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1. SONC optimization and exact nonnegativity certificates via second-order cone programming

Author: Magron, Victor, Wang, Jie, Institut de Mathématiques de Toulouse UMR5219 (IMT), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe Méthodes et Algorithmes en Commande (LAAS-MAC), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), ANR-18-ERC2-0004,COPS,Optimisation garantie pour la vérification des systèmes cyber-physiques(2018), ANR-19-P3IA-0004,ANITI,Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute(2019), European Project: 813211,H2020-EU.1.3. - EXCELLENT SCIENCE - Marie Skłodowska-Curie Actions (Main Programme), H2020-EU.1.3.1. - Fostering new skills by means of excellent initial training of researchers ,10.3030/813211,POEMA(2019), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and European Project: 813211,H2020,POEMA(2019)
Subjects: FOS: Computer and information sciences, Computer Science - Symbolic Computation, Algebra and Number Theory, MathematicsofComputing_NUMERICALANALYSIS, Symbolic Computation (cs.SC), sum of binomial squares, exact nonnegativity certificate, Mathematics - Algebraic Geometry, Computational Mathematics, rounding-projection algorithm, Optimization and Control (math.OC), sum of nonnegative circuit polynomials, second-order cone programming, polynomial optimization, ComputingMethodologies_SYMBOLICANDALGEBRAICMANIPULATION, FOS: Mathematics, second-order conerepresentation, [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], Algebraic Geometry (math.AG), Mathematics - Optimization and Control
Abstract: The second-order cone (SOC) is a class of simple convex cones and optimizing over them can be done more efficiently than with semidefinite programming. It is interesting both in theory and in practice to investigate which convex cones admit a representation using SOCs, given that they have a strong expressive ability. In this paper, we prove constructively that the cone of sums of nonnegative circuits (SONC) admits a SOC representation. Based on this, we give a new algorithm for unconstrained polynomial optimization via SOC programming. We also provide a hybrid numeric-symbolic scheme which combines the numerical procedure with a rounding-projection algorithm to obtain exact nonnegativity certificates. Numerical experiments demonstrate the efficiency of our algorithm for polynomials with fairly large degree and number of variables., 29 pages, 7 tables, 6 figures, extended version of the article published in the proceedings of ISSAC 2020. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1906.06179
Published: 2023

2. Exploiting Constant Trace Property in Large-scale Polynomial Optimization

Author: Ngoc Hoang Anh Mai, J. B. Lasserre, Victor Magron, Jie Wang, Équipe Méthodes et Algorithmes en Commande (LAAS-MAC), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Institut de Mathématiques de Toulouse UMR5219 (IMT), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Equipe Polynomial OPtimization (LAAS-POP), ANR-19-P3IA-0004,ANITI,Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute(2019), ANR-18-ERC2-0004,COPS,Optimisation garantie pour la vérification des systèmes cyber-physiques(2018), European Project: 813211,H2020-EU.1.3. - EXCELLENT SCIENCE - Marie Skłodowska-Curie Actions (Main Programme), H2020-EU.1.3.1. - Fostering new skills by means of excellent initial training of researchers ,10.3030/813211,POEMA(2019), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and European Project: 813211,H2020,POEMA(2019)
Subjects: Optimization and Control (math.OC), Applied Mathematics, FOS: Mathematics, MathematicsofComputing_NUMERICALANALYSIS, [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], Mathematics - Optimization and Control, Software
Abstract: We prove that every semidefinite moment relaxation of a polynomial optimization problem (POP) with a ball constraint can be reformulated as a semidefinite program involving a matrix with constant trace property (CTP). As a result such moment relaxations can be solved efficiently by first-order methods that exploit CTP, e.g., the conditional gradient-based augmented Lagrangian method. We also extend this CTP-exploiting framework to large-scale POPs with different sparsity structures. The efficiency and scalability of our framework are illustrated on second-order moment relaxations for various randomly generated quadratically constrained quadratic programs., 43 pages, 6 algorithms, 23 tables
Published: 2022

3. Validity and Performance of Blood Biomarkers for Alzheimer Disease to Predict Dementia Risk in a Large Clinic-Based Cohort

Author: Planche, Vincent, Bouteloup, Vincent, Pellegrin, Isabelle, Mangin, Jean-Francois, Dubois, Bruno, Ousset, Pierre-Jean, Pasquier, Florence, Blanc, Frédéric, Paquet, Claire, Hanon, Olivier, Bennys, Karim, Ceccaldi, Mathieu, Annweiler, Cédric, Krolak-Salmon, Pierre, Godefroy, Olivier, Wallon, David, Sauvee, Mathilde, Boutoleau-Bretonnière, Claire, Bourdel-Marchasson, Isabelle, Jalenques, Isabelle, Chene, Genevieve, Dufouil, Carole, Université de Bordeaux (UB), Centre Mémoire de Ressources et de Recherches [Bordeaux], CHU Bordeaux [Bordeaux], Bordeaux population health (BPH), Université de Bordeaux (UB)-Institut de Santé Publique, d'Épidémiologie et de Développement (ISPED)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Immunology from Concept and Experiments to Translation (ImmunoConcept), Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'immunologie et d'immunogénétique [CHU Bordeaux], Université Paris-Saclay, Institut du Cerveau = Paris Brain Institute (ICM), Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP], Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Sorbonne Université (SU)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse (CHU Toulouse), INSERM UMR 1287 Département d'hématologie, Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (ICube), École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Les Hôpitaux Universitaires de Strasbourg (HUS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Hôpital Lariboisière-Fernand-Widal [APHP], Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP), Optimisation thérapeutique en Neuropsychopharmacologie (OPTeN (UMR_S_1144 / U1144)), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Paris Cité (UPCité), Groupe hospitalier Broca, Département de neurologie [Montpellier], Université Montpellier 1 (UM1)-Centre Hospitalier Régional Universitaire [Montpellier] (CHRU Montpellier)-Hôpital Gui de Chauliac [CHU Montpellier], Centre Hospitalier Régional Universitaire [Montpellier] (CHRU Montpellier)-Université de Montpellier (UM), Institut de Neurosciences des Systèmes (INS), Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Université d'Angers (UA), Centre Hospitalier Universitaire d'Angers (CHU Angers), PRES Université Nantes Angers Le Mans (UNAM), Laboratoire de Psychologie des Pays de la Loire (LPPL), Université d'Angers (UA)-Nantes Université - UFR Lettres et Langages (Nantes Univ - UFR LL), Nantes Université - pôle Humanités, Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - pôle Humanités, Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ), SFR UA 4201 Confluences (CONFLUENCES), Centre de Recherche en Acquisition et Traitement de l'Image pour la Santé (CREATIS), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Hospices Civils de Lyon (HCL), Centre de recherche en neurosciences de Lyon - Lyon Neuroscience Research Center (CRNL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Neurosciences Fonctionnelles et Pathologies - UR UPJV 4559 (LNFP), Université de Picardie Jules Verne (UPJV), CHU Amiens-Picardie, CHU Rouen, Normandie Université (NU), Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Centre Mémoire de Ressources et de Recherche [Grenoble] (CMRR), Centre Hospitalier Universitaire [Grenoble] (CHU), Centre hospitalier universitaire de Nantes (CHU Nantes), Centre de résonance magnétique des systèmes biologiques (CRMSB), Service d'Addictologie et Pathologie Duelles [CHU Clermont-Ferrand], CHU Gabriel Montpied [Clermont-Ferrand], CHU Clermont-Ferrand-CHU Clermont-Ferrand, Neuro-Psycho Pharmacologie des Systèmes Dopimanégiques sous-corticaux (NPsy-Sydo), CHU Clermont-Ferrand-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020]), CIC Bordeaux, Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), CHU Toulouse [Toulouse], Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Montpellier 1 (UM1)-Centre Hospitalier Régional Universitaire [Montpellier] (CHRU Montpellier)-Hôpital Gui de Chauliac [Montpellier]-Université de Montpellier (UM), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Hospices Civils de Lyon (HCL)-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université de Lyon-Université de Lyon-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Neurology (clinical), [SDV.MHEP]Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology
Abstract: Background and ObjectiveBlood biomarkers for Alzheimer disease (AD) have consistently proven to be associated with CSF or PET biomarkers and effectively discriminate AD from other neurodegenerative diseases. Our aim was to test their utility in clinical practice, from a multicentric unselected prospective cohort where patients presented with a large spectrum of cognitive deficits or complaints.MethodsThe MEMENTO cohort enrolled 2,323 outpatients with subjective cognitive complaint (SCC) or mild cognitive impairment (MCI) consulting in 26 French memory clinics. Participants had neuropsychological assessments, MRI, and blood sampling at baseline. CSF sampling and amyloid PET were optional. Baseline blood Aβ42/40 ratio, total tau, p181-tau, and neurofilament light chain (NfL) were measured using a Simoa HD-X analyzer. An expert committee validated incident dementia cases during a 5-year follow-up period.ResultsOverall, 2,277 individuals had at least 1 baseline blood biomarker available (n = 357 for CSF subsample, n = 649 for PET subsample), among whom 257 were diagnosed with clinical AD/mixed dementia during follow-up. All blood biomarkers but total tau were mildly correlated with their equivalence in the CSF (r = 0.33 to 0.46,p< 0.0001) and were associated with amyloid-PET status (p< 0.0001). Blood p181-tau was the best blood biomarker to identify amyloid-PET positivity (area under the curve = 0.74 [95% CI = 0.69; 0.79]). Higher blood and CSF p181-tau and NfL concentrations were associated with accelerated time to AD dementia onset with similar incidence rates, whereas blood Aβ42/40 was less efficient than CSF Aβ42/40. Blood p181-tau alone was the best blood predictor of 5-year AD/mixed dementia risk (c-index = 0.73 [95% CI = 0.69; 0.77]); its accuracy was higher in patients with clinical dementia rating (CDR) = 0 (c-index = 0.83 [95% CI = 0.69; 0.97]) than in patients with CDR = 0.5 (c-index = 0.70 [95% CI = 0.66; 0.74]). A “clinical” reference model (combining demographics and neuropsychological assessment) predicted AD/mixed dementia risk with a c-index = 0.88 [95% CI = 0.86–0.91] and performance increased to 0.90 [95% CI = 0.88; 0.92] when adding blood p181-tau + Aβ42/40. A “research” reference model (clinical model + apolipoprotein E genotype and AD signature on MRI) had a c-index = 0.91 [95% CI = 0.89–0.93] increasing to 0.92 [95% CI = 0.90; 0.93] when adding blood p181-tau + Aβ42/40. Chronic kidney disease and vascular comorbidities did not affect predictive performances.DiscussionIn a clinic-based cohort of patients with SCC or MCI, blood biomarkers may be good hallmarks of underlying pathology but add little to 5-year dementia risk prediction models including traditional predictors.
Published: 2022

