BII 2009

Concurso para atribuição de Bolsas de Integração na Investigação

Encontra-se aberto, pelo período de 10 dias, de 12 a 26 de Junho de 2009, concurso para atribuição de 18 Bolsas de Integração na Investigação (BII), no âmbito de projectos de investigação do Instituto de Sistemas e Robótica, suportado pelo financiamento Plurianual / Unidade 101 do IST/ISR, através de reforço a ser aprovado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) para este fim específico.

Cada uma das bolsas a atribuir é uma Bolsa de Integração na Investigação, com o valor de 140 EUR mensais, de acordo com a tabela da FCT. O objectivo destas bolsas é promover o contacto de jovens universitários, dos 3 primeiros anos de estudos, o mais cedo possível, com o ambiente estimulante de trabalho em unidades de investigação, onde se envolverão no desenvolvimento de trabalho inovador com investigadores de várias faixas etárias e níveis de experiência. Todas as bolsas terão a duração de 12 meses.

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O trabalho a desenvolver pelo(a)s bolseiro(a)s consistirá em:

BOLSA 1. DESENVOLVIMENTO DE BIBLIOTECAS PARA A ARQUITECTURA CELL DA IBM EM SONY PLAYSTATION 3 (CELL-PS3)

RESUMO: Utilização de Sony Playstation 3 para o desenvolvimento e implementação de algoritmos distribuídos, inspirados em evolução, genética ou natureza (exemplos: Particle Swarm Optimization (PSO) e Stochastic Diffusion Search (SDS): a Sony Playstation 3 dispõe de um processador duplo (gestor) e sete mini-processadores simples orientados a cálculo, sendo permitida a utilização de seis desses mini processadores para programação extensiva. A programação é feita em assembly embebido em C/C++ e com recurso a bibliotecas específicas já disponíveis. Tendo em conta as capacidades computacionais e a arquitectura multicore das Sony Playstation 3, é possível produzir resultados muito interessantes a nível do processamento.

Suporte no desenvolvimento de uma camada de aplicação e interface para a Sony Playstation 3: para facilitar a programação e aliviar a carga de código e problemática, pretende-se criar uma interface funcional e prática para utilização genérica, acessível a qualquer personalidade, cuidando transparentemente da gestão interna entre os vários dispositivos.

SUPERVISOR: Agostinho Rosa

BOLSA 2. CLASSIFICAÇÃO POR MAPAS NEURONAIS DE COLÓNIAS DE FORMIGAS (C-KANTS)

RESUMO: O algoritmo Mapas Neuronais por Colónias de Formigas (KANTS) é um algoritmo novo como o nome indica é uma combinação do algoritmo de Redes Neuronais Artificiais (ANN) com algoritmos de optimização por Colónias de formigas (ACO), esta simbiose visa tirar partido das características desejadas de cada um dos algoritmos, nomeadamente a aprendizagem automática não supervisionada e aceleração da aprendizagem por procura inspirada na biologia, neste caso particular o funcionamento da colónias de formigas.

O objectivo deste projecto é a exploração deste algoritmo em problemas de classificação de padrões, nomeadamente a sua aplicação em problemas reais de classificação de estados de sono, de reconhecimento de padrões de actividades cognitivas e na monitorização do treino mental.

SUPERVISOR: Agostinho Rosa

BOLSA 3. TRACKING WITH SWARM OF FEATURES

RESUMO: In a world where the presence of cameras will be ubiquitous, image tracking is one of the most requested applications and the rarest to succeed in the sought task. The complexity implicit in image tracking rises from the extreme variability of the video source. This is the reason why, strongly model-based approaches show their weakness if the environment is not rather controlled.

The proposed BII project has the aim to study and implement image tracking algorithms which do not explicitly require a model of the target. Such approaches are the one which may have the chance to deal with complexity inherent in the image stream. One of the best representative of this set of algorithms are the "Flock of features" where a swarm of image descriptor follow the moving target.

In this project, the student will acquire knowledge on recent image tracking algorithm and implement a real image tracking application to be then used in a camera network system installed in ISR. Required skills are a basic knowledge of C, C++ programming language. Notions on image processing are a plus for this project.

SUPERVISOR: Alessio Del Bue

BOLSA 4. HYPER-REALISTIC 3D RECONSTRUCTION

RESUMO: This project has the aim of creating a hyper-realistic representation of a non-rigid shape (for example, a hand moving or a face with different facial expressions). In order to achieve this result, the project will use a state-of-the-art machine for 3D reconstruction from REVERSE. The machine can obtain accurate 3D reconstructions in few seconds.

