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@PhDThesis{Freitas:2019:CoCoBe,
               author = "Freitas, Vander Luis de Souza",
                title = "Controlling collective behaviors and autonomous mobile agents",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2019",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2019-10-16",
             keywords = "reactive models, nonlinear dynamics, collective motion, symmetric 
                         circular formation, kilobots, modelos reativos, din{\^a}mica 
                         n{\~a}o-linear, movimento coletivo, forma{\c{c}}{\~o}es 
                         circulares sim{\'e}tricas, kilobots.",
             abstract = "Collective behaviors emerge from interactions among living beings. 
                         Similarly, engineering applications with mobile robots might 
                         employ bio-inspired strategies to reach desired group 
                         configurations. This thesis proposes strategies that exploit 
                         communication among close agents to obtain the desired behavior. 
                         Firstly, a reactive model of agents that group into a certain 
                         neighborhood and follow a mobile reference is presented. The 
                         adopted parameters are achieved via heuristics that target 
                         specific formation topologies. Each agent has a sensory region 
                         around itself that allows perceiving neighbors that come close. 
                         Furthermore, the group follows the socalled virtual agent (VA), a 
                         non-real agent that dictates the trajectory to be chased. The 
                         second part of the thesis is devoted to a first-order model of 
                         particles with coupled oscillator dynamics, focusing on the 
                         specific case of particles moving in circular trajectories and 
                         reaching clusters of the same size that are symmetrically 
                         distributed along the trajectory. The study starts with an 
                         investigation of the control parameters space in order to find 
                         regions where particles reach desired formations regardless of 
                         initial conditions. After that, the effects of adding and removing 
                         particles from already stable ensembles are explored. Simulations 
                         show that some particles never join clusters when the number of 
                         new elements is smaller than a certain critical value. In a 
                         similar fashion, clusters start to break only after a critical 
                         number of removed elements. Additionally, a strategy is proposed 
                         to change from one cluster configuration to another. Finally, the 
                         so-called Switching System is proposed, allowing for symmetric 
                         circular formations with time-periodic and chaotic dynamics. The 
                         model for obtaining cluster configurations is implemented in a 
                         simulator of mobile robots as a proof of concept. RESUMO: 
                         Comportamentos coletivos complexos emergem de 
                         intera{\c{c}}{\~o}es entre seres vivos. Da mesma forma, 
                         aplica{\c{c}}{\~o}es de engenharia com rob{\^o}s m{\'o}veis 
                         podem empregar estrat{\'e}gias bio-inspiradas para 
                         obten{\c{c}}{\~a}o de configura{\c{c}}{\~o}es de grupo 
                         desejadas. Esta tese prop{\~o}e estrat{\'e}gias que exploram 
                         comunica{\c{c}}{\~a}o entre agentes pr{\'o}ximos para obter o 
                         comportamento almejado. Inicialmente, apresenta-se um modelo 
                         reativo de agentes que se agrupam em uma dada vizinhan{\c{c}}a e 
                         seguem uma refer{\^e}ncia m{\'o}vel. Os par{\^a}metros adotados 
                         s{\~a}o provenientes de heur{\'{\i}}sticas que objetivam 
                         topologias de forma{\c{c}}{\~a}o espec{\'{\i}}ficas. Cada 
                         agente possui uma regi{\~a}o sensorial que o permite se comunicar 
                         com agentes pr{\'o}ximos. Ainda, o grupo segue o chamado agente 
                         virtual, um agente fict{\'{\i}}cio que indica a trajet{\'o}ria 
                         a ser seguida. A segunda parte da tese se concentra em um modelo 
                         de primeira ordem de part{\'{\i}}culas com din{\^a}mica de 
                         osciladores de fase acoplados. Trata-se do caso 
                         espec{\'{\i}}fico de part{\'{\i}}culas se movendo em 
                         trajet{\'o}rias circulares e subdividindo-se em clusters de mesmo 
                         tamanho e distribu{\'{\i}}dos simetricamente pela 
                         trajet{\'o}ria. O estudo inicia-se com a investiga{\c{c}}{\~a}o 
                         do espa{\c{c}}o dos par{\^a}metros de controle a fim de 
                         encontrar regi{\~o}es onde as part{\'{\i}}culas atingem as 
                         forma{\c{c}}{\~o}es desejadas, independentemente das 
                         condi{\c{c}}{\~o}es iniciais. Em seguida, explora-se os efeitos 
                         da adi{\c{c}}{\~a}o e remo{\c{c}}{\~a}o de part{\'{\i}}culas 
                         em arranjos j{\'a} est{\'a}veis. Simula{\c{c}}{\~o}es mostram 
                         que algumas part{\'{\i}}culas nunca integram clusters quando o 
                         n{\'u}mero de novos elementos {\'e} menor do que um valor 
                         cr{\'{\i}}tico. Do mesmo modo, os clusters come{\c{c}}am a se 
                         quebrar apenas a partir de um certo n{\'u}mero cr{\'{\i}}tico 
                         de part{\'{\i}}culas removidas do arranjo. Al{\'e}m disso, 
                         prop{\~o}e-se uma estrat{\'e}gia para realizar 
                         transi{\c{c}}{\~o}es entre uma forma{\c{c}}{\~a}o de clusters 
                         para outra. Por fim, apresenta-se o chamado Switching system, que 
                         permite forma{\c{c}}{\~o}es circulares sim{\'e}tricas com 
                         part{\'{\i}}culas que n{\~a}o se sobrep{\~o}em e 
                         trajet{\'o}rias ca{\'o}ticas. O modelo para obten{\c{c}}{\~a}o 
                         das configura{\c{c}}{\~o}es de clusters {\'e} implementado em 
                         um simulador de rob{\^o}s m{\'o}veis como uma prova de 
                         conceito.",
            committee = "Quiles, Marcos Gon{\c{c}}alves (presidente) and Macau, Elbert 
                         Einstein Nehrer (orientador) and Yanchuk, Serhiy (orientador) and 
                         Guimar{\~a}es, Lamartine Nogueira Frutuoso and Carvalho, Solon 
                         Ven{\^a}ncio de and Cirilo, Patricia Romano and Piqueira, 
                         Jos{\'e} Roberto Castilho",
         englishtitle = "Controlando comportamentos coletivos e agentes m{\'o}veis 
                         aut{\^o}nomos",
             language = "en",
                pages = "106",
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        urlaccessdate = "06 dez. 2019"
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