4. Bulk Topological States in a New Collective Dynamics Model

Author: Pierre Degond, Antoine Diez, Mingye Na, Institut de Mathématiques de Toulouse UMR5219 (IMT), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Department of Mathematics [Imperial College London], Imperial College London, Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Southern University of Science and Technology (SUSTech), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Southern University of Science and Technology [Shenzhen] (SUSTech)
Subjects: topological phase transition, Statistical Mechanics (cond-mat.stat-mech), Modeling and Simulation, macroscopic model, FOS: Physical sciences, winding number, [MATH]Mathematics [math], individual-based model, self-organization, Condensed Matter - Statistical Mechanics, AMS: 22E70, 35Q70, 37B25, 60J76, 65C35, 70F10, order parameter, Analysis
Abstract: International audience; In this paper, we demonstrate the existence of topological states in a new collective dynamics model. This individual-based model (IBM) describes self-propelled rigid bodies moving with constant speed and adjusting their rigid-body attitude to that of their neighbors. In previous works, a macroscopic model has been derived from this IBM in a suitable scaling limit. In the present work, we exhibit explicit solutions of the macroscopic model characterized by a non-trivial topology. We show that these solutions are well approximated by the IBM during a certain time but then the IBM transitions towards topologically trivial states. Using a set of appropriately defined topological indicators, we reveal that the breakage of the non-trivial topology requires the system to go through a phase of maximal disorder. We also show that similar but topologically trivial initial conditions result in markedly different dynamics, suggesting that topology plays a key role in the dynamics of this system.
Published: 2022

5. Enforcing the consensus between Trajectory Optimization and Policy Learning for precise robot control

Author: Le Lidec, Quentin, Jallet, Wilson, Laptev, Ivan, Schmid, Cordelia, Carpentier, Justin, Models of visual object recognition and scene understanding (WILLOW), Département d'informatique - ENS Paris (DI-ENS), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria de Paris, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Équipe Mouvement des Systèmes Anthropomorphes (LAAS-GEPETTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), GENCI-IDRIS (Grant AD011012215), Louis Vuitton ENS Chair on Artificial Intelligence, ANR-19-P3IA-0001,PRAIRIE,PaRis Artificial Intelligence Research InstitutE(2019), European Project: 101070165,HORIZON,AGIMUS, and Le Lidec, Quentin
Subjects: FOS: Computer and information sciences, Computer Science - Robotics, Computer Science - Machine Learning, [INFO.INFO-LG]Computer Science [cs]/Machine Learning [cs.LG], [INFO.INFO-RB] Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO], [INFO.INFO-RB]Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO], [INFO.INFO-LG] Computer Science [cs]/Machine Learning [cs.LG], Robotics (cs.RO), Machine Learning (cs.LG)
Abstract: International audience; Reinforcement learning (RL) and trajectory optimization (TO) present strong complementary advantages. On one hand, RL approaches are able to learn global control policies directly from data, but generally require large sample sizes to properly converge towards feasible policies. On the other hand, TO methods are able to exploit gradient-based information extracted from simulators to quickly converge towards a locally optimal control trajectory which is only valid within the vicinity of the solution. Over the past decade, several approaches have aimed to adequately combine the two classes of methods in order to obtain the best of both worlds. Following on from this line of research, we propose several improvements on top of these approaches to learn global control policies quicker, notably by leveraging sensitivity information stemming from TO methods via Sobolev learning, and augmented Lagrangian techniques to enforce the consensus between TO and policy learning. We evaluate the benefits of these improvements on various classical tasks in robotics through comparison with existing approaches in the literature.
Published: 2023

6. A Sensitivity-Aware Motion Planner (SAMP) to Generate Intrinsically-Robust Trajectories

Author: Wasiela, Simon, Giordano, Paolo, Cortés, Juan, Simeon, Thierry, Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Sensor-based and interactive robotics (RAINBOW), Inria Rennes – Bretagne Atlantique, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-RÉALITÉ VIRTUELLE, HUMAINS VIRTUELS, INTERACTIONS ET ROBOTIQUE (IRISA-D5), Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), ANR-20-CE33-0003,CAMP,Planification de Mouvements Intrinse`quement Robuste et Tenant compte de la Commande pour des Robots en Conditions Reélles(2020), Équipe Robotique et InteractionS (LAAS-RIS), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes 1 (UR1), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: [INFO.INFO-RB]Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO]
Abstract: International audience; Closed-loop state sensitivity [1], [2] is a recently introduced notion that can be used to quantify deviations of the closed-loop trajectory of a robot/controller pair against variations of uncertain parameters in the robot model. While local optimization techniques are used in [1], [2] to generate reference trajectories minimizing a sensitivity-based cost, no global planning algorithm considering this metric to compute collision-free motions robust to parametric uncertainties has yet been proposed. The contribution of this paper is to propose a global control-aware motion planner for optimizing a state sensitivity metric and producing collision-free reference motions that are robust against parametric uncertainties for a large class of complex dynamical systems. Given the prohibitively high computational cost of directly minimizing the state sensitivity using asymptotically optimal sampling-based tree planners, the proposed RRT*-based SAMP planner uses an appropriate steering method to first compute a (near) time-optimal and kinodynamically feasible trajectory that is then locally deformed to improve robustness and decrease its sensitivity to uncertainties. The evaluation performed on planar/full-3D quadrotor UAV models shows that the SAMP method produces low sensitivity robust solutions with a much higher performance than a planner directly optimizing the sensitivity.
Published: 2023