The machine from REVERSE offers now new perspectives. We plan to augment deformable and articulated models to a higher level of realism, where a model is defined with a dense mapping of the shape in 3D. In this way, subtle but important details such as skin and muscle deformations may be finally grasped by observing the real 3D motion of shapes.

The Project objectives are:

• Learn the theory and the practical use of the dense 3D reconstruction machine from RESERVE.
• Perform data-analysis on the extracted 3D information to obtain dense non-rigid 3D models.

These tasks will let the candidate work on a real and innovative system or 3D acquisition with the possibility to make considerable impact in the 3D modelling field.

SUPERVISOR: Alessio Del Bue

BOLSA 5. NAVEGAÇÃO E COMUNICAÇÃO NUM COLECTIVO DE ROBÔS (E-PUCKS)

PROJECTO: Robótica Institucionalista (http://mediawiki.isr.ist.utl.pt/wiki/Institutional_Robotics)

RESUMO: No contexto do desenvolvimento de uma nova abordagem à robótica colectiva (Robótica Institucionalista), pretende-se desenvolver competências de programação de um conjunto de robots e-puck. Os robôs e-puck são robôs de pequenas dimensões e baixo custo, ideais para experiências com colectivos de robôs. Estes robôs vêm equipados com vários dispositivos, destacando-se uma câmara de visão a cores de 640x480 px, um anel de sensores de distância usando infra-vermelhos, um anel de LEDs coloridos, microfone e altifalante. O ISR dispõe actualmente de oito destes robôs e de um simulador realista que suporta um número superior de robôs num mesmo cenário. O principal trabalho a realizar consistirá na exploração das capacidades destes robôs para navegar num ambiente com estrutura e comunicar com outros robôs do mesmo colectivo. O trabalho requer alguma experiência de programação (preferencialmente em C/C++), levando em conta o nível de ensino dos candidatos.

SUPERVISOR: Porfírio Silva

BOLSA 6. DESENVOLVIMENTO DE ACÇÕES PRIMITIVAS E COMPORTAMENTOS PARA ROBOTS FUTEBOLISTAS

PROJECTO: SocRob (Society of Robots or Soccer Robots) (http://socrob.isr.ist.utl.pt)

RESUMO: O ISR/IST participa desde 1998 no RoboCup, no âmbito de um projecto de investigação em sistemas multi-robot cooperativos. O estudo de caso em futebol robótico permite concretizar conceitos desenvolvidos numa aplicação específica, testando a sua validade e robustez na presença de um ambiente dinâmico e antagónico. Nos últimos anos o desenvolvimento de comportamentos e acções primitivas para a equipa de futebol robótico tem sido baseado em redes de Petri. Com esta bolsa pretende-se desenvolver um conjunto de novas acções primitivas e de comportamentos para a equipa, e afinar outras que já existem. O trabalho requer alguma experiência de programação (preferencialmente em C/C++), levando em conta o nível de ensino dos candidatos.

SUPERVISOR: Pedro Lima

BOLSA 7. INTERFACE GRÁFICA COM EQUIPA DE ROBOTS COOPERATIVOS

PROJECTO: SocRob (Society of Robots or Soccer Robots) (http://socrob.isr.ist.utl.pt)

RESUMO: O ISR/IST participa desde 1998 no RoboCup, no âmbito de um projecto de investigação em sistemas multi-robot cooperativos. O estudo de caso em futebol robótico permite concretizar conceitos desenvolvidos numa aplicação específica, testando a sua validade e robustez na presença de um ambiente dinâmico e antagónico. Uma forma de realizar testes sistematicamente consiste em visualizar e registar em tempo real dados dos robots durante a sua evolução em comportamentos cooperativos e individuais (por exemplo, durante jogos de futebol robótico). Para atingir tal objectivo, é fundamental dispor de uma interface gráfica que recebe telemetria dos robots, com informação sobre o seu estado e da sua estimativa relativamente ao ambiente envolvente, e que permite enviar comandos individuais e colectivos, de forma a montar experiências em pouco tempo. Neste trabalho será desenvolvida a interface gráfica da equipa de futebol robótico do ISR/IST, estendendo o que já existe com capacidades de logging, melhoria de interacção com referee box, maior ergonomia, incorporação de comandos de referee box, de segmentação de cor, etc. O trabalho requer alguma experiência de programação (preferencialmente em C/C++), levando em conta o nível de ensino dos candidatos.

