PROGRAMA DE CÁTEDRAS CONACYT 2015 DATOS GENERALES Título: Técnicas probabilistas en robótica móvil experimental. Institución: Centro de Investigación en Matemáticas, A.C. Dependencia del Proyecto: CIMAT Guanajuato. Entidad Federativa donde se realizará el proyecto: Guanajuato. Temática: Desarrollo Tecnológico. Reto: Automatización y robótica. Modalidad: Individual. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Propósito: Fortalecer el grupo de robótica de CIMAT, se busca la incorporación de un investigador especialista en el uso de técnicas probabilistas en robótica móvil, con una formación teórica fuerte, pero también con perfil experimental y experiencia en el manejo de robots móviles y de sensores. Se espera por esta incorporación incrementar la generación de conocimiento en robótica móvil en CIMAT así como impactar la formación de recursos humanos al (1) desarrollar algoritmos para la navegación y la planificación de movimiento de robots móviles bajo incertidumbre, en colaboración con los miembros del grupo de investigación en robótica y al (2) asesorar y participar en la implementación de los algoritmos desarrollados sobre las plataformas disponibles en CIMAT (humanoides, robots de ruedas, drones, ). De esta manera se busca hacer avanzar el estado del arte en robótica móvil con un impacto aún más significativo mediante el desarrollo de la teoría necesaria aunado a su demostración experimental. Objetivos: 1) Diseñar nuevos algoritmos basados en técnicas probabilistas para robots móviles, en modelación de ruido sensorial; fusión multi-sensorial; localización; localización y mapeo simultáneos; planificación bajo incertidumbre; control óptimo estocástico. 2) Desarrollar la modelación matemática que fundamente el uso de técnicas probabilistas en robótica móvil. 3) Formación de recursos humanos con tesis en el estado del arte de técnicas probabilistas en robótica móvil. 4) Desarrollar herramientas software para la implementación de nuevos algoritmos de robótica móvil con el fin de hacerlas disponibles públicamente 1
para la comunidad científica internacional, integrando el conocimiento del grupo de investigación de robótica del CIMAT. 5) Optimizar el uso del Laboratorio de Robótica de CIMAT para actividades de docencia: organización de prácticas y de proyectos experimentales y para divulgación. 6) Organizar talleres y dar asesoría de participantes en competencias robóticas. Motivos de la institución para desarrollar el proyecto: En Departamento de Ciencias de la Computación de CIMAT, se ha desarrollado el grupo de investigación en robótica desde el 2006. Cuenta ahora con 3 investigadores, y con la colaboración de una colega de la Universidad de Guanajuato. El grupo tiene una alta producción científica, con participación regular en las conferencias internacionales de más alto prestigio en el área (ICRA, IROS, etc), y con artículos en las mejoras revistas del área (IJRR, IEEE TRO, AR, RAS, etc.). Desde el año 2013, cuenta con una infraestructura dedicada, el Laboratorio de Robótica, con espacio y plataformas robóticas para realizar experimentos. Se Busca complementar las sinergías presentes en este grupo con la integración de un investigador con perfil teórico-experimental, con experiencia en la implementación de técnicas probabilistas para la fusión de datos, la estimación (localización/slam), la planificación de movimiento bajo incertidumbres en plataformas móviles, o la planificación de sensado. Contribución esperada de la(s) cátedra(s): 1) Consolidar y ampliar el uso de técnicas probabilistas en robótica y proponer mejoras en los algoritmos usándolas en alguna(s) de las áreas siguientes: modelación de ruido sensorial; fusión multi-sensorial; localización; localización y mapeo simultáneos; planificación bajo incertidumbre; control óptimo estocástico. 2) Consolidar el grupo de robótica y ampliar su reconocimiento internacional. 3) Establecer convenios de colaboración académica con universidades nacionales y del mundo, para el intercambio de estudiantes y trabajos de investigación conjuntos. 4) Formación de recursos humanos de manera continua a nivel maestría, graduando al menos un estudiante cada dos años a partir del tercer año. 5) Publicaciones en revistas internacionales registradas en JCR (1 artículo cada año). así como participación en congresos del área tanto nacionales como internacionales (2 por año). 6) Incrementar la oferta de conocimiento para la vinculación del grupo de robótica con empresas de la región. Actividades: Impulsar el desarrollo de técnicas probabilistas en robótica móvil realizando investigación de punta. 2
