Apprentissage ouvert de représentations et de fonctionalités en robotique : analyse, modèles et implémentation

Open-ended learning of representation and functionalities in robotic : analysis, model and implementation

• Auteur / Autrice : Williams Paquier
• Direction : Raja Chatila
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optimisation mathématique

Apprentissage automatique

Modèles mathématiques

Réseaux neuronaux (physiologie)

Robots

Mots clés libres

Système ouvert

Auto-organisation

Catégorisation

Apprentissage

Réseaux de neurones

Apprentissage de représentations

Apprentissage de fonctionnalités

Résumé

L'acquisition autonome de représentations et de fonctionnalités en robotique pose de nombreux problèmes théoriques. Aujourd'hui, les systèmes robotiques autonomes sont conçus autour d'un ensemble de fonctionnalités. Leurs représentations du monde sont issues de l’analyse d'un problème et d'une modélisation préalablement données par les concepteurs. Cette approche limite les capacités d'apprentissage. Nous proposons dans cette thèse un système ouvert de représentations et de fonctionnalités. Ce système apprend en expérimentant son environnement et est guidé par l’augmentation d’une fonction de valeur. L'objectif du système consiste à agir sur son environnement pour réactiver les représentations dont il avait appris une connotation positive. Une analyse de la capacité à généraliser la production d'actions appropriées pour ces réactivations conduit à définir un ensemble de propriétés nécessaires pour un tel système. Le système de représentation est constitué d'un réseau d'unités de traitement semblables et utilise un codage par position. Le sens de l'état d'une unité dépend de sa position dans le réseau. Ce système de représentation possède des similitudes avec le principe de numération par position. Une représentation correspond à l'activation d'un ensemble d'unités. Ce système a été implémenté dans une suite logicielle appelée NeuSter qui permet de simuler des réseaux de plusieurs millions d'unités et milliard de connexions sur des grappes hétérogènes de machines POSIX. Les premiers résultats permettent de valider les contraintes déduites de l'analyse. Un tel système permet d'apprendre dans un même réseau, de façon hiérarchique et non supervisée, des détecteurs de bords et de traits, de coins, de terminaisons de traits, de visages, de directions de mouvement, de rotations, d'expansions, et de phonèmes. NeuSter apprend en ligne en utilisant uniquement les données de ses capteurs. Il a été testé sur des robots mobiles pour l'apprentissage et le suivi d'objets.

Autonomous acquisition of representations and functionalities by a machine address several theoretical questions. Today’s autonomous robots are developed around a set of functionalities. Their representations of the world are deduced from the analysis and modeling of a given problem, and are initially given by the developers. This limits the learning capabilities of robots. In this thesis, we propose an approach and a system able to build open-ended representation and functionalities. This system learns through its experimentations of the environment and aims to augment a value function. Its objective consists in acting to reactivate the representations it has already learnt to connote positively. An analysis of the generalization capabilities to produce appropriate actions enable define a minimal set of properties needed by such a system. The open-ended representation system is composed of a network of homogeneous processing units and is based on position coding. The meaning of a processing unit depends on its position in the global network. This representation system presents similarities with the principle of numeration by position. A representation is given by a set of active units. This system is implemented in a suite of software called NeuSter, which is able to simulate million unit networks with billions of connections on heterogeneous clusters of POSIX machines. . .