SUPERVISOR: Pedro Lima

BOLSA 8. DESENVOLVIMENTO E MANUTENÇÃO DE HARDWARE ROBÓTICO

PROJECTO: SocRob (Society of Robots or Soccer Robots) (http://socrob.isr.ist.utl.pt)

RESUMO: O ISR/IST participa desde 1998 no RoboCup, no âmbito de um projecto de investigação em sistemas multi-robot cooperativos. O estudo de caso em futebol robótico permite concretizar conceitos desenvolvidos numa aplicação específica, testando a sua validade e robustez na presença de um ambiente dinâmico e antagónico. Os robots futebolistas têm uma miríade de subsistemas de hardware, como sensores de odometria, rate-gyros, visão, motores para actuar rodas, dispositivo de chuto, etc., que reduzem a sua fiabilidade do ponto de vista do hardware e da sua interacção com o software. A necessidade de manter este hardware em funcionamento por longos períodos de tempo em situações hostis e de desenvolver soluções inovadoras, do ponto de vista da electrónica e da mecânica, para dispositivos diversos (como o de chuto) requer estudantes motivados pela concepção, desenvolvimento e manutenção de sistemas electrónicos e mecânicos, bem como pela programação de microcontroladores em tempo real e da interface entre estes e o sistema operativo Linux. São estes os tópicos desta BII, com aplicação directa aos 5 robots futebolistas do ISR/IST.

SUPERVISOR: Pedro Lima

BOLSA 9. ADVANCED SIGNAL PROCESSING TECHNIQUES FOR UNDERWATER APPLICATIONS

RESUMO: The last decade has witnessed tremendous progress in the development of marine technologies that will afford scientists advanced tools for ocean exploration. Recent advances in marine robotics, sensors, computers, communications, and information systems are being applied to acquire massive volumes of data. Typical tasks to process the data include i) automatic outlier detection and rejection, ii) accurate geo-referencing and data fusion, iii) interpolation and regularization of signals in the presence of noise and missing data, iv) automatic feature extraction to navigation purposes, v) data segmentation and classification, just to name a few. Advanced signal processing tools are the key enabling tool to automatically process this incredible amount of data. In the scope of the work proposed the candidate will study some of the abovementioned problems and become familiar with related practical issues, namely by participating in tests with equipment at sea.

SUPERVISOR: Paulo Oliveira

BOLSA 10. POSE OBSERVERS FOR UNMANNED AIR VEHICLES

RESUMO: This work proposal focuses on the research, design and implementation of Navigational Filters to be installed on board an Unmanned Air Vehicle that are required to provide accurate real-time estimates of the vehicle’s linear and angular positions, and velocities. It is envisaged the use of non linear Lyapunov based navigation strategies that can be exploited with the objective of developing non linear filtering techniques that explicitly address the data fusion problem. In the work here proposed it is targeted the design of an attitude filter with the ultimate goal of preserving the natural SO(3) Lie group structure of the aircraft attitude evolution using inertial sensors. The overall Navigation System will produce estimates of the vehicle pose and remove the sensor bias that is a common source of drift error in navigation systems. The resulting filter will be tested using real time computer installed on board an Autonomous Quadrotor.

SUPERVISOR: Carlos Silvestre

BOLSA 11. DEVELOPMENT OF PROTOTYPE SMALL MARINE ROBOTIC VEHICLES

RESUMO: This work is formulated within the context of the project Co3-AUVs: Cooperative Cognitive Control for Autonomous Underwater Vehicles (www.Co3-AUVs.eu) whose goal is to develop, implement and test advanced cognitive systems for coordination and cooperative control of multiple autonomous robotic vehicles. A possible scenario that is currently being study is that of human divers that are guided underwater with the help of a set of “guardian” marine vehicles capable of positioning them and instructing them to follows a set of way points via high level commands sent across the acoustic channel. A specific objective is to build these small prototype robotic vehicles to illustrate the algorithms proposed. To this effect, the candidate will be integrated in a vibrant team of technicians, undergraduate, M.Sc., and Ph.D. students and will do research work towards this goal.

SUPERVISOR: António Pedro Aguiar

BOLSA 12. UNDERWATER DIVER GUIDANCE SYSTEM INTERFACE

RESUMO: This work is formulated within the context of the project Co3-AUVs: Cooperative Cognitive Control for Autonomous Underwater Vehicles (www.Co3-AUVs.eu) whose goal is to develop, implement and test advanced cognitive systems for coordination and cooperative control of multiple autonomous robotic vehicles. A possible scenario that is currently being study is that of human divers that are guided underwater with the help of a set of “guardian” marine vehicles capable of positioning them and instructing them to follows a set of way points via high level commands sent across the acoustic channel. A specific objective is to develop a system that can be carried by a diver, capable of instructing him how to move in order to reach a destination or follow a path underwater. The system to be developed includes a local computer and a heading unit. The system will receive high level commands from a set of “guardian” vehicles and will generate visual and/or tactile information to guide the diver. The candidate will be integrated in a team of technicians, undergraduate, M.Sc., and Ph.D. students and will do research work towards the abovementioned goals.

