Beca 2003

“Inteligencia Artificial, Redes Neuronales y Robótica”

 

El jurado de selección estuvo integrado por:

  • Ing. Jonas Paiuk (especialista en robótica inteligente)
  • Ing. Benjamín Rafael Kuchen (especialista en robótica inteligente)
  • Ing. Hugo Strachan (socio del RCBA)
  • Dr. Marcos Bertín (socio del RCA)

Fue seleccionado entre los excelentes postulantes el Ing. Diego A. Gutnisky.

El titulo del presentado fue: “Redes neuronales adaptativas aplicadas a tareas de cooperación”.

Propuesta de Trabajo

Se propone abarcar el estudio de comportamientos cooperativos desde una perspectiva multidisciplinaria, debido al interés que proviene de áreas tales como el comportamiento animal, psicología experimental, biología evolutiva, sociología, teoría de juegos y la robótica, utilizando como herramienta las redes neuronales.

Los animats, robots autónomos o simulaciones de animales, están motivados por las limitaciones percibidas en la inteligencia artificial clásica. Dean (1998) afirma que los animats son un intento para comprender la capacidad de los animales para generar de manera autónoma comportamientos adaptativos en entornos complejos y cambiantes. El comportamiento adaptativo se entiende de mejor manera focalizándose en la interacción entre el individuo y su entorno. La investigación en animats, comienza usualmente con habilidades sensoro-motrices de bajo nivel, siendo luego que los comportamientos más complejos emergen de sistemas compuestos por los comportamientos simples. Los conceptos para el desarrollo de animats, son tomados de la etología, psicología, neurobiología, del conexionismo y de la biología evolutiva. Para los investigadores de lA, entender los mecanismos involucrados en el comportamiento adaptativo son secundarios para creados, pero para los científicos provenientes de las ciencias naturales, el desarrollo de los animats les puede proveer de herramientas y conceptos para el entendimiento de los sistemas biológicos.

Nuestra intención en la investigación realizada está en la línea descripta por las investigaciones en animats, el objetivo es acercarse a la robótica ya su problemática, desde modelos sustentados en investigaciones de psicología, biología y de las neurociencias. El proyecto propuesto tiene como base un modelo neuronal del comportamiento aversivo y apetitivo cuyas hipótesis de construcción fueron tomadas de las teorías de comportamiento, resultados experimentales en animales y evidencias neurobiológicas.

En este proyecto se propone investigar sistemas adaptativos con la propiedad de aprender procesos asociativos, usando los resultados experimentales de la teoría de los sistemas adaptativos, la neurobiología, y las teorías de aprendizaje (Frank, 1996). La teoría de sistemas adaptativos, la cibernética y la psicología experimental fueron los pilares para incorporar al modelado de las funciones superiores del cerebro la dimensión temporal, los procesos a lazo cerrado y los mecanismos capaces de alcanzar objetivos predeterminados (Wiener, 1948/1961; Ashby 1952/1960, Hull, 1943; Sutton and Barto, 1981, 1990; Dragoi y Staddon 1999; Schmajuk y Zanutto, 1997). En este abordaje al tema, sólo últimamente se han incluido algunos aspectos fundamentales del comportamiento animal. Dichos aspectos involucran el tiempo real y sistemas realimentados con la propiedad de alcanzar un objetivo por la interacción entre el sistema con capacidad de aprendizaje y, el ambiente (Sutton and Barto, 1981; Schmajuk y Zanutto, 1997, 1998; Staddon y Zanutto, 1997, 1998 Zanutto y Lew, 2000).

Recientemente ha habido un auge en las investigaciones en campo de la robótica sobre los llamados “sistemas multi-agentes”. La cooperación en robots es de interés por varias razones, entre ellas, porque las tareas pueden ser demasiado complejas para que las lleve a cabo un sólo robot, o porque la eficiencia seria mayor si se utilizase varios de ellos de manera sinérgica. Otra razón es que hacer varios robots más sencillos puede ser más económico, fácil, flexible y tolerante a fallas que construir un único robot poderoso para cada tarea. Sin embargo aún se carecen de teorías adecuadas para el desarrollo de dicha área.