1) Colaborar con investigadores del Departamento de Ciencias de la Computación del CIMAT, en las áreas de Robótica, por supuesto, pero también de Procesamiento de Imágenes y Reconocimiento de Patrones. 2) Formar recursos humanos a nivel posgrado en la maestría en Ciencias de la Computación, y posiblemente de doctorado, con direcciones de tesis en ambos niveles e enseñanza en cursos. 3) Desarrollar y mantener paquetes de software libre dedicados a la robótica móvil, para su disposición en el grupo de robótica móvil de CIMAT, y en la comunidad de robótica en general. 4) Publicar trabajos de investigación en revistas JCR. 5) Participar en actividades académicas del departamento (charlas, nuevo ingreso). 6) Organizar seminarios internos y externos. Invitar expositores del tema. 7) Organizar y participar en talleres y congresos nacionales e internacionales. 8) Participar en proyectos de vinculación academia-industria. 9) Organizar y asesorar grupos de estudiantes dedicados a competencias reconocidas de robótica (RoboCup). Resultados e impactos esperados a 5 y 10 años: A 5 años: 1) Generación de conocimiento científico avanzando el estado del arte en el uso de técnicas probabilistas en robótica móvil. 2) Colaboración activa con investigadores del Departamento de Ciencias de la Computación del CIMAT, en la generación de conocimiento, en la asesoría para la implementación de algoritmos desarrollados en el Centro, y en la formación de recursos humanos. 3) Organización de actividades de enseñanza (prácticas, talleres) en el marco del Laboratorio de Robótica. 4) Organización de actividades de divulgación (talleres de programación de robots, ). 5) Organización de actividades de competencia estudiantiles (RoboCup es un ejemplo). Un objetivo a 5 años sería crear e ir fortaleciendo un equipo local de RoboCup-Standard Platform League (es decir, plataformas Nao en el juego de fútbol). 6) Colaboración en la organización de eventos realizados en CIMAT como el Taller de Robótica y Planeación de Movimientos. 7) Publicaciones en revistas internacionales registradas en JCR: 5 artículos. 8) Participación en congresos internacionales (ICRA, IROS, RSS ): 3 artículos; y en congresos regionales (MICAI, LARS, MCPR): 5 artículos. 9) Formación de recursos humanos a nivel maestría y doctorado: 2 estudiantes de maestría graduados, 1 estudiante de doctorado en curso. 10) Generación de módulos de software libre para la implementación de técnicas probabilistas en robótica móvil, por ejemplo paquetes del Robotic Operating System (ROS). 3
A 10 años: 1) Generación de conocimiento científico avanzando el estado del arte en el uso de técnicas probabilistas en robótica móvil. 2) Colaboración activa con investigadores del Departamento de Ciencias de la Computación del CIMAT, en la generación de conocimiento, en la asesoría para la implementación de algoritmos desarrollados en el Centro, y en la formación de recursos humanos. 3) Organización de actividades de enseñanza (prácticas, talleres) en el marco del Laboratorio de Robótica. 4) Consolidar al grupo de investigación de robótica del CIMAT como uno de los grupos más importante a nivel nacional y con impacto a nivel internacional. 5) Consolidar el CIMAT como polo reconocido regionalmente en actividades de divulgación en programación y robótica. 6) Lograr consolidar un núcleo de estudiantes participando en competencias estudiantiles con la bandera de CIMAT. 7) Colaboración en la organización de eventos realizados en CIMAT como el Taller de Robótica y Planeación de Movimientos. 8) Publicaciones en revistas internacionales registradas en JCR: 10 artículos. 9) Participación en congresos internacionales (ICRA, IROS, RSS ): 6 artículos; y en congresos regionales (MICAI, LARS, MCPR): 5 artículos. 10) Formación de recursos humanos a nivel maestría y doctorado: 4 estudiantes de maestría graduados, 1 estudiante de doctorado graduado. 11) Generación de módulos de software libre para la implementación de técnicas probabilistas en robótica móvil (paquetes ROS ). Vinculación, pertinencia y perspectivas de transferencia de tecnología: En el CIMAT, desde hace más de 10 años se han llevado a cabo proyectos de vinculación con diversos sectores productivo y social. Por ejemplo, a través de su Gerencia de Matemáticas Industriales, el departamento de vinculación de CIMAT ha participado en diferentes proyectos orientados a la automatización: Soluciones de cómputo industrial (inspección visual, adquisición de datos, control de instrumentos, ): Instituto Mexicano del Petróleo, CIE-UNAM. Sistemas SCADA. Prototipos mecatrónicos, desarrollo de maquinas contadoras (distribuidas por Robus-pak). Capacitación especializada: GM, Bosch, Volkswagen, Motorola Con el desarrollo del presente proyecto se podría apoyar a nuevos proyectos técnico-científicos, en particular para satisfacer las demandas crecientes de las industrias del Corredor Industrial de Guanajuato, en el cual predomina la industria manufacturera, con gran potencial para la robotización, y la capacitación de personal hacia el control, la automatización, y la robótica en general. 4
La pertinencia de esta propuesta radica precisamente en el impacto de la aplicación de la ciencia para la resolución de problemas nacionales o de interés regional. La propuesta busca incorporar un grupo de trabajo encabezado por el investigador para realizar investigación aplicada para resolver problemas complejos que enfrenta de manera cotidiana la vida diaria de la industria. Descripción del grupo de Investigación o personal académico asociado al proyecto (Incluir los nombres de los miembros y sus especialidades): El ganador de la cátedra Conacyt se integraría al área de ciencias de la computación, en un grupo reuniendo robóticos y especialistas de técnicas probabilistas en ciencias de la computación y de estimación. Participan en el grupo: Dr. José Luis Marroquín Zaleta (CVU 6243): Investigador Titular C. SNI Nivel 3. Especialidad: Procesamiento de imágenes, campos aleatorios de Markov Dr. Rafael Eric Murrieta Cid (CVU 21694): Investigador Titular B. SNI: Nivel 1. Especialidad: Planificación de Movimientos y de Percepción, Robótica Móvil, Visión Artificial. Dr. Norberto Flores Guzmán (CVU 170719): Investigador Titular A. SNI Nivel 1. Especialidad: Automatización, monitoreo y control de sistemas de manufactura. Dr. Rogelio Hasimoto Beltrán (CVU 30868): Investigador Titular A. SNI Nivel 1. Especialidad: Procesamiento, compresión y transmisión robusta de imágenes y video (streaming), seguimiento (tracking) de objetos, detección y reconocimiento de caras en 2D y 3D, criptografía caótica. Dr. Johan Jozef Lode Van Horebeek (CVU 16185): Investigador Titular A. SNI Nivel 2. Especialidad: Reconocimiento estadístico de patrones, cómputo estadístico. Dr. Jean-Bernard Hayet (CVU 252133): Investigador Titular A. SNI Nivel 1. Especialidad: Visión artificial, robótica móvil. Dr. Héctor Manuel Becerra Férmin (CVU 47601): Investigador Asociado C. SNI Nivel Candidato. Especialidad: Visión Artificial, Control y Navegación Visual de Robots, Aplicaciones de Control Automático. 5
Descripción de la infraestructura física disponible para ejecutar las actividades del proyecto: La sede principal de CIMAT, en Guanajuato, está asentada en una superficie 19,420 m, dentro de los cuales se localizan 8 laboratorios, 1 auditorio, 7 salas de juntas, 2 salas de video-conferencias, 13 salones de seminarios, 6 salones de usos múltiples, 5 centrales de datos y 150 cubículos con equipo de cómputo. En particular, y como ya mencionado, el CIMAT cuenta desde hace 1 año con un laboratorio de robótica de 208 m2, equipado con muebles, despachos, mesas de trabajo, y por supuesto con plataformas robóticas: 3 robots de ruedas, 4 robots humanoides, 1 brazo robótico. Cuenta además con una gran variedad de sensores (láser, cámaras, ultrasonidos, sistema de captura de movimientos ) que se pueden usar para experimentos. Uno de los propósitos principales de este proyecto es su fortalecimiento. En otros tipos de infraestructuras, la biblioteca del Centro concentra un acervo de más de 28,836 mil libros y más de 700 tesis, una colección de 674 revistas científicas: 234 suscripciones vigentes, 123 con acceso electrónico y 33 bibliotecas digitales y bases de datos. A través de cuatro enlaces externos, se tiene acceso a la red de internet normal y a internet 2, que nos mantiene intercomunicados con otras instituciones académicas de México y el extranjero. Se cuenta también con servicios de internet comercial para regular el tráfico del servicio principal de red, y para el servicio seguro y eficaz de internet inalámbrico a toda la institución. Por lo que se refiere a telefonía, el sistema conmutador de nuestra sede en Guanajuato cuenta actualmente con 200 extensiones analógicas y digitales y 180 extensiones IP en uso y tiene capacidad de crecimiento hasta 1,150 extensiones; dispone, además, de correo de voz y operador automático, conferencia tripartita, grupos de telefonía y marcación directa. El sistema de conmutador cuenta con interconexión directa a los conmutadores de las Unidades Aguascalientes, Zacatecas y próximamente Monterrey. Se dispone además de un centro de hospedaje (CIMATEL) para 50 personas en 29 habitaciones, todas ellas con acceso a internet inalámbrico. Relación del proyecto con los programas de Posgrado registrados o susceptibles de pertenecer al PNPC: El CIMAT ofrece programas de maestría y doctorado en Ciencias con orientación en Matemáticas Básicas y Aplicadas, Probabilidad y Estadística y Ciencias de la Computación. Estos programas han resultando exitosos y actualmente atraen un promedio anual de 40 estudiantes de maestría y 12 de doctorado. Todos los 6
programas tienen el nivel internacional en el PNPC. La realización de este proyecto permitirá aumentar de manera importante la calidad de estos programas de maestría y doctorado. En particular, para los programas de Maestría en ciencias de la computación y matemáticas industriales y el Doctorado en Ciencias con orientación en Computación, ambos tienen cursos de reconocimiento de patrones, visión por computadora, estimación, robótica en áreas de planificación de movimientos y control visual de robots. El incorporar una cátedra CONACYT permitiría a estos programas contar con un experto en el área que imparta cursos avanzados en la inferencia Bayesiana, de manera general, y en sus aplicaciones en robótica, en particular. Permitiría también a los estudiantes hacer trabajos de tesis en nuevos temas. PERFILES SOLICITADOS Nivel académico: Doctorado Áreas del conocimiento: Ingeniería y Tecnología Disciplina: Ingeniería de Comunicaciones, Electrónica y de Control Subdisciplina: Computación Experiencia Profesional: 1) Capacidad para realizar investigación. 2) Capacidad para la implementación de algoritmos en plataformas robóticas. 3) Experiencia en enseñanza al menos a nivel licenciatura. 4) Perfil SNI. 5) Cooperación con un grupo de trabajo pero líder en su área de investigación. 6) Experiencia en la escritura de artículos de investigación. 7) Buen nivel de inglés. Actividades a Desarrollar: 1) Investigación de punta en técnicas probabilistas en robótica móvil. 2) Formación de recursos humanos dirigiendo tesis en el posgrado. 3) Dictar cursos de maestría. 4) Organizar un seminario de investigación afín al tema del proyecto. 5) Publicar trabajos de investigación en revistas JCR. 6) Participar en actividades académicas del departamento (charlas, nuevo ingreso). 7