SUPERVISOR: António Pascoal

BOLSA 13. PROJECTO DE ACTUADOR PARA O ROBOT RIOL

RESUMO: O robot RIOL para inspecção de linhas de transporte de energia eléctrica é formado por uma estrutura articulada com vários graus de liberdade (vide http://users.isr.ist.utl.pt/~jseq/RIOL). Um dos graus de liberdade fundamentais para a progressão através dos obstáculos que aparecem na linha é o actuador linear colocado no corpo central.

O trabalho a desenvolver na bolsa consiste em desenvolver um protótipo deste actuador. Numa primeira fase será feito um projecto em CAD, eventualmente com prototipagem de alguns componentes para prova de conceito. Na segunda fase o actuador será integrado no protótipo do robot existente.

SUPERVISOR: João Sequeira

BOLSA 14. PROJECTO DE SISTEMA DE TRACÇÃO PARA O ROBOT RIOL

RESUMO: O robot RIOL para inspecção de linhas de transporte de energia eléctrica é formado por uma estrutura articulada com vários graus de liberdade (vide http://users.isr.ist.utl.pt/~jseq/RIOL). A deslocação rápida ao longo de uma linha livre de obstáculos requer o uso de um sistema de tracção por rodas colocado nas fixações exteriores.

O trabalho a desenvolver na bolsa consiste em desenvolver o protótipo deste sistema de tracção utilizando componentes, nomeadamente motores eléctricos, comercialmente disponíveis. Numa primeira fase será feito um projecto em CAD, eventualmente com prototipagem de alguns componentes para prova de conceito. Na segunda fase o sistema será integrado no protótipo do robot existente.

SUPERVISOR: João Sequeira

BOLSA 15. MODELO À ESCALA DE UM VEÍCULO ROBÓTICO PARA TRANSPORTE NO REACTOR DE FUSÃO NUCLEAR ITER

PROJECTO: ITER

RESUMO: O ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) é um projecto de investigação e desenvolvimento internacional com o objectivo de demonstrar a factibilidade científica e tecnológica da energia de fusão nuclear. Para o transporte de componentes de/para o reactor será utilizado um veículo robótico, de grandes dimensões, denominado TCS (Transfer Cask System). Este veículo transportará cargas até às 100 toneladas, sendo levitado por ar comprimido (segundo o princípio do hovercraft), tendo uma cinemática pouco usual (rômbica), colocando desafios interessantes à sua condução autónoma.

Pretende-se construir uma maquete funcional, à escala (1:200), deste veículo, para servir de plataforma experimental para teste das trajectórias que este veículo terá de seguir, no interior do reactor.

Esta maquete deverá ser construída usando o kit Lego Mindstorms, para permitir uma prototipagem rápida do veículo.

SUPERVISOR: Rodrigo Ventura

BOLSA 16. DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE TILT PARA UM LASER-RANGE FINDER

PROJECTO: RAPOSA

RESUMO: O Laser-Range Finder (LRF) é um sensor que permite leituras precisas de distâncias a objectos, usando para isso um laser. Este sensor é muito usado em robótica, pois permite medir distâncias a obstáculos com precisão, sendo usado nomeadamente para a localização num mapa, para a construção de mapas, e para a combinação destas duas tarefas simultaneamente (SLAM, Simultaneous Localization And Mapping). Contudo, a generalidade destes sensores disponíveis no mercado está limitado a leituras num plano (2D), sendo os sensores 3D (p.ex., LIDAR) dispendiosos e pouco práticos para robôs de pequena ou média dimensão. Pretende-se com esta bolsa construir um protótipo de uma montagem motorizada (tilt) para permitir a um LRF 2D efectuar varrimentos 3D. Esta montagem destina-se a ser utilizado no robô de busca e salvamento RAPOSA.

SUPERVISOR: Rodrigo Ventura

BOLSA 17. MONITORIZAÇÃO E DIAGNÓSTICO DE DISTÚRBIOS DO SONO - APLICAÇÃO PARA TELEMÓVEL

RESUMO: No último ano foi constituída uma equipa de alunos que trabalhou no desenvolvimento de várias aplicações biomédicas suportadas em telemóvel. Esta equipa, designada Mobile Team, foi apoiada pela Nokia Portugal que forneceu os telemóveis necessários ao desenvolvimento das aplicações e da SOMNOmedics GmbH (http://www.somnomedics.de:80/) uma empresa alemã especializada em equipamentos para monitorização e diagnóstico de perturbações do sono.

