集成情景-程序性记忆认知特性的机器人经验学习与技能获取

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61873045
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0309.机器人学与智能系统
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Advanced theories can be learned from human cognitive process of producing new behavior through recalling experiences by memory. Episodic memory is an important intermediary between experience and behavioral skills, while procedural memory is the representation form of behavioral skills. The interaction between these two memories creates a new way for robot learning new skills. This project proposes a skill learning and acquisition method through integrating episodic memory and procedural memory, in order to improve the robotic adaptability to environments and tasks on the cognitive level. An episodic memory and procedural memory model is set up to express the episodic experiences and behavioral skills that robot experienced in space-time environments. Based on the self-organizing learning of hierarchical demonstration strategy memory, a universal learning paradigm to solve the interaction problem between robot and environment is built to form the comprehensive statement of episodic experiences and behavioral skills. Robotic cognitive behavior prediction and planning method based on episodic memory is studied. Skill acquisition strategy is proposed based on episodic experience -guided reinforcement learning. So that the robot can realize the autonomous planning, prediction and reasoning, and skills acquisition at a higher cognitive level. The project proposed new ideas and approaches on robotics experience and skill modeling, strategy self-organizing learning, real-time planning and skills acquisition from the perspective of human memory, and provided theoretical and technical support for the robotic skills acquisition inspired by human memory.
人类通过记忆回忆经验产生新行为的认知过程具有值得学习的先进理论。情景记忆是经验和行为技能间的重要中介,程序性记忆作为行为技能的表征形式,两者的交互为机器人学会新技能提供了新思路。本项目创新提出集成情景-程序性记忆研究机器人技能学习和获取方法,在认知层面上提高机器人对环境和任务的适应性。提出一种情景记忆与程序性记忆模型表述时空中机器人经历的情景经验和行为技能,基于分层示教策略记忆自组织学习,构建通用的解决机器人与环境间互动问题的学习范式,形成机器人对环境经验和行为技能的综合表述。研究基于情景记忆的机器人认知行为预测与规划方法,提出情景经验引导下基于强化学习的技能获取策略,使机器人在较高的认知水平上实现自主规划、预测与推理以及技能获取。项目以类人记忆角度对机器人经验和技能建模、策略自组织学习、实时规划和技能获取等科学问题提出新思想和方法,为基于类人记忆启发研究机器人技能获取提供理论与技术支撑。

结项摘要

人类通过情景记忆回忆过去经验,基于事件再配置产生程序性行为解决方案的认知过程具有值得学习的先进理论,此认知过程为机器人技能学习过程复用经验、快速学习提供了新途径。本项目创新提出基于情景-程序性记忆研究机器人技能学习与经验复用,在认知层面上提高机器人对复杂环境和任务的适应性。受人类记忆的认知机理启发,构建机器人情景记忆模型,实现机器人记忆的存储、检索与更新,基于对象交互进行情景-程序性记忆建模,指导机器人操作任务技能学习;提出一种示教策略模仿学习架构,可在无人为干预的情况下从示教中学习策略;基于以往的经验知识,提出一种情景引导下基于元学习的机器人技能学习方法,实现少样本情况下机器人对新任务的高效学习;结合情景记忆的认知特性,提出了情景引导的两相强化学习方法,提高经验的复用效率,减少学习新技能花费的时间。实验结果表明,基于情景记忆的学习方法相比无情景记忆学习方法平均奖励提升了超30%,任务学习平均成功率提升了超20%,可一定程度上实现对多种不同任务的泛化学习。项目以情景-程序性记忆角度对机器人操作经验快速学习和任务泛化科学问题提出新思想和方法,为基于情景-程序性记忆研究机器人认知行为提供理论与技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(2)
基于结构文法的机器人模仿学习方法
  • DOI:
    10.13245/j.hust.211016
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    华中科技大学学报. 自然科学版
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丛明;简继盼;邹强;刘冬
  • 通讯作者:
    刘冬
Object Transfer Point Predicting Based on Human Comfort Model for Human-Robot Handover
基于人体舒适度模型的人机交接对象传递点预测
  • DOI:
    10.1109/tim.2021.3089227
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Liu Dong;Wang Xianwei;Cong Ming;Du Yu;Zou Qiang;Zhang Xiaomin
  • 通讯作者:
    Zhang Xiaomin
齿轮机器人复杂装配过程在线建模与参数优化
  • DOI:
    10.3901/jme.2021.13.124
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘冬;袁利恒;丛明
  • 通讯作者:
    丛明
基于气压式触觉的欠驱动手抓取分类方法
  • DOI:
    10.13245/j.hust.210908
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    华中科技大学学报. 自然科学版
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丛明;缪跃;李泳耀;刘冬
  • 通讯作者:
    刘冬
A Reinforcement Learning-Based Framework for Robot Manipulation Skill Acquisition
基于强化学习的机器人操作技能习得框架
  • DOI:
    10.1109/access.2020.3001130
  • 发表时间:
    2020-01-01
  • 期刊:
    IEEE ACCESS
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Liu,Dong;Wang,Zitu;Zou,Qiang
  • 通讯作者:
    Zou,Qiang

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其他文献

陕西省种植业结构变化及时空演变分析
  • DOI:
    10.7621/cjarrp.1005-9121.20210927
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国农业资源与区划
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘冬;余侃华;师小燕;舒瑞妍
  • 通讯作者:
    舒瑞妍
多孔硅的模板限制镁热还原法制备及性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    物理化学学报Acta Phys. -Chim. Sin.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈珂;包志豪;刘冬;朱秀榕;张志华;周斌
  • 通讯作者:
    周斌
小麦–玉米轮作农田土壤螨多样性空间分布格局
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    生物多样性
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙佳欢;刘冬;朱家琪;张书宁;高梅香
  • 通讯作者:
    高梅香
一种改进灰狼优化最小二乘支持向量机算法的锂离子电池剩余寿命预测方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    重庆大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑青根;杨祥国;刘冬;李昕
  • 通讯作者:
    李昕
不同硝铵比对黑麦草生长和氮积累的比较研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Journal of plant nutrition
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    曹海琴;葛滢;刘冬;曹前进;张小川;常杰;宋修霖;林雪
  • 通讯作者:
    林雪

其他文献

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AI项目思路

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刘冬的其他基金

定位系统细胞启发的机器人情景认知地图构建与行为规划研究
  • 批准号:
    61503057
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    19.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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