7. Algorithms for audio inpainting based on probabilistic nonnegative matrix factorization

Author: Ondřej Mokrý, Paul Magron, Thomas Oberlin, Cédric Févotte, Brno University of Technology [Brno] (BUT), Speech Modeling for Facilitating Oral-Based Communication (MULTISPEECH), Inria Nancy - Grand Est, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Department of Natural Language Processing & Knowledge Discovery (LORIA - NLPKD), Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications (LORIA), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications (LORIA), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE-SUPAERO), Signal et Communications (IRIT-SC), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Czech Science Foundation (GA ˇCR) Project No. 20-29009S, ANR-19-P3IA-0004,ANITI,Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute(2019), European Project: CoG-6681839,ERC FACTORY, Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Magron, Paul, Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute - - ANITI2019 - ANR-19-P3IA-0004 - P3IA - VALID, and European Research Council (ERC FACTORY-CoG-6681839) - ERC FACTORY - CoG-6681839 - INCOMING
Subjects: FOS: Computer and information sciences, Sound (cs.SD), [INFO.INFO-TS] Computer Science [cs]/Signal and Image Processing, audio inpainting, nonnegative matrix factorization, Computer Science - Sound, expectation-maximization, [INFO.INFO-TS]Computer Science [cs]/Signal and Image Processing, Audio and Speech Processing (eess.AS), Computer Science::Sound, Control and Systems Engineering, alternating minimization, Signal Processing, FOS: Electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Computer Vision and Pattern Recognition, Electrical and Electronic Engineering, Software, Electrical Engineering and Systems Science - Audio and Speech Processing
Abstract: International audience; Audio inpainting, i.e., the task of restoring missing or occluded audio signal samples, usually relies on sparse representations or autoregressive modeling. In this paper, we propose to structure the spectrogram with nonnegative matrix factorization (NMF) in a probabilistic framework. First, we treat the missing samples as latent variables, and derive two expectation-maximization algorithms for estimating the parameters of the model, depending on whether we formulate the problem in the time-or time-frequency domain. Then, we treat the missing samples as parameters, and we address this novel problem by deriving an alternating minimization scheme. We assess the potential of these algorithms for the task of restoring short-to middle-length gaps in music signals. Experiments reveal great convergence properties of the proposed methods, as well as competitive performance when compared to state-of-the-art audio inpainting techniques.
Published: 2023

8. Diagnosability of Event Patterns in Safe Labeled Time Petri Nets: A Model-Checking Approach

Author: Audine Subias, Yannick Pencolé, Équipe DIagnostic, Supervision et COnduite (LAAS-DISCO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Subjects: Model checking, Single fault, Theoretical computer science, Pattern, Property (programming), Computer science, Specific time, Time Petri nets, 020206 networking & telecommunications, 02 engineering and technology, Petri net, Fault Diagnosis, Diagnosability, [INFO.INFO-AI]Computer Science [cs]/Artificial Intelligence [cs.AI], Control and Systems Engineering, [INFO.INFO-AU]Computer Science [cs]/Automatic Control Engineering, [INFO.INFO-SY]Computer Science [cs]/Systems and Control [cs.SY], 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, [INFO.INFO-ES]Computer Science [cs]/Embedded Systems, 020201 artificial intelligence & image processing, Discrete Event Systems (DES), Electrical and Electronic Engineering, Event (probability theory)
Abstract: International audience; Checking the diagnosability of a time discrete event system usually consists in determining whether a single fault event can always be identified with certainty after a finite amount of time. The aim of this paper is to extend this type of analysis to more complex behaviors, called event patterns, and to propose an effective method to check diagnosability with the use of modelchecking techniques. To do so, we propose to convert the pattern diagnosability problem into checking a linear-time property over a specific time Petri net. Note to Practitioners-This paper is motivated by the problem of improving the monitoring and the supervision of systems like automated and robotised manufacturing systems. Based on a model of the system, the paper proposes a method to assert with certainty whether the available set of sensors will always provide enough information to ensure that a complex and unexpected behavior has not happened in the system. The proposed method uses a publicly available model-checking tool to perform this analysis.
Published: 2022

9. Exploiting Fairness to Enhance Sensitive Attributes Reconstruction

Author: Ferry, Julien, Aïvodji, Ulrich, Gambs, Sébastien, Huguet, Marie-José, Siala, Mohamed, Équipe Recherche Opérationnelle, Optimisation Combinatoire et Contraintes (LAAS-ROC), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Ecole de Technologie Supérieure [Montréal] (ETS), Université du Québec à Montréal = University of Québec in Montréal (UQAM), ANR-11-LABX-0040,CIMI,Centre International de Mathématiques et d'Informatique (de Toulouse)(2011), ANR-19-P3IA-0004,ANITI,Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute(2019), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Subjects: FOS: Computer and information sciences, Computer Science - Machine Learning, constraint programming, Computer Science - Cryptography and Security, Computer Science - Artificial Intelligence, reconstruction attack, fairness, privacy, Machine Learning (cs.LG), [INFO.INFO-AI]Computer Science [cs]/Artificial Intelligence [cs.AI], Artificial Intelligence (cs.AI), machine learning, [INFO.INFO-LG]Computer Science [cs]/Machine Learning [cs.LG], Cryptography and Security (cs.CR)
Abstract: International audience; In recent years, a growing body of work has emerged on how to learn machine learning models under fairness constraints, often expressed with respect to some sensitive attributes. In this work, we consider the setting in which an adversary has black-box access to a target model and show that information about this model's fairness can be exploited by the adversary to enhance his reconstruction of the sensitive attributes of the training data. More precisely, we propose a generic reconstruction correction method, which takes as input an initial guess made by the adversary and corrects it to comply with some user-defined constraints (such as the fairness information) while minimizing the changes in the adversary's guess. The proposed method is agnostic to the type of target model, the fairness-aware learning method as well as the auxiliary knowledge of the adversary. To assess the applicability of our approach, we have conducted a thorough experimental evaluation on two state-of-the-art fair learning methods, using four different fairness metrics with a wide range of tolerances and with three datasets of diverse sizes and sensitive attributes. The experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed approach to improve the reconstruction of the sensitive attributes of the training set.
Published: 2023

10. Out-Of-Distribution Detection Is Not All You Need

Author: Guérin, Joris, Delmas, Kevin, Sena Ferreira, Raul, Guiochet, Jérémie, UMR 228 Espace-Dev, Espace pour le développement, Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université de Perpignan Via Domitia (UPVD)-Avignon Université (AU)-Université de La Réunion (UR)-Université de Guyane (UG)-Université des Antilles (UA)-Université de Montpellier (UM), ONERA / DTIS, Université de Toulouse [Toulouse], ONERA-PRES Université de Toulouse, Équipe Tolérance aux fautes et Sûreté de Fonctionnement informatique (LAAS-TSF), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, ANR-19-P3IA-0004,ANITI,Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute(2019), Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: FOS: Computer and information sciences, Computer Science - Machine Learning, Computer Science - Artificial Intelligence, Computer Vision and Pattern Recognition (cs.CV), Image and Video Processing (eess.IV), Computer Science - Computer Vision and Pattern Recognition, [INFO.INFO-CV]Computer Science [cs]/Computer Vision and Pattern Recognition [cs.CV], Electrical Engineering and Systems Science - Image and Video Processing, Machine Learning (cs.LG), [INFO.INFO-AI]Computer Science [cs]/Artificial Intelligence [cs.AI], Artificial Intelligence (cs.AI), [INFO.INFO-LG]Computer Science [cs]/Machine Learning [cs.LG], [INFO.INFO-TI]Computer Science [cs]/Image Processing [eess.IV], FOS: Electrical engineering, electronic engineering, information engineering
Abstract: International audience; The usage of deep neural networks in safety-critical systems is limited by our ability to guarantee their correct behavior. Runtime monitors are components aiming to identify unsafe predictions and discard them before they can lead to catastrophic consequences. Several recent works on runtime monitoring have focused on out-of-distribution (OOD) detection, i.e., identifying inputs that are different from the training data. In this work, we argue that OOD detection is not a well-suited framework to design efficient runtime monitors and that it is more relevant to evaluate monitors based on their ability to discard incorrect predictions. We call this setting out-ofmodel-scope detection and discuss the conceptual differences with OOD. We also conduct extensive experiments on popular datasets from the literature to show that studying monitors in the OOD setting can be misleading: 1. very good OOD results can give a false impression of safety, 2. comparison under the OOD setting does not allow identifying the best monitor to detect errors. Finally, we also show that removing erroneous training data samples helps to train better monitors.
Published: 2023

