CPS: Frontier: Collaborative Research: Cognitive Autonomy for Human CPS: Turning Novices into Experts

CPS:前沿:协作研究:人类 CPS 的认知自主性:将新手变成专家

基本信息

  • 批准号:
    1836952
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 224.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-10-01 至 2025-09-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Human interaction with autonomous cyber-physical systems is becoming ubiquitous in consumer products, transportation systems, manufacturing, and many other domains. This project seeks constructive methods to answer the question: How can we design cyber-physical systems to be responsive and personalized, yet also provide high-confidence assurances of reliability? Cyber-physical systems that adapt to the human, and account for the human's ongoing adaptation to the system, could have enormous impact in everyday life as well as in specialized domains (biomedical devices and systems, transportation systems, manufacturing, military applications), by significantly reducing training time, increasing the breadth of the human's experiences with the system prior to operation in a safety-critical environment, improving safety, and improving both human and system performance. Architectures that support dynamic interactions, enabled by advances in computation, communication, and control, can leverage strengths of the human and the automation to achieve new levels of performance and safety.This research investigates a human-centric architecture for "cognitive autonomy" that couples human psychophysiological and behavioral measures with objective measures of performance. The architecture has four elements: 1) a computable cognitive model which is amenable to control, yet highly customizable, responsive to the human, and context dependent; 2) a predictive monitor, which provides a priori probabilistic verification as well as real-time short-term predictions to anticipate problematic behaviors and trigger the appropriate action; 3) cognitive control, which collaboratively assures both desired safety properties and human performance metrics; and 4) transparent communication, which helps maintain trust and situational awareness through explanatory reasoning. The education and outreach plan focuses on broadening participation of underrepresented minorities through a culturally responsive undergraduate summer research program, which will also provide insights about learning environments that support participation and retention. All research and educational material generated by the project are being made available to the public through the project webpage.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
人类与自主网络物理系统的互动在消费产品,运输系统,制造业和许多其他领域中变得无处不在。 该项目寻求建设性的方法来回答以下问题:我们如何设计网络物理系统以响应和个性化,同时也提供可靠性的高信心保证? 适应人类并说明人类持续适应系统的网络物理系统可能会对日常生活以及专业领域(生物医学设备和系统,运输系统,制造,制造,军事应用)的巨大影响,从而显着减少培训时间,增强人类对人类的安全性和安全性的经验,并提高人类的安全性和安全性,并在安全性的环境方面进行了策略和临床策略,并提高了安全性。 通过计算,沟通和控制的进步来支持动态相互作用的体系结构可以利用人类的优势和自动化来实现新的绩效和安全水平。这项研究研究了“认知自主”的以人类心理生理学和行为测量为中心的建筑,以人类的心理生理学和行为衡量标准。 该体系结构具有四个要素:1)一个可计算的认知模型,可以控制,但可自定义,对人类和背景依赖性; 2)预测监视器,提供先验的概率验证以及实时的短期预测,以预测有问题的行为并触发适当的动作; 3)认知控制,协作确保所需的安全性和人类绩效指标; 4)透明的沟通,这有助于通过解释性推理维持信任和情境意识。 教育和外展计划的重点是通过具有文化响应的本科夏季研究计划来扩大代表性不足的少数民族的参与,该计划还将提供有关支持参与和保留的学习环境的见解。 该项目生成的所有研究和教育材料都通过项目网页提供给公众。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛的影响评估标准通过评估来支持的。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A Low Complexity Approach to Model-Free Stochastic Inverse Linear Quadratic Control
  • DOI:
    10.1109/access.2022.3144933
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Shanelle G. Clarke;Sooyung Byeon;Inseok Hwang
  • 通讯作者:
    Shanelle G. Clarke;Sooyung Byeon;Inseok Hwang
Skill-level-based Hybrid Shared Control for Human-Automation Systems
基于技能水平的人机自动化系统混合共享控制
  • DOI:
    10.1109/smc52423.2021.9658994
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Byeon, Sooyung;Sun, Dawei;Hwang, Inseok
  • 通讯作者:
    Hwang, Inseok
Inclusion in human–machine interactions
融入人机交互
  • DOI:
    10.1126/science.abf2618
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    56.9
  • 作者:
    Reid, Tahira;Gibert, James
  • 通讯作者:
    Gibert, James
On Using Controller Input and Signal Processing as a Parameter for Learning in CPHS
关于使用控制器输入和信号处理作为 CPHS 学习的参数
A Preliminary Investigation into Learning Behaviors in Complex Environments for Human-in-the-Loop Cyber-Physical Systems
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    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.9
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  • 通讯作者:
    Inseok Hwang
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
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  • 通讯作者:
    Inseok Hwang
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 通讯作者:
    Inseok Hwang
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    1646522
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 224.6万
  • 项目类别:
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