Intelligence artificielle et robotique bio-inspirée : modélisation de fonctions d'apprentissage par réseaux de neurones à impulsions

Cyr, André (2016). « Intelligence artificielle et robotique bio-inspirée : modélisation de fonctions d'apprentissage par réseaux de neurones à impulsions » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en informatique cognitive.

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Résumé

Cette thèse a comme objectif de permettre une avancée originale dans le domaine de l'informatique cognitive, plus précisément en robotique bio-inspirée. L'hypothèse défendue est qu'il est possible d'intégrer différentes fonctions d'apprentissage, élaborées et incarnées pour des robots virtuels et physiques, à un même paradigme de réseaux de neurones à impulsions agissant comme cerveaux-contrôleurs. La conception de règles d'apprentissage et la validation de l'hypothèse de recherche reposent sur la simulation de mécanismes cellulaires à base de plasticité synaptique et sur la reproduction de comportements adaptatifs des robots. Cette thèse par articles cible trois types d'apprentissage de complexité incrémentale : l'habituation comme forme d'apprentissage non associatif et les conditionnements classiques et opérants comme formes d'apprentissage associatif. L'analyse détaillée, de la synapse au comportement, et validée par des études expérimentales provenant d'invertébrés tels que le ver nématode Caenorhabditis elegans. Pour chacune de ces règles, un algorithme novateur a été proposé, conduisant à la publication d'un article scientifique. Ces règles d'apprentissage ont été modélisées en développant certains paramètres temporels et des circuits neuronaux précis. Incidemment, la granularité du temps des réseaux de neurones à impulsions (RNAI) est établie au niveau du simple potentiel d'action plutôt qu'au niveau du taux moyen de décharge par unité de temps, comme c'est le cas pour les réseaux de neurones artificiels traditionnels. Cette propriété des RNAI s'est avérée être un atout suffisant pour préférer leur utilisation pour des robots évoluant dans le monde réel. L'élaboration du modèle computationnel d'apprentissage pour des robots a requis de tester d'abord les hypothèses sur des simulations virtuelles. Puisqu'aucun simulateur n'avait les capacités suffisantes pour tester notre hypothèse, soit d'intégrer des RNAI, des structures de robots, et des interfaces pour l'exportation des RNAI vers des plateformes physiques et des environnements virtuels 3D suffisamment complexes, il a été nécessaire de développer, en parallèle de la thèse, un logiciel novateur (SIMCOG), permettant une étude analytique par le suivi dynamique des variables, des synapses de RNAI jusqu'aux comportements d'un ou plusieurs robots virtuels ou physiques. Finalement, outre l'intégration de plusieurs fonctions différentes d'apprentissage dans des RNAI, une autre des conclusions de ce travail suggère que des robots virtuels et physiques peuvent apprendre et s'adapter au niveau comportemental, de façon similaire aux agents naturels. Ces observations comportementales sont basées sur la simulation de mécanismes de plasticité synaptique modulés par des variables temporelles relatives aux stimuli physiques et aux activités cellulaires neuronales. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Intelligence artificielle, Cognition, Simulateur, Robotique bio-inspirée, Réseaux de neurones artificiels à impulsions, Apprentissage, Habituation, Conditionnement classique, Conditionnement opérant, Plasticité synaptique

Type: Thèse ou essai doctoral accepté ()
Informations complémentaires: La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur.
Directeur de thèse: Boukadoum, Mounir
Mots-clés ou Sujets: Cognition -- Informatique / Intelligence artificielle / Robotique / Systèmes bio-inspirés / Réseaux neuronaux (Informatique) / Apprentissage / Adaptation (Psychologie) / Réflexe conditionné / Plasticité neuronale
Unité d'appartenance: Faculté des sciences > Département d'informatique
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 01 nov. 2016 19:10
Dernière modification: 01 nov. 2016 19:10
Adresse URL : http://www.archipel.uqam.ca/id/eprint/8993

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