11. Sum of Squares Decompositions of Polynomials over their Gradient Ideals with Rational Coefficients

Author: Victor Magron, Mohab Safey El Din, Trung-Hieu Vu, Institut de Mathématiques de Toulouse UMR5219 (IMT), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Equipe Polynomial OPtimization (LAAS-POP), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Polynomial Systems (PolSys), LIP6, Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), DesCartes funded by the CREATE Programme on AI-based Decision making in Critical Urban Systems, FastQI funded by the institute Quantum technologies in Occitanie, EPICS funded by the Gaspard Monge Program for Optimization and operationnal research, Fondation Jacques Hadamard, ANR-19-P3IA-0004,ANITI,Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute(2019), ANR-18-ERC2-0004,COPS,Optimisation garantie pour la vérification des systèmes cyber-physiques(2018), European Project: 813211,H2020-EU.1.3. - EXCELLENT SCIENCE - Marie Skłodowska-Curie Actions (Main Programme), H2020-EU.1.3.1. - Fostering new skills by means of excellent initial training of researchers ,10.3030/813211,POEMA(2019), Magron, Victor, Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute - - ANITI2019 - ANR-19-P3IA-0004 - P3IA - VALID, TREMPLIN-ERC - Optimisation garantie pour la vérification des systèmes cyber-physiques - - COPS2018 - ANR-18-ERC2-0004 - TERC - VALID, Polynomial Optimization, Efficiency through Moments and Algebra - POEMA - - H20202019-01-01 - 2022-12-31 - 813211 - VALID, Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe Méthodes et Algorithmes en Commande (LAAS-MAC), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and European Project: 813211,H2020,POEMA(2019)
Subjects: Computer Science - Symbolic Computation, FOS: Computer and information sciences, Optimization and Control (math.OC), Applied Mathematics, ComputingMethodologies_SYMBOLICANDALGEBRAICMANIPULATION, FOS: Mathematics, [MATH.MATH-OC] Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], Symbolic Computation (cs.SC), Mathematics - Optimization and Control, Software, Theoretical Computer Science
Abstract: Assessing non-negativity of multivariate polynomials over the reals, through the computation of {\em certificates of non-negativity}, is a topical issue in polynomial optimization. This is usually tackled through the computation of {\em sums-of-squares decompositions} which rely on efficient numerical solvers for semi-definite programming. This method faces two difficulties. The first one is that the certificates obtained this way are {\em approximate} and then non-exact. The second one is due to the fact that not all non-negative polynomials are sums-of-squares. In this paper, we build on previous works by Parrilo, Nie, Demmel and Sturmfels who introduced certificates of non-negativity modulo {\em gradient ideals}. We prove that, actually, such certificates can be obtained {\em exactly}, over the rationals if the polynomial under consideration has rational coefficients and we provide {\em exact} algorithms to compute them. We analyze the bit complexity of these algorithms and deduce bit size bounds of such certificates., Comment: 24 pages, 2 tables
Published: 2023

12. Combinaison de la planification proactive et de l'analyse de situation pour la navigation robotique adaptée à l'homme

Author: Singamaneni, Phani-Teja, Équipe Robotique et InteractionS (LAAS-RIS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Université Paul Sabatier - Toulouse III, Rachid Alami, Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, UT3 : Université Toulouse 3 Paul Sabatier, and Rachid ALAMI
Subjects: human-robot interaction, Proactive Planning, planification proactive, Human and robot interaction, Interaction homme-robot, navigation consciente de l'homme, Planification des mouvements, Robotique cognitive, [INFO.INFO-RB]Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO], Human Aware Navigation, Cognitive robotics, Motion Planning
Abstract: Today, more than ever, mobile robots and drones are roaming human workspaces. In particular, mobile robots are being deployed in many places, from airports to restaurants to streets. In a classical motion planning setting, everything is an obstacle, and the robot has to avoid all the obstacles and reach its destination. However, this cannot be directly employed in robot navigation planning in human environments. Humans may not be comfortable seeing a robot move very close to them or not knowing if the robot is ready to give them the way or not. Unless the humans are considered in navigation planning, the robot can confuse the humans and may not be accepted to be around them. Hence a new field of robot navigation concentrating on these aspects, called ‘Human-Aware Robot Navigation (HAN) (or Social Robot Navigation)’, is evolving at a rapid pace these days. This work explores HAN in the case of mobile robots and proposes some new factors and systems that can make a robot more ‘human aware’. The core idea behind this work is that the robot has to avoid or mitigate uncomfortable human-robot interactions that occur during the navigation. So, we explore situation assessment and proactive planning in HAN to plan legible and acceptable trajectories for the robot in the first part of the thesis. It was also shown how proactive planning could be a better alternative to reactive planning for HAN. We also introduce some new human-robot social constraints and a new human path prediction methodology. The proposed system has been validated under several settings, and a detailed analysis is presented. The next part elaborates on this idea and moves on to propose a HAN system that can handle static and dynamic humans under several circumstances. We propose a HAN system based on the ROS navigation stack to address the problem of multi-context navigation. This system is highly tunable and has a modality switching mechanism that allows the robot to mitigate several human-robot interaction settings. We introduce some more human-aware constraints pertaining to social norms to make the robot’s navigation vivid. Finally, it has been tested in several simulated and real-world scenarios and analyses are provided. When compared with an already existing HAN system, our system yielded better and more satisfactory results both qualitatively and quantitatively. Even though this system can handle more than one kind of scenario with visible humans, it cannot address the sudden human appearances or prepare the robot ready for such occurrences. So, in the next part of the thesis, a methodology to detect such possible appearances is proposed. These estimations are then integrated with the previous proposed HAN system to allow the robot to manoeuvre around the places of such possible emergences cautiously. The proposed algorithm has been extensively tested, and the advantages of this addition are shown through several experiments. Throughout the development of this thesis, the evaluation of the HAN system has been a challenge as there are no good enough and well accepted metrics currently. Therefore, we have used some existing ones and proposed some new metrics that could be pertinent to many human-robot contexts. The last part of this thesis presents these proposed metrics and their evaluations in different settings. Finally, we conclude this thesis with a discussion on the current state of the field, the challenges faced during the development of this thesis and the future perspectives.; Aujourd'hui, plus que jamais, des robots mobiles et des drones parcourent les espaces de travail et de vie des humains. En particulier, les robots mobiles sont déployés ou en voie de déploiement dans de nombreux endroits, des aéroports aux restaurants en passant par les rues. Dans un cadre classique de planification du mouvement, tout est obstacle que le robot doit éviter pour atteindre sa destination. Cependant, cette approche ne peut pas être directement utilisée pour la navigation des robots dans les environnements humains. Les humains peuvent ne pas être à l'aise de voir un robot se déplacer très près d'eux ou de ne pas savoir si le robot est prêt à leur céder le passage ou non. Si les humains ne sont pas pris en compte de manière explicite dans la planification de la navigation, le robot peut les perturber et ne pas être accepté. Ainsi, un nouveau domaine de la navigation robotique se concentrant sur ces aspects, appelé `Human-Aware Robot Navigation (HAN) (ou Social Robot Navigation)', se développe rapidement de nos jours. Ce travail explore l'approche HAN dans le cas des robots mobiles et propose quelques nouveaux facteurs et systèmes qui peuvent rendre un robot plus acceptable par les humains. L'idée centrale de ce travail est que le robot doit éviter ou atténuer les interactions homme-robot inconfortables qui se produisent pendant la navigation. Ainsi, dans la première partie de la thèse, nous explorons l'évaluation de situation et la planification proactive dans HAN pour planifier des trajectoires de robot lisibles et acceptables. Nous introduisons également de nouvelles contraintes sociales homme-robot et une nouvelle méthode de prédiction de la trajectoire des humains au voisinage du robot. Le système proposé a été validé dans plusieurs contextes, et une analyse détaillée en est présentée. La partie suivante développe cette idée et propose un système HAN qui peut gérer des humains aussi bien statiques qu'en mouvement dans plusieurs circonstances. Nous proposons un système HAN basé sur la pile de navigation ROS pour résoudre le problème de la navigation multi-contexte. Ce système est hautement ajustable et possède un mécanisme de changement de modalité qui permet au robot d'adapter, en fonction du contexte, plusieurs paramètres d'interaction homme-robot. Nous introduisons des contraintes plus sensibles à l'homme concernant les normes sociales pour rendre la navigation du robot plus vive et réactive. Enfin, le système a été testé dans plusieurs scénarios simulés et réels et des analyses en sont fournies. Comparé à un système HAN déjà existant, notre système a donné des résultats meilleurs et plus satisfaisants tant sur le plan qualitatif que quantitatif. Bien que ce système puisse gérer plus d'un type de scénario avec des humains visibles par le robot, il ne peut pas traiter les apparitions soudaines d'humains ou préparer le robot à de telles occurrences. Ainsi, dans une partie suivante de la thèse, une méthodologie pour détecter de telles apparitions potentielles est proposée. Ces estimations sont ensuite intégrées au système HAN proposé précédemment afin de permettre au robot de manœuvrer avec précaution autour des lieux de ces possibles apparitions. L'algorithme proposé a été largement testé, et les avantages de cet ajout sont démontrés par plusieurs expériences. Tout au long du développement de cette thèse, l'évaluation du système HAN a été un défi car il n'existe pas de métriques suffisamment bonnes et acceptée par la communauté. Par conséquent, nous avons utilisé certaines métriques existantes et en avons proposé de nouvelles qui pourraient être pertinentes dans de nombreux contextes humains-robots. La dernière partie de cette thèse présente ces nouvelles métriques et leur évaluation dans différents contextes. Enfin, nous concluons cette thèse par une discussion sur l'état actuel du domaine, les défis rencontrés au cours du développement de cette thèse et les perspectives futures.
Published: 2022