La biología evolutiva se interesó particularmente en la cooperación entre animales desde los tiempos de Darwin (1859). Inicialmente surgió como una “aparente” paradoja al principio de selección natural, ya que podía parecer contradictorio que en un mundo en competencia por obtener el mayor éxito reproductivo, pudiesen surgir actitudes cooperativas. Sin embargo la cooperación animal parece ser la regla más que la excepción (ver apéndice A). Hamilton (1964) elaboró una teoría sobre la cooperación entre individuos relacionados genéticamente, y Trivers (1971) explicó cuales eran los mecanismos necesarios para la existencia de comportamientos cooperativos entre individuos no relacionados (altruismo recíproco). Trivers (1971-1985) propuso que el juego del “Dilema del Prisionero” (ver apéndice B) era un marco conceptual adecuado para comprender el altruismo recíproco. Si bien la cooperación entre animales es un área de estudio central en la biología evolutiva, ésta no se preocupa por los mecanismos biológicos involucrados en las tareas cooperativas.

Uno de los problemas más conocidos y estudiados dentro de la teoría de juegos matemáticos, es el del “Dilema del prisionero”, que enfrenta el comportamiento individual versus el colectivo. Creado por Flood y Dresher, y popularizado en 1953 por Von Neumann y Morgenstein, la microeconomía y la sociología se han valido de dicho juego para la elaboración de sus propias teorías. Axelrod (1981-1984) realizó competencias de strategias computacionales que competían entre ellas, según el esquema original del juego. Se introdujeron variantes al juego, como la repetición de los enfrentamientos, y la evolución de la población de estrategias, según la eficiencia resultante en el juego. Axelrod encontró que la estrategia “Tit fot Tat” (ojo por ojo, diente por diente), era la que triunfaba en todos los enfrentamientos. Dicho resultado fue sorprendente debido a la sencillez de dicha estrategia, la cual repite la acción realizada por el oponente en la jugada anterior, de ahí el nombre “ojo por ojo, diente por diente”.

Uno de los factores esenciales para comenzar a proponer modelos de cooperación es intentar responder la pregunta de cuál es la mínima capacidad cognitiva necesaria para que un agente aprenda a cooperar con otros. Gutnisky (2002) propuso que el condicionamiento operante seria una condición suficiente para explicar experimentos de cooperación de dos agentes, realizando simulaciones computacionales, utilizando el modelo neuronal presentado por Zanutto y Lew (2000); Lewt (2000); Lewet (2001); Zanutto  (2001) (ver apéndice C). Teniendo en cuenta la posible aplicación al ámbito de la robótica, se comparó la perfomance en una tarea donde se debían esquivar obstáculos de dicho modelo con algunas de las técnicas más usuales de la robótica. En este proyecto se propone extender los resultados expuestos por Gutnisky (2002) al caso de experimentos de más de dos agentes, teniendo presente la aplicación en el ámbito de la robótica.

Currículum Vitae del Ing. Diego Adrián Gutnisky

Ingeniero Electrónico (Universidad de Buenos Aires-Facultad de Ingeniería-2002). Técnico en Electrónica (Escuela Técnica ORT-1996).

Ingeniería Electrónica (UBA). Promedio: 8.22 (ocho con veintidós centésimos). 24 materias de la carrera de Ingeniería Informática (UBA) aprobadas.

Escuela Técnica ORT. Promedio General: 8 (ocho). Graduado con honores. Escuela Galicia N°19 D.E. 7. Promedio General: 9.5 (nueve cincuenta)

Antecedentes académicos y laborales

2002: Ayudante ad-honorem de Redes Neuronales (DI. Ing. B.S. Zanutto). Investigador en el Instituto de Ingeniería Biomédica (IIBM, Facultad de Ingeniería de la UBA).

2000-2001: Trabajo en el área de sistemas de Acom S.A. empresa del grupo Andreani cuya área principal era el e-cormmerce, luego en el área de Nuevos Negocios del grupo.

Instalación, prueba, reparación, armado de requerimientos, e instructivos de los sistemas. Programación en ColdFussion de aplicativos Web.

Responsable área de Sistemas de Acom. Supervisión y revisión de los sistemas entregados por terceros (Impsat), programación en ColdFussion. Investigación y confección de proyectos para agregar módulos de telefonía y servicios informáticos varios a los kioscos multimedias de Acom.

Trabajo en el área de Nuevos Negocios de Andreani, en el proyecto “MiniPoint”, consistente en integrar distintos servicios (recepción de clasificados, pago de servicios, informes Veraz, compra de pasajes de micros) en las agencias Andreani. Mi trabajo consistió en compatibilizar los sistemas, hacer los requerimientos, compras y presupuesto necesario para el lanzamiento de la prueba piloto, así como el armado y supervisión de las capacitaciones a los operarios de los distintos puntos.

1999: Ayudante ad-honorem de Análisis de Circuitos (Ing. Velo,UBA).

Pasante de aprendizaje tecnológico, LABI (Facultad de Ingeniería, UBA).

