La presente tesis se estructura en doce cap´ıtulos, adem´as de este primero introductorio y de dos anexos, donde se expone el argumento te´orico, el dise˜no, y la evaluaci´on de la aproximaci´on arquitect´onica propuesta.
Capitulo 2: este cap´ıtulo, de naturaleza tambi´en introductoria, presenta los fun- damentos te´oricos necesarios para la comprensi´on de la terminolog´ıa empleada en los cap´ıtulos posteriores.
Capitulo 3: en este cap´ıtulo se presenta una revisi´on del estado del arte sobre los principios b´asicos que exponen los diferentes paradigmas de cognici´on artificial, y sobre las arquitecturas cognitivas m´as relevantes propuestas para cada caso. Este cap´ıtulo, junto
2Se ha llegado a esta conclusi´on despu´es de haber realizado una amplia revisi´on de la literatura relaciona-
da y de un an´alisis comparativo llevado a cabo sobre las 30 arquitecturas cognitivas m´as relevantes (citadas en art´ıculos de journals con un alto factor de impacto), como se documenta en el cap´ıtulo 3 sobre el estado del arte.
1.3. Estructura del Documento
con el anexo A, establecen el estado del conocimiento actual sobre el cual se identificar´an las necesidades que atiende la presente tesis.
Capitulo 4:este cap´ıtulo expone las ideas fundamentales que subyacen al dise˜no de la arquitectura cognitiva. Estas ideas se orientan hacia la soluci´on del problema descrito en la introducci´on, y hacia la compensaci´on de las debilidades comunes de los sistemas cognitivos de enfoque h´ıbrido identificadas en el an´alisis comparativo del anexo A.
Capitulo 5:las hip´otesis y requisitos funcionales sobre los cuales se fundamenta el dise˜no de la arquitectura propuesta, son sintetizados en este cap´ıtulo.
Capitulo 6:en este cap´ıtulo se presenta el dise˜no conceptual de la arquitectura, el cual se divide en tres grandes partes: un dise˜no modular donde son determinados to- dos los m´odulos y componentes que conforman la arquitectura, un dise˜no de inspiraci´on biol´ogica donde son identificados los niveles auto-organizativos y adaptativos de la apro- ximaci´on arquitect´onica, y un dise˜no de inspiraci´on cibern´etica donde son modelados los componentes principales de la arquitectura como ciclos retroalimentados de causa y efecto. Finalmente, se propone un ciclo cognitivo de alto nivel donde es posible apreciar la interacci´on entre los distintos componentes de la arquitectura.
Capitulo 7:en este cap´ıtulo se describen los m´odulos multi-prop´osito (y todos sus componentes asociados) encargados de la toma de decisiones del agente: losCompor- tamientos. Concretamente, en este cap´ıtulo se describen dos componentes de naturaleza cognitivista (i.e., las reglas pre-determinadas y las reglas de extracci´on sub-simb´olica) y dos componentes de naturaleza emergente (i.e., las Redes Neuronales Artificiales y los Sistemas Inmunes Artificiales). Adicionalmente, se detallan los diversos mecanis- mos para la modulaci´on e integraci´on de acciones, as´ı como los mecanismos relativos al aprendizaje de nuevas pautas cognitivas.
Capitulo 8: los diversos procesos que act´uan de forma sub-consciente soportando el procesamiento consciente del agente, son detallados en este cap´ıtulo. Grosso modo, este cap´ıtulo describe el mantenimiento de las estructuras y los mecanismos relativos a: el estado pasado, el estado actual, y estado futuro del agente; y la manera en que estos interact´uan de forma din´amica en la creaci´on de los contenidos conscientes del sistema cognitivo.
Capitulo 9:este cap´ıtulo describe un modelo atencional basado en un mecanismo de dispersi´on de energ´ıa de activaci´on, capaz de dirigir adaptativamente el foco de atenci´on del agente. Se propone adem´as, un modelo evolutivo basado en programaci´on gen´etica, encargado del desarrollo de las estructuras cognitivas de orden superior (i.e., las redes de comportamientos) encargadas de orquestar los procesos conscientes y subconscientes del agente.