13. Algorithms and architecture to control the exploration of an area by a fleet of autonomous submarines

Author: Milot, Antoine, Équipe Robotique et InteractionS (LAAS-RIS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), INSA de Toulouse, Simon Lacroix, Charles Lesire, Estelle Chauveau, HAL-LAAS, LAAS, Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, INSA Toulouse, Simon LACROIX, Charles LESIRE, and Estelle CHAUVEAU
Subjects: Planification, Hierarchical planning, Systèmes Multi-Robots, [INFO.INFO-RB] Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO], Multirobot, Autonome, Multi-Robot, Autonomous, Planning, autonomous systems, Multi-Robot systems, Architecture, [INFO.INFO-RB]Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO], Planification Hiérarchique, Allocation de tâches, Auv, Task allocation
Abstract: Naval mine hunting missions consist in detecting and locating mines. To reduce human risk, this mission can be realized with an autonomous multi-robot system. However, the underwater context imposes extremely strong constraints on communications, which imply major difficulties in establishing cooperation strategies. Moreover, these missions are dynamic by nature because it is necessary to identify the detected suspicious objects. The robots must therefore react to new targets and distribute them within the fleet. Finally, there may be more than one way to achieve an objective, and specific constraints may be imposed by the operator. These elements induce complex dependencies on the tasks to achieve.The distribution of these objectives within the system defines ``Multi-Robot Task Allocation Problems (MRTA)'' to be solved before and during the mission. Given the specificities of the mission, such as communication constraints and complex dependencies that may link tasks, solving an MRTA problem is difficult. The solution of an MRTA problem defines a plan to be executed by the robots. The execution of this plan is, however, not deterministic. Therefore, each robot must supervise the plan execution in order to detect deviations, which must be repaired to not compromise the mission. The implementation of decision, supervision, and repair algorithms that are able to meet these challenges is at the heart of our work. We propose to base these algorithms on methods mixing auction-based allocation and hierarchical planning. Finally, we leverage the rich structures used by the decision algorithm to allow robots to supervise and repair their plans., Une mission de chasse aux mines consiste à détecter et localiser des mines, et peut être réalisée grâce au déploiement d'une flotte de robots sous-marins en coopération. Le contexte sous-marin impose cependant des contraintes sur les communications, impliquant des difficultés à l’établissement des stratégies de coopération. Par ailleurs, cette mission est par nature dynamique puisqu'il faut faire face à des aléas, par exemple la détection d'une nouvelle mine va induire de nouveaux objectifs pour le système multirobots. Enfin, il peut exister plusieurs manières de réaliser un objectif, et des contraintes spécifiques peuvent être imposées par l’opérateur. Ces éléments induisent des dépendances complexes entre les tâches à exécuter.Les répartitions de ces objectifs au sein du système définissent des problèmes d’allocation de tâches multirobots (« Multi-Robot Task Allocation » ou MRTA) devant être résolus avant et pendant la mission. Au regard des spécificités de la mission, telles que les contraintes de communication et les dépendances complexes pouvant lier les tâches, la résolution d’un problème de MRTA est difficile. La solution d’un problème de MRTA définit un plan qui doit être exécuté par les robots. L’exécution de ce plan n’est cependant pas déterministe, chaque robot doit donc superviser l’exécution de son plan afin d’en détecter les divergences. Au même titre que l’intégration de nouveaux objectifs, ces divergences sont des aléas qu’il faut réparer afin de ne pas compromettre la mission. La mise en place d’algorithmes de décision, de supervision, et de réparation, aptes à répondre à ces défis est au coeur de nos travaux. Nous proposons d! e faire reposer ces algorithmes sur des méthodes entremêlant allocation par enchères et planification hiérarchique. Enfin, nous tirons profit des structures riches utilisées par l’algorithme de décision pour permettre aux robots de superviser et réparer leurs plans.
Published: 2022

14. Order of Legendre-LMI conditions to assess stability of time-delay systems

Author: Mathieu Bajodek, Alexandre Seuret, Frédéric Gouaisbaut, Équipe Méthodes et Algorithmes en Commande (LAAS-MAC), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Universidad de Sevilla, Bajodek, Mathieu, Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática, Universidad de Sevilla. TEP102: Ingeniería Automática y Robótica, Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), and Universidad de Sevilla / University of Sevilla
Subjects: Time-delay systems, [SPI.AUTO] Engineering Sciences [physics]/Automatic, Control and Systems Engineering, Computer Science::Systems and Control, Polynomial approximation, Stability conditions, LMI, Converse Lyapunov theorem, [SPI.AUTO]Engineering Sciences [physics]/Automatic
Abstract: International audience; This paper investigates the stability analysis of time-delay systems through Lyapunov arguments. Using the existence of a complete Lyapunov-Krasovskii functional and relying on the polynomial approximation theory, our main goal is to approximate the complete Lyapunov functional and to take profit of the supergeometric convergence rate of the truncated error part. Necessary and sufficient conditions in the linear matrix inequality (LMI) framework for sufficiently large approximated orders are consequently proposed. Moreover, an estimation of the necessary order is provided analytically with respect to system parameters.
Published: 2022

15. Macromolecular crowding limits growth under pressure

Author: Cécile Formosa-Dague, Baptiste Alric, Liam J. Holt, Etienne Dague, Morgan Delarue, Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Toulouse Biotechnology Institute (TBI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Équipe Ingénierie pour les sciences du vivant (LAAS-ELIA), New York University School of Medicine (NYU Grossman School of Medicine), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), NYU Cancer Center Support GrantNIH/NCI P30CA016087, French RENATECH network, United States Department of Health & Human ServicesNational Institutes of Health (NIH) - USAR01 GM132447R37 CA240765, and American Cancer Society
Subjects: 0303 health sciences, [SDV.OT]Life Sciences [q-bio]/Other [q-bio.OT], biology, Cell growth, Chemistry, Mechanism (biology), Saccharomyces cerevisiae, General Physics and Astronomy, biology.organism_classification, Crowding, Protein expression, Article, Coupling (electronics), 03 medical and health sciences, 0302 clinical medicine, Biophysics, Environmental sensing, Macromolecular crowding, 030217 neurology & neurosurgery, 030304 developmental biology
Abstract: Cells that grow in confined spaces eventually build up mechanical compressive stress. This growth-induced pressure (GIP) decreases cell growth. GIP is important in a multitude of contexts from cancer[1–3], to microbial infections[4], to biofouling, yet our understanding of its origin and molecular consequences remains limited. Here, we combine microfluidic confinement of the yeast Saccha-romyces cerevisiae[5],with rheological measurements using genetically encoded multimeric nanoparticles (GEMs)[6] to reveal that growth-induced pressure is accompanied with an increase in a key cellular physical property: macromolecular crowding. We develop a fully calibrated model that predicts how increased macromolecular crowding hinders protein expression and thus diminishes cell growth. This model is sufficient to explain the coupling of growth rate to pressure without the need for specific molecular sensors or signaling cascades. As molecular crowding is similar across all domains of life, this could be a deeply conserved mechanism of biomechanical feedback that allows environmental sensing originating from the fundamental physical properties of cells.
Published: 2022