O objectivo deste trabalho é o de desenvolver uma aplicação para telemóvel que incorpore algumas das aplicações desenvolvidas no contexto da Mobile Team destinada à monitorização e diagnóstico de distúrbios do sono. A aplicação será desenvolvida em Python (http://www.python.org/) a correr sobre o sistema operativo Symbian da Nokia (http://www.allaboutsymbian.com/) e deve incluir as seguintes funcionalidades:

1) Aquisição em tempo real da temperatura central medida no ouvido [1],

2) Registo dos eventos relevantes para o diagnóstico dos distúrbios do sono num diário electrónico do sono [2],

3) Registo em tempo real do ritmo cardíaco e do sinal de pressão sanguínea medida no pulso (módulo a desenvolver de raiz),

4) Registo da actividade diária através da aquisição dos dados recolhidos por um sensor de actigrafia da Sonmomed (http://www.somnomedics.de/international/products/somnowatch/basic-screening.htm) com quem a Mobile Team tem colaborado (módulo parcialmente implementado),

5) Visualização gráfica no telemóvel de alguns dos dados recolhidos, tais como temperatura, ritmo cardíaco e actigrafia,

6) Transferência por Bluetooth, SMS ou email dos dados registados para o médico.

O protótipo desenvolvido será testado em ambiente clinico no Centro de Electroencefalografia e Neurofisiologia Clínica liderado pela Profa. Teresa Paiva da Faculdade de Medicina da Universidade de Lisboa. Pretendem-se ainda publicar em conferência e revista internacionais artigos com a descrição do sistema ou de parte dele.

SUPERVISOR: João Sanches e Teresa Paiva (CENC / FML)

BOLSA 18. DIAGNÓSTICO DA DOENÇA DE ALZHEIMER COM BASE EM IMAGENS DE MRI E PET

RESUMO: A doença de Alzheimer (AD da designação anglo-saxónica Alzheimer’s Disease) é o tipo de demência mais frequente. Normalmente afecta pessoas idosas e, dado o envelhecimento da população, é expectável que a sua incidência aumente. Correntemente não existe uma cura para a AD mas com diagnóstico e tratamento precoces é possível atrasar a sua progressão.

Um dos métodos que tem demonstrado grande potencial para o diagnóstico desta doença é o da neuroimagiologia. Normalmente são utilizadas imagens MRI (Magnetic Resonance Images) ou de PET (Positron Emission Tomography) do cérebro. Através da inspecção visual das imagens 3D, vários padrões têm sido associados a esta demência.

A inspecção visual das imagens tanto MRI como PET e a sua interpretação são tarefas subjectivas, que dependem da experiência dos médicos especialistas. Por esse motivo, há presentemente um grande interesse em desenvolver técnicas automáticas que sejam fiáveis. Neste trabalho serão desenvolvidas técnicas automáticas de reconhecimento de padrões destinados a classificar imagens MRI e PET do cérebro, permitindo distinguir entre pacientes com Alzheimer e normais.

O trabalho compreende as seguintes fases:

1) Extracção de características: definição e cálculo de medidas visuais que caracterizem as imagens (p.ex., usando bancos de filtros direccionais ou wavelets);

2) Detecção de doença de Alzheimer: realização de um classificador automático usando técnicas de aprendizagem a partir de dados classificados;

3) Avaliação de desempenho do classificador quando treinado com imagens MRI e imagens PET.

SUPERVISOR: Margarida Silveira

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A avaliação do(a)s candidato(a)s será baseada nos seguintes critérios, por ordem de importância: i) média do ensino secundário e (se aplicável) de disciplinas já realizadas no 1º ciclo, com destaque para disciplinas de matemática e/ou física, ii) experiência anterior e/ou conhecimentos em áreas relacionadas com o tema da bolsa. Mais detalhes em http://www.isr.ist.utl.pt/bii2009/. Os interessados, frequentadores de um 1º ciclo de Bolonha em áreas próximas dos requisitos do projecto, devem enviar, no prazo fixado, um curriculum vitae detalhado, indicação da bolsa a que pretendem concorrer e comprovativo de frequência do 1º ciclo em universidade portuguesa, para (utilizar o e-mail quando possível):

A/c Secretariado do ISR

Torre Norte, piso 7

Instituto Superior Técnico

Av. Rovisco Pais, 1049-001

Lisboa, Portugal

E-mail: bii@isr.ist.utl.pt

Este concurso obedece ao Regulamento de Bolsas de Investigação Científica no Instituto Superior Técnico, o qual deverá ser consultado em caso de dúvida sobre a bolsa e o concurso respectivo.