Programación en lenguaje C++, entorno LINUX, en el servicio técnico de la Facultad de Ingeniería de la UBA para desarrollar el sistema de expedientes de la misma (trabajo ad-honorem).

1998: Ayudante ad-honorem de Algoritmos y Programación I (Ing. Fontela, UBA)

1997: Coordinador de grupos juveniles.

Reparación de plaquetas de fotocopiadoras y equipos de biomedicina (Biomed Brokers – Grinstein Electrónica).

1994: Creación y corrección de planillas de datos, armado de carpetas técnicas y comerciales para Motorola (Movicom) para una licitación internacional de telefonía móvil para el interior del país.

1993: Profesor particular de computación.

Cursos y seminarios

2001: Seminario de Seguridad en Redes Informáticas, dictado por Cisco (Hotel Sheraton).

2000: Seminario de WAP, WML, VOXML, dictado por Motorola (Hotel Marriot Plaza).

1997: Curso introductorio de Redes Neuronales, dictado por el Ing Mastriani y organizado por IEEE.

Logros alcanzados

1999 : Primer puesto en el concurso interno de Pasantías de Aprendizaje Tecnológico (LABI-Facultad de Ingeniería de la UBA).

1996 : Abanderado. Primer Puesto Olimpíadas Grupales Intercolegiales de Física. Medalla de Plata en Olimpíadas Nacionales de Física. Preseleccionado para Space Camp, NASA, 15 finalistas. Mención Especial de diseño de kit educativos de bajos recursos (Ciudad de Buenos Aires).

1995 : Distinción de la Escuela Técnica ORT por las actuaciones destacadas. Primer puesto en las Olimpíadas Municipales de Física. Primer puesto en las Olimpíadas Grupales Intercolegiales de Física. Primer puesto en las Olimpíadas Grupales Intercolegiales de Matemática. Medalla de Bronce en las Olimpíadas Nacionales de Física. Ronda Regional (semifinal) de las Olimpíadas de Matemática.

1994 : Medalla de Plata en las Olimpíadas Nacionales de Física. Ronda Regional (semifinal) de las Olimpíadas de Matemática.

1993 : Ronda final de las Olimpíadas de Física (puesto 25°). Seleccionado para representar a la ciudad de Buenos Aires en el Torneo Internacional de las Ciudades.

1992 : Ronda final de las Olimpíadas de Física (competidor más joven en participar y acceder a las finales en la historia de la competencia).

Conocimientos y habilidades

Idiomas: Curso de un mes intensivo en Nueva Zelanda (nivel Avanzado). Rendido el 05/08/02 (Rango de puntaje 213-273, falta resultado del ensayo). Sistemas Operativos: Windows 95/98, Linux (básico).

Lenguajes de Programación: Q-Basic, Turbo Pascal, Lenguaje C/C++, Builder C++, Visual Basic.

Base de Datos: Oracle 8i (básico), Access 2000, Oracle Developer (básico).

Web: Front Page, DreamWeaver, HTML, ColdFussion.

Utilitarios: Office, StarOffice.

Técnicos: Tango, Atrax, Ez-route, SPICE, Ewb, Mathcad, Matlab, Derive.

Proyectos realizados

2001- 2002

Tesis de Ingeniería: “Control de robots utilizando redes neuronales adaptativas. Cooperación y evitación de obstáculos”. Tutor: Dr. Ing. B.S. Zanutto. Realizado en IIBM (Instituto de Ingeniería Biomédica-Facultad de Ingeniería) e IBYME (Instituto de Biología y Medicina Experimental CONICET).

2000

Simulación de una red, con dispositivos virtuales tales como LAN, Rosts, Routers (trabajando con RIP), programados en C, bajo entorno Linux, con la biblioteca de sockets. (Facultad de Ingeniería de la UBA- Redes de Computadoras ).

1999

Análisis de la norma X.1O para transmisión de información por red eléctrica, con el objeto de asesorar a una señora hipo acusica en la reparación de dispositivos que poseía, trabajando en dicha norma (Facultad de Ingeniería de la UBA-LABI).

1999

Sistema de Posicionamiento de Antena por control proporcional programada en el microcontrolador 8051.

1996

Sistema de Posicionamiento de Antena, por PID y Lógica Difusa. Elementos de comparación. Premio al mejor proyecto (Escuela Técnica ORT). Kit Educativo de Bajos Recursos, sistema interactivo de visualización de ondas transversales. Mención al kit de más bajos recursos (Ministerio de    Ciencia y Tecnología). Investigación sobre la geometría fractal, aplicaciones (Exposición Escuela Técnica ORT, Galerías Pacífico)

1995

Detector de objetos con salida audible, diseñada para no videntes. Expendedora de boletos programada para el microcontrolador 8051.