16. Carleman estimates for the wave equation in heterogeneous media with non-convex interface

Author: Lucie Baudouin, Pamela Godoy, Alberto Mercado, Équipe Méthodes et Algorithmes en Commande (LAAS-MAC), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Universidad Tecnica Federico Santa Maria [Valparaiso] (UTFSM), ANR-11-LABX-0040,CIMI,Centre International de Mathématiques et d'Informatique (de Toulouse)(2011), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Subjects: Transmission system, Applied Mathematics, 010102 general mathematics, Wave equation, 02 engineering and technology, [MATH]Mathematics [math], 0101 mathematics, Carleman estimates, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0210 nano-technology, 01 natural sciences, Analysis
Abstract: International audience; A wave equation whose main coefficient is discontinuous models the evolution of waves amplitude in a media composed of at least two different materials, in which the propagation speed is different. In our mathematical setting, the spatial domain where the partial differential equation evolves is an open bounded subset of R^2 and the wave speed is assumed to be constant in each one of two sub-domains, separated by a smooth and possibly non-convex interface. This article is concerned with the construction of Carleman weights for this wave operator, allowing generalizations of previous results to the case of an interface that is not necessarily the boundary of a convex set. Indeed, using the orthogonal projection onto this interface, we define convex functions satisfying the transmission conditions imposed by the equation, such that, under usual hypothesis on the sign of the jump of the wave speed, can be used as Carleman weights.
Published: 2022

17. High-Dimensional Gaussian Sampling: A Review and a Unifying Approach Based on a Stochastic Proximal Point Algorithm

Author: Maxime Vono, Nicolas Dobigeon, Pierre Chainais, HUAWEI Technologies France (HUAWEI), Signal et Communications (IRIT-SC), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut Universitaire de France (IUF), Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.), Centre de Recherche Réseau Image SysTème Architecture et MuLtimédia (CRISTAL), École Nationale des Sciences de l'Informatique [Manouba] (ENSI), Université de la Manouba [Tunisie] (UMA)-Université de la Manouba [Tunisie] (UMA), and ANR-19-P3IA-0004,ANITI,Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute(2019)
Subjects: FOS: Computer and information sciences, Computational Mathematics, [INFO.INFO-LG]Computer Science [cs]/Machine Learning [cs.LG], [INFO.INFO-TS]Computer Science [cs]/Signal and Image Processing, [INFO.INFO-TI]Computer Science [cs]/Image Processing [eess.IV], Applied Mathematics, [INFO.INFO-CV]Computer Science [cs]/Computer Vision and Pattern Recognition [cs.CV], Statistics - Computation, [PHYS.PHYS.PHYS-DATA-AN]Physics [physics]/Physics [physics]/Data Analysis, Statistics and Probability [physics.data-an], Computation (stat.CO), [INFO.INFO-AI]Computer Science [cs]/Artificial Intelligence [cs.AI], Theoretical Computer Science
Abstract: Efficient sampling from a high-dimensional Gaussian distribution is an old but high-stake issue. Vanilla Cholesky samplers imply a computational cost and memory requirements which can rapidly become prohibitive in high dimension. To tackle these issues, multiple methods have been proposed from different communities ranging from iterative numerical linear algebra to Markov chain Monte Carlo (MCMC) approaches. Surprisingly, no complete review and comparison of these methods have been conducted. This paper aims at reviewing all these approaches by pointing out their differences, close relations, benefits and limitations. In addition to this state of the art, this paper proposes a unifying Gaussian simulation framework by deriving a stochastic counterpart of the celebrated proximal point algorithm in optimization. This framework offers a novel and unifying revisit of most of the existing MCMC approaches while extending them. Guidelines to choose the appropriate Gaussian simulation method for a given sampling problem in high dimension are proposed and illustrated with numerical examples., 53 pages, 11 figures
Published: 2022

18. A Bayesian Framework for Multivariate Multifractal Analysis

Author: Lorena Leon, Herwig Wendt, Jean-Yves Tourneret, Patrice Abry, Télécommunications Spatiales et Aéronautiques - Telecommunications for Space ant Aeronautics (TéSA), Laboratoire de recherche coopératif dans les télécommunications spatiales et aéronautiques (TESA), CoMputational imagINg anD viSion (IRIT-MINDS), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Physique de l'ENS Lyon (Phys-ENS), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ECOS Nord (Grant Number: 8598), ANR-18-CE45-0007,MUTATION,Analyse multifractale multidimensionnelle : Théorie et applications en imagerie échographique du cancer de pancréas(2018), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), and Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: multivariate, multiscale, wavelet leaders, [INFO.INFO-TS]Computer Science [cs]/Signal and Image Processing, multifractal analysis, Signal Processing, Bayesian estimation, Electrical and Electronic Engineering, [SPI.SIGNAL]Engineering Sciences [physics]/Signal and Image processing
Abstract: International audience; Multifractal analysis has become a reference tool for signal and image processing. Grounded in the quantification of local regularity fluctuations, it has proven useful in an increasing range of applications, yet so far involving only univariate data (scalar valued time series or single channel images). Recently the theoretical ground for multivariate multifractal analysis has been devised, showing potential for quantifying transient higher-order dependence beyond linear correlation among collections of data. However, the accurate estimation of the parameters associated with a multivariate multifractal model remains challenging, especially for small sample size data. This work studies an original Bayesian framework for multivariate multifractal estimation, combining a novel and generic multivariate statistical model, a Whittle-based likelihood approximation and a data augmentation strategy allowing parameter separability. This careful design enables efficient estimation procedures to be constructed for two relevant choices of priors using a Gibbs sampling strategy. Monte Carlo simulations, conducted on synthetic multivariate signals and images with various sample sizes and multifractal parameter settings, demonstrate significant performance improvements over the state of the art, at only moderately larger computational cost. Moreover, we show the relevance of the proposed framework for real-world data modeling in the important application of drowsiness detection from multichannel physiological signals.
Published: 2022

19. Joint Coefficient and Solution Estimation for the 1D Wave Equation: An Observer-Based Solution to Inverse Problems

Author: Constantinos Kitsos, Mathieu Bajodek, Lucie Baudouin, Équipe Méthodes et Algorithmes en Commande (LAAS-MAC), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Subjects: inverse problems, Control and Systems Engineering, coefficient identification/estimation in the wave equation, [MATH.MATH-AP]Mathematics [math]/Analysis of PDEs [math.AP], [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], Electrical and Electronic Engineering, observers for PDEs, Computer Science Applications
Abstract: International audience; The estimation of an unknown source coefficient and of the solution to a 1-dimensional (1D) wave equation via exponentially convergent state observers is the problem under consideration in this work. The coefficient is assumed to depend on the space variable only and to be polynomial. The main observation information for this inverse problem is the value of the solution to the wave equation in a subinterval of the domain, including also some of its higher-order spatial derivatives. In order to estimate the source coefficient, we turn it into a new state as in finite-dimensional parameter identification approaches. However in this infinite-dimensional setting, this requires the introduction of a novel indirect approach involving an infinite-dimensional state transformation. Sufficient conditions allow the design of a composite observer consisting of an internal observer, which estimates in higher regularity spatial norms both the source term and the solution on a subinterval, and a boundary observer, in order to eventually provide the estimation of the solution everywhere. The observer convergence is proven by means of Lyapunov analysis. An extension of this approach to the case of the identification of a potential in the wave equation is finally considered, which is a nonlinear inverse problem since here, in the equation, the unknown coefficient multiplies the solution.
Published: 2022

