICT presenta gravi limitazioni legate alla complessità del mondo reale, alle problematiche connesse con l'attribuzione di significato dei dati provenienti dai sensori e alla difficoltà di costruire un sistema capace di apprendere autonomamente e di far evolvere la propria intelligenza. L'introduzione di robot autonomi nella vita quotidiana introduce alcuni nuovi problemi e interrogativi rilevanti connessi al livello di accettabilità di questi supporti (es. domotica per anziani), alle conseguenze dell'utilizzo di questi strumenti nella vita quotidiana (es. robotica nella scuola) con importanti implicazioni etiche connesse. La problematica relativa alla degenerazione del sistema uditivo nei soggetti anziani, soprattutto nei casi di patologie neurodegenerative (83% delle persone sopra i 70 anni) comporta la necessità di conoscere i meccanismi coinvolti e sviluppare nuovi strumenti per la diagnosi precoce e per la riabilitazione uditiva. La diffusione di nuove tecnologie basate sull'emissione di onde elettromagnetiche comporta una profonda espansione della ricerca sull'impatto dell'esposizione ai campi elettromagnetici. (literal)
Tecniche di indagine
  • In Psicologia dell'Apprendimento vengono usati colloqui ( strutturati, semistrutturati e liberi), esperimenti, giochi e osservazioni su bambini e/o su animali. In Ingegneria dell'Informazione vengono sviluppati modelli dinamici specifici o vengono usate metodologie di analisi in tempo reale di segnali e immagini, di estrazione di invarianti che vanno dalla teoria del caos al machine learning, a tecniche di reti neurali artificiali. In robotica vengono sviluppati modelli ibridi con architetture miste, gerarchiche e parallele, e con sistemi a regole e tecniche euristiche mimando quanto avviene in natura. In ambito uditivo vengono utilizzate misure oggettive della funzionalità cocleare (quali le emissioni otoacustiche, OAE), test di psico-acustica, test di riconoscimento del parlato (somministrati anche durante campagne di screening uditivo di massa), test di valutazione della funzionalità cognitiva e misurazioni di segnali audiologici di rilevanza clinica che verranno analizzate con tecniche di analisi multiparametriche e multi-fattoriali. Nella ricerca su Campi Elettromagnetici e Salute Umana vengono usate tecniche di elettromagnetismo computazione e misure di esposizione. (literal)
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