1993-1994

Estudio de diferentes métodos de simulación de visión tridimensional (Expuesto en la Feria de Ciencias de las Escuelas Raggio, organizado por la Secretaría de Educación Municipal).

   Resumen del trabajo presentado por el Ing. Diego A. Gutnisky, que se podrá leer en formato PDF. http://www.rotaryba.org.ar/Gutnisky.pdf

   Incorporamos también la presente nota adicional, para conocimiento general.  http://publicaffairs.uth.tmc.edu/distinctions/archive/2005/May/gsbsbrain.html

EXPOSICIÓN DE NUESTRO BECARIO, ING. DIEGO GUTNISKY

 DURANTE LA REUNIÓN DE NUESTRO CLUB DEL 28 DE DICIEMBRE DE 2005

Presentación a cargo de nuestro consocio, Dr. Marcos Bertin.

Mis amigos,

Esta reunión es muy especial de fin de año, tenemos la grata visita a nuestro club de nuestro distinguido becario: el Ing. Diego Gutnisky.

Diego es el segundo becario en obtener la destacada beca interna de investigación ex gobernador de distrito, doctor César Ambrosio Tognoni, instituida en recordación y memoria de nuestro ex presidente.

Se graduó de ingeniero en electrónica, en la Facultad de Ingeniería de nuestra universidad de Buenos Aires.

La beca anual que fue obtenida por Diego está destinada al fomento de la investigación en áreas científicas, culturales, jurídicas, históricas, periodísticas y sociológicas, instituida con fondos donados por la Fundación César Ambrosio Tognoni y por decisión testamentaria de nuestro benemérito consocio.

La beca 2003 concursaba sobre “Computación, inteligencia artificial, robótica y redes neuronales”.

El comité de selección estuvo inttegrado por los ingenieros Jonas Paiuk, Benjamín Kuchen, nuestro consocio Hugo Strachan y quien les habla.

Entre los destacados postulantes de todo el país, se determinó que las condiciones académicas del joven Gutnisky, se hacían merecedoras de la mencionada distinción rotaria.

Los dejo con él para que nos relate brevemente sus experiencias, qué representó la beca ganada en su vida profesional y sus actuales logros académicos.

Del Ing. Gustavo Gutnisky

Estimados miembros y amigos del Rotary Club,

Ante todo, quiero agradecer que me hayan invitado al ultimo almuerzo del ano del Rotary Club. Aprovecho la ocasión para desearles un muy feliz ano nuevo y un próximo ano lleno de proyectos y nuevas expectativas.

El titulo de la beca Dr. Ambrosio Tognoni que me fue entregada hace prácticamente 2 años y medio llevo el titulo de : “Redes neuronales adaptativas aplicadas a tareas de cooperación”. El objetivo fue abarcar problemáticas en el ámbito de la robótica, mediante uso de modelos en redes de neuronas con inspiración en la biología. Mi interés era demostrar que muchas veces la biología es capaz de resolver problemas ingenieriles de maneras mas eficientes, y elegantes, que los que habitualmente los ingenieros proponen. A la vez, era mostrar que los mecanismos de cooperación entre animales, no necesariamente eran innatos, pero que pedían ser aprendidos.

De manera análoga a en el mundo empresarial donde el éxito de un emprendimiento se mide por su facturación y ganancia, en el mundo académico se mide por las publicaciones en revistas de ciencia, y su consecuente influencia en la comunidad científica. En ese sentido, como científicos, debemos rendir cuenta a la sociedad que nos apoya, devolviendo el conocimiento generado en artículos científicos. El balance en ese sentido de mis investigaciones correspondientes a la beca tognoni incluyen 3 artículos publicados en revistas internacionales, 3 trabajos presentados a congresos internacionales, y 6 trabajos presentados en congresos nacionales. A la vez todavía deben completarse 2 trabajos para mandar a revistas internacionales. En este sentido creo que el balance ha sido mas que positivo.

Pero quizás se pregunten mas fundamentalmente que estos números, es como me ha influido a mi personalmente esta experiencia, que el rotary club me brindo. La manera mas sencilla de trasmitírselos, es contarles, el antes, el durante, y el después.