Capitulo 10:en este cap´ıtulo, de naturaleza miscel´anea, son pormenorizados los me- canismos relacionados con el proceso de meta-cognici´on. En concreto, se describen los mecanismos de regulaci´on de las se˜nales de retroalimentaci´on del sistema, la construc- ci´on adaptativa de planes como mecanismo ensamblador de estructuras cognitivas, los procesos de simulaci´on interna, la trasmisi´on y evoluci´on de unidades de conocimiento (memes), y las restricciones de los tiempos de respuesta del sistema.
Cap´ıtulo 1. Introducci´on
Capitulo 11:a pesar de que la arquitectura cognitiva propuesta es de prop´osito ge- neral, en este cap´ıtulo se describe una concreci´on contextual para un ambiente rob´otico a fin de validar la eficiencia y desempe˜no de la arquitectura. As´ı pues, son detallados la plataforma rob´otica, el modelo de implementaci´on, y la caracterizaci´on tanto de las percepciones como de las actuaciones del agente.
Capitulo 12:en este cap´ıtulo se presenta la evaluaci´on de la arquitectura empleando para ello la concreci´on contextual propuesta. Concretamente, se plantean diversos expe- rimentos para cada uno de los niveles organizativos de la arquitectura. Adicionalmente, se describe el an´alisis estad´ıstico que soporta las conclusiones obtenidas.
Capitulo 13:este cap´ıtulo presenta las conclusiones generales sobre la investigaci´on, resumiendo las principales contribuciones realizadas.
Capitulo 14:este cap´ıtulo expone las principales l´ıneas futuras de trabajo que derivan de la presente investigaci´on.
Ap´endice A:este anexo presenta el an´alisis comparativo realizado para las 30 arqui- tecturas cognitivas descritas en el cap´ıtulo 3 sobre el estado del arte.
La extensi´on de la presente tesis se debe, por un lado, a la complejidad misma del tema y, por otro, a que integra una gran variedad de argumentos (algunos de ellos apa- rentemente inconexos entre s´ı), con lo cual se requiere definir un marco conceptual que sirva de apoyo para el desarrollo de las ideas. No obstante, si el lector desea simplificar la lectura del libro, lo puede hacer siguiendo el siguiente orden: anexo A→cap´ıtulo 5 →cap´ıtulo 6→cap´ıtulo 7→cap´ıtulo 8→cap´ıtulo 9→cap´ıtulo 10→cap´ıtulo 11→ cap´ıtulo 12→ cap´ıtulo 13→ cap´ıtulo 14. Como se puede observar, la lectura general de la tesis resulta ser claramente articulable, y depende del lector el decidir qu´e leer con detenimiento o simplemente omitir. Bienvenidos!!
Cap´ıtulo
2
Fundamentos Te´oricos Preliminares
“Todas las teor´ıas son leg´ıtimas y ninguna tiene importancia. Lo que importa es loque se hace con ellas”. – Jorge Luis Borges.
C
omo fundamento al dise˜no de la aproximaci´on que se desarrollar´a en los cap´ıtulossiguientes, se presenta a continuaci´on la terminolog´ıa necesaria relacionada, por un lado, con los modelos biol´ogicos que sirven de substrato a la propuesta y, por otro, con las t´ecnicas de inteligencia computacional empleadas.2.1.
Modelos Biol´ogicos
2.1.1. Autopoiesis
La Autopoiesis (del griego, αυτo auto, “s´ı mismo“; y πoιησις, poiesis, “creaci´on” o “producci´on“), es un neologismo propuesto por los bi´ologos Humberto Maturana y Fran- cisco Varela (Maturana y Varela, 1980) para designar la organizaci´on de los sistemas vivos.
El t´ermino Autopoiesis denota los sistemas que presentan una red de procesos u ope- raciones (que los define como tal y los hace distinguibles de los dem´as sistemas), me- diante la cual pueden crear o destruir elementos del mismo sistema, como respuesta a las perturbaciones del medio. Aunque el sistema cambie estructuralmente, dicha red perma- nece invariante durante toda su existencia, manteniendo la identidad de ´este. Un ejemplo claro de esto son los seres vivos, sistemas autopoi´eticos que est´an vivos s´olo mientras permanecen en Autopoiesis.
Aunque un sistema autopoi´etico se mantenga en desequilibrio puede conservar una “persistencia” estructural absorbiendo la energ´ıa de su medio permanentemente. Al igual que la c´elula y los seres vivos, los sistemas autopoi´eticos tienen la capacidad de conservar la uni´on de sus partes e interactuar entre ellas. Los sistemas autopoi´eticos son aut´onomos,