20. Dynamic event-triggered stabilization for the Schrödinger equation

Author: Koudohode, Florent, Baudouin, Lucie, Tarbouriech, Sophie, Équipe Méthodes et Algorithmes en Commande (LAAS-MAC), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and Tarbouriech, Sophie
Subjects: [PHYS]Physics [physics], Observability inequality, [SPI.AUTO] Engineering Sciences [physics]/Automatic, Control and Systems Engineering, [INFO]Computer Science [cs], Schrödinger equation, Dynamic event-triggering mechanism, [MATH]Mathematics [math], Exponential stability, [SPI.AUTO]Engineering Sciences [physics]/Automatic
Abstract: International audience; The paper presents a dynamic event-triggering mechanism for the constant and the localized damped linear Schrödinger equation. The following results are tackled: the existence of solution to the closed-loop event-triggered control system; the avoidance of the Zeno behavior due to the absence of any accumulation point of the sequence of time instants and the exponential stability based on energy estimate through the observability inequality. A simulation example based on the one-dimensional Schrödinger equation is presented to validate the theoretical results.
Published: 2022

21. Stability and Performance Verification of Dynamical Systems Controlled by Neural Networks: Algorithms and Complexity

Author: Milan Korda, Équipe Méthodes et Algorithmes en Commande (LAAS-MAC), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: Control and Optimization, Optimization and Control (math.OC), Control and Systems Engineering, ComputingMethodologies_SYMBOLICANDALGEBRAICMANIPULATION, FOS: Mathematics, Dynamical Systems (math.DS), Mathematics - Dynamical Systems, [MATH]Mathematics [math], Mathematics - Optimization and Control
Abstract: International audience; This note makes several observations on stability and performance verification of nonlinear dynamical systems controlled by neural networks. First, we show that the stability and performance of a polynomial dynamical system controlled by a neural network with semialgebraically representable activation functions (e.g., ReLU) can be certified by convex semidefinite programming. The result is based on the fact that the semialgebraic representation of the activation functions and polynomial dynamics allows one to search for a Lyapunov function using polynomial sum-of-squares methods; the approach can be viewed as a special case of the general framework of [3]. Second, we remark that even in the case of a linear system controlled by a neural network with ReLU activation functions, the problem of verifying asymptotic stability is undecidable. Finally, under additional assumptions, we establish a converse result on the existence of a polynomial Lyapunov function for this class of systems. Numerical results on academic examples of dimension up to 50 and neural networks with several hundred neurons demonstrate the method.
Published: 2022

22. PCEDNet: A Lightweight Neural Network for Fast and Interactive Edge Detection in 3D Point Clouds

Author: HimeurChems-Eddine, PellegriniThomas, BartheLoic, MelladoNicolas, LejembleThibault, PaulinMathias, Structural Models and Tools in Computer Graphics (IRIT-STORM), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Équipe Structuration, Analyse et MOdélisation de documents Vidéo et Audio (IRIT-SAMoVA), and ANR-11-BS02-0006,ALTA,Analyse des opérateurs de transport lumineux et applications(2011)
Subjects: low resource computing, FOS: Computer and information sciences, Computer science, Point cloud, 02 engineering and technology, Convolutional neural network, Edge detection, Computer Science - Graphics, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Segmentation, energy efficiency, edge detection, Artificial neural network, business.industry, datasets, [INFO.INFO-MM]Computer Science [cs]/Multimedia [cs.MM], 020207 software engineering, Pattern recognition, neural networks, Computer Graphics and Computer-Aided Design, [INFO.INFO-GR]Computer Science [cs]/Graphics [cs.GR], Graphics (cs.GR), 020201 artificial intelligence & image processing, Artificial intelligence, Analysis tools, business, Efficient energy use
Abstract: In recent years, Convolutional Neural Networks (CNN) have proven to be efficient analysis tools for processing point clouds, e.g., for reconstruction, segmentation, and classification. In this article, we focus on the classification of edges in point clouds, where both edges and their surrounding are described. We propose a new parameterization adding to each point a set of differential information on its surrounding shape reconstructed at different scales. These parameters, stored in a Scale-Space Matrix (SSM) , provide a well-suited information from which an adequate neural network can learn the description of edges and use it to efficiently detect them in acquired point clouds. After successfully applying a multi-scale CNN on SSMs for the efficient classification of edges and their neighborhood, we propose a new lightweight neural network architecture outperforming the CNN in learning time, processing time, and classification capabilities. Our architecture is compact, requires small learning sets, is very fast to train, and classifies millions of points in seconds.
Published: 2021

23. PI3K functions as a hub in mechanotransduction

Author: Z. Ben-Meriem, Julie Guillermet-Guibert, M. Di-Luoffo, Pauline Lefebvre, Morgan Delarue, Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse (CRCT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, TOUCAN Laboratoire d'Excellence Toulouse Cancer, Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: Gene isoform, Cell signaling, [PHYS.PHYS.PHYS-BIO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Biological Physics [physics.bio-ph], [SDV.CAN]Life Sciences [q-bio]/Cancer, Oncogenicity, Biology, PI3K, Mechanotransduction, Cellular, Biochemistry, shear stress, Phosphatidylinositol 3-Kinases, 03 medical and health sciences, chemistry.chemical_compound, 0302 clinical medicine, cell signaling, Animals, Phosphatidylinositol, Mechanotransduction, Molecular Biology, PI3K/AKT/mTOR pathway, mechanotransduction, 030304 developmental biology, Mammals, 0303 health sciences, tension, compression, chemistry, Phosphatidylinositol 3-Kinase, Neuroscience, 030217 neurology & neurosurgery, Intracellular, Signal Transduction
Abstract: International audience; Mammalian cells integrate different types of stimuli that govern their fate. These stimuli encompass biochemical as well as biomechanical cues (shear, tensile, and compressive stresses) that are usually studied separately. The phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) enzymes, producing signaling phosphoinositides at plasma and intracellular membranes, are key in intracellular signaling and vesicular trafficking pathways. Recent evidence in cancer research demonstrates that these enzymes are essential in mechanotransduction. Despite this, the importance of the integration of biomechanical cues and PI3K-driven biochemical signals is underestimated. In this opinion article, we make the hypothesis that modeling of biomechanical cues is critical to understand PI3K oncogenicity. We also identify known/missing knowledge in terms of isoform specificity and molecular pathways of activation, knowledge that is needed for clinical applications.
Published: 2021

24. Digital participation of left-wing activists in Brazil: cultural events as a cement to mobilization and networked protest

Author: Guillaume Cabanac, Arthur Coelho Bezerra, Angelina Peralva, Pierre Ratinaud, Julien Figeac, Tristan Salord, Héloïse Prévost, Nathalie Paton, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Laboratoire Interdisciplinaire Solidarités, Sociétés, Territoires (LISST), École des hautes études en sciences sociales (EHESS)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure de Formation de l'Enseignement Agricole de Toulouse-Auzeville (ENSFEA), École des hautes études en sciences sociales (EHESS), Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Recherche d’Information et Synthèse d’Information (IRIT-IRIS), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Laboratoire d'Etudes et de Recherches Appliquées en Sciences Sociales (LERASS), Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, ANR-16-CE26-0014,LiSTIC,Liens socionumériques et Technologies (mobiles) de l'Information et de la Communication(2016), and ANR-11-LABX-0066,SMS/SSW,Structurations des mondes sociaux(2011)
Subjects: [SHS.SOCIO]Humanities and Social Sciences/Sociology, Mobilization, social media, Materials Science (miscellaneous), digital politics, 16. Peace & justice, General Business, Management and Accounting, Industrial and Manufacturing Engineering, [SHS]Humanities and Social Sciences, activism, Politics, social movements, [INFO.INFO-CY]Computer Science [cs]/Computers and Society [cs.CY], Political science, Political economy, [INFO]Computer Science [cs], Social media, repositories of action politics, Left-wing politics, Business and International Management, General Agricultural and Biological Sciences, political participation, Social movement
Abstract: International audience; This research explores how Brazilian activist groups participate in Facebook to coordinate their social struggles, based on a lexical analysis of publications on 529 pages, published between 2013 and 2017. These groups set up two main repertoires of action by mobilizing Facebook as an arena for challenging political action and a tool for coordinating their mobilizations. This research shows more specifically that artistic expression and the agenda of cultural events are central to these digital action repositories. Publications and conversations related to culture punctuate the ordinary exchange of information between activists, especially during the lulls of social struggles. They structure activist networks on a medium-term basis and contribute to the coordination of social movements by creating the conditions for occasional gatherings, transversal to different types of activism and to various social struggles.; Esta pesquisa explora como grupos ativistas brasileiros participam do Facebook para coordenar suas lutas sociais, a partir de uma análise lexical de publicações em 529 páginas, publicadas entre 2013 e 2017. Esses grupos configuram dois repertórios principais de ação ao mobilizar o Facebook como uma arena paradesafiar açõespolíticase como um instrumento de coordenação de suas mobilizações. Mais especificamente, a pesquisa mostraque a expressão artística e a agenda de eventos culturais são centrais para esses repositórios de ação digital. Publicações e conversas relacionadas à cultura pontuam a troca comum de informações entre ativistas, especialmente durante os períodos de menor mobilização no âmbito do ativismo.Eles estruturam redes de ativistas a médio prazo e contribuem para a coordenação dos movimentos sociais, criando as condições para encontros pontuais, transversais aos diferentes tipos de ativismo e para asvárias lutas sociais.
Published: 2021