Luego de graduarme como ingeniero electrónico de la Universidad de Buenos Aires, había definido que quería realizar un doctorado en el exterior, en gran parte incentivado, alentado y aconsejado por el director de mi proyecto, un ex becario del rotary club, Dr. Zanutto. Como el me asesoro, debía tratar de apuntar a ir a trabajar con los mejores investigadores de mi área. Fue asi, que luego de dar los exámenes correspondientes, aplique al ingreso de universidades tales como MIT, Princenton, Yale y Duke. Si bien recibí de varias cartas demostrando interés en mi, los limitados cupos para extranjeros imposibilitaron que finalmente sea aceptado. En esos momentos no podía dedicarme plenamente a las investigaciones, ya que mi cargo docente en la universidad no era tratado, y debí aceptar el ofrecimiento de trabajar en una empresa privada para costear los altos costos de las aplicaciones.

Luego, de esta mala noticia, tenia que tomar una decisión. O seguía en el ámbito laboral, trabajando como ingeniero, o dedicaba otro año, a intentar pulir mis aptitudes, mejorar los puntos débiles, para ser aceptado en las mismas universidades. La decisión era difícil, ya que me había dado cuenta que no podía contar con el cargo en la universidad. Decidí que me tenia que dar la chance de intentar, y perseverar por hacer lo que mas quería. Es así como renuncie a mi trabajo y me dedique a tiempo completo a la investigación, aunque no sabia a ciencia cierta cuanto tiempo podría subsistir sin ningún ingreso. Lo que no contaba, es con un llamado que recibí a los pocos meses. Miguel Bogado me informaba que había sido ganador de la beca Dr. Ambrosio Tognoni.

La beca me permitió realmente preocuparme por tratar de hacer la mejor investigación posible, y no por como iba a conseguir plata para pagar mis gastos y las aplicaciones. Tuve la suerte, que los temas propuestos y desarrollados en la beca alcanzaran un nivel tal para ser aceptados en reconocidas revistas internacionales. Cuando aplique por segundo año, a prácticamente las mismas universidades, recibí invitaciones de Princeton, MIT, Oxford, College London, y casi todos los lugares donde mande mis aplicaciones. Investigadores de renombre internacional como Jonathan Cohen, y Tommy Poggio me dijeron que estaban sorprendidos por mis publicaciones y mi historial académico. Es claro, que la diferencia de un año a otro, se debio principalmente al trabajo que la beca del rotary club me ha brindado. Se imaginaran, por lo tanto, lo agradecido que estoy por dicha oportunidad.

Finalizando la beca, fui invitado a una escuela de verano en China, organizada por el Santa Fe Institute, el instituto líder en el estudio de sistemas complejos, fundado por el premio Nóbel Murray Gell-Mann. Ahí conocí a otros 2 argentinos, físicos. Con ellos y otra gente, fundamos una empresa, Binaria, donde usamos nuestros conocimientos científicos, y el acceso a los últimos algoritmos y técnicas computacionales, para desarrollar sistemas de optimización y data mining para la industria. Por ejemplo, tenemos un producto pronto a hacer la primera venta para empresas celulares que permite predecir que clientes tienen mas chances de cambiar de operador, para focalizar el marketing. Y esto, lo hago principalmente como hobby

Ya hace prácticamente 1 año y medio, estoy en la Universidad de Texas en Houston, realizando mi doctorado en neurociencia. Ahí investigo el código en poblaciones de neuronas en el sistema visual de monos, que resulta ser prácticamente igual al humano. Estoy realmente muy feliz ahí, trabajando con un equipo humano y tecnológico de primer nivel, y con la tranquilidad y libertad que todo científico precia. Ya he presentado uno de mis trabajos en la reunión de Neurociencia en Washington, donde he obtenido valiosas consideraciones sobre mi presentación. Obtuve también reconocimientos en mi universidad. Por segundo año consecutivo he obtenido el premio al mejor trabajo en neurociencia. El del primer año, represento la primera vez en la historia de la universidad que un estudiante de primer año se alzaba con un premio en cualquier categoría.

Este momento que vivo, donde realmente disfruto de la posibilidad de hacer investigaciones, y devolver mi conocimiento a la sociedad, es fruto del apoyo que he recibido del rotary club. Quiero que sepan, que estas becas de entidades no gubernamentales son de fundamental ayuda para un sistema tan desfinanciado como el científico, especialmente para la gente joven. Yo sueno, con poder tener devuelta una universidad, y una comunidad científica, como la fue en los tiempos de Houssay, Leloir, Milstein, DeRobertis, Sabattini y tantos otros.

A todos ustedes, al jurado del concurso que ha confiado en mi, y especialmente a Miguel Bogado que ha sido la principal persona con la cual interactué durante todo este tiempo, les estoy realmente agradecido.

Muchas gracias. Feliz año nuevo.