25. Segmental contribution to whole-body angular momentum during stepping in healthy young and old adults

Author: Nicolas A. Turpin, Angélique Lesport, Teddy Caderby, Jérémie Begue, Bruno Watier, Nicolas Peyrot, Georges Dalleau, Ingénierie, Recherche et Intervention, Sport Santé et Environnement (IRISSE), Université de La Réunion (UR), Motricité, interactions, performance EA 4334 / Movement - Interactions - Performance (MIP), Université de Nantes - UFR des Sciences et Techniques des Activités Physiques et Sportives (UFR STAPS), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre hospitalier universitaire de Nantes (CHU Nantes)-Le Mans Université (UM), Équipe Mouvement des Systèmes Anthropomorphes (LAAS-GEPETTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Le Mans Université (UM)-Centre hospitalier universitaire de Nantes (CHU Nantes)-Université de Nantes - UFR des Sciences et Techniques des Activités Physiques et Sportives (UFR STAPS), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: Male, medicine.medical_specialty, Angular momentum, Aging, Science, H control, 030209 endocrinology & metabolism, Kinematics, Walking, Article, 03 medical and health sciences, Young Adult, 0302 clinical medicine, Physical medicine and rehabilitation, medicine, Humans, [PHYS.MECA.BIOM]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Biomechanics [physics.med-ph], Postural Balance, Balance (ability), Mathematics, Aged, Leg, Multidisciplinary, Health care, Torso, Middle Aged, Trunk, Sagittal plane, Biomechanical Phenomena, medicine.anatomical_structure, Risk factors, Arm, Medicine, Female, Rotational dynamics, Whole body, Biomedical engineering, 030217 neurology & neurosurgery
Abstract: Recent evidence suggests that during volitional stepping older adults control whole-body angular momentum (H) less effectively than younger adults, which may impose a greater challenge for balance control during this task in the elderly. This study investigated the influence of aging on the segment angular momenta and their contributions to H during stepping. Eighteen old and 15 young healthy adults were instructed to perform a series of stepping at two speed conditions: preferred and as fast as possible. Full-body kinematics were recorded to compute angular momenta of the trunk, arms and legs and their contributions to total absolute H on the entire stepping movement. Results indicated that older adults exhibited larger angular momenta of the trunk and legs in the sagittal plane, which contributed to a higher sagittal plane H range during stepping compared to young adults. Results also revealed that older adults had a greater trunk contribution and lower leg contribution to total absolute H in the sagittal plane compared to young adults, even though there was no difference in the other two planes. These results stress that age-related changes in H control during stepping arise as a result of changes in trunk and leg rotational dynamics.
Published: 2021

26. Low Latency Demodulation for High-Frequency Atomic Force Microscopy Probes

Author: Lucien Schwab, Denis Lagrange, Bernard Legrand, Nicolas Mauran, Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Agence nationale de la recherche scientifique, Délégation Générale de l'Armement, ANR-14-CE26-0019,OLYMPIA,Sondes opto-mécaniques pour la microscopie AFM rapide(2014), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Subjects: 0209 industrial biotechnology, atomic force microscopy, Materials science, business.industry, Oscillation, Amplifier, Bandwidth (signal processing), Phase (waves), field-programmable gate array (FPGA) implementations, 02 engineering and technology, Signal, [SPI.TRON]Engineering Sciences [physics]/Electronics, low latency, 020901 industrial engineering & automation, Optics, Amplitude, Sine wave, Control and Systems Engineering, amplitude and phase demodulation, Demodulation, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Electrical and Electronic Engineering, business, [SPI.SIGNAL]Engineering Sciences [physics]/Signal and Image processing
Abstract: International audience; One prerequisite for high-speed imaging in dynamic-mode atomic force microscopy (AFM) is the fast demod-ulation of the probe signal. In this contribution, we present the amplitude and phase estimation method based on the acquisition of four points per oscillation, with the sampling frequency being phase-locked on the probe actuation. The method is implemented on a RedPitaya platform, with its clock being generated from the actuation signal of the probe. Experimental characterizations using square-modulated sine waves show that latency of 500 ns is achieved with a carrier frequency of 10 MHz, which is ten times faster compared with a state-of-the-art lock-in amplifier. A tracking bandwidth greater than 200 kHz is obtained experimentally. The method is eventually applied to a close-loop AFM scan realized using a 15-MHz AFM probe, showing its suitability for high-frequency oscillating probes. Index Terms-Amplitude and phase demodulation, atomic force microscopy (AFM), field-programmable gate array (FPGA) implementation.
Published: 2021

27. On the Stability of Redundancy Models

Author: Elene Anton, Matthieu Jonckheere, Urtzi Ayesta, Ina Maria Verloop, Réseaux, Mobiles, Embarqués, Sans fil, Satellites (IRIT-RMESS), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Ikerbasque - Basque Foundation for Science, University of the Basque Country/Euskal Herriko Unibertsitatea (UPV/EHU), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Instituto de Cálculo [Buenos Aires], Facultad de Ciencias Exactas y Naturales [Buenos Aires] (FCEyN), and Universidad de Buenos Aires [Buenos Aires] (UBA)-Universidad de Buenos Aires [Buenos Aires] (UBA)
Subjects: Mathematical optimization, Stochastic modelling, Computer science, Probability (math.PR), Stability (learning theory), 020206 networking & telecommunications, 02 engineering and technology, Management Science and Operations Research, Load balancing (computing), 01 natural sciences, Computer Science Applications, [MATH.MATH-PR]Mathematics [math]/Probability [math.PR], 010104 statistics & probability, FOS: Mathematics, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Redundancy (engineering), 0101 mathematics, Mathematics - Probability
Abstract: We investigate the stability condition of redundancy-$d$ multi-server systems. Each server has its own queue and implements popular scheduling disciplines such as First-Come-First-Serve (FCFS), Processor Sharing (PS), and Random Order of Service (ROS). New jobs arrive according to a Poisson process and copies of each job are sent to $d$ servers chosen uniformly at random. The service times of jobs are assumed to be exponentially distributed. A job departs as soon as one of its copies finishes service. Under the assumption that all $d$ copies are i.i.d., we show that for PS and ROS (for FCFS it is already known) sending redundant copies does not reduce the stability region. Under the assumption that the $d$ copies are identical, we show that (i) ROS does not reduce the stability region, (ii) FCFS reduces the stability region, which can be characterized through an associated saturated system, and (iii) PS severely reduces the stability region, which coincides with the system where all copies have to be \emph{fully} served. The proofs are based on careful characterizations of scaling limits of the underlying stochastic process. Through simulations we obtain interesting insights on the system's performance for non-exponential service time distributions and heterogeneous server speeds., 38 pages, 21 figures
Published: 2021

28. Un schéma efficace de dissémination des informations urgentes pour les réseaux véhiculaires émergents

Author: Chakroun, Raoua, Équipe Services et Architectures pour Réseaux Avancés (LAAS-SARA), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), INSA de Toulouse, Thierry Villemur, Slim Abdellatif, Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Thierry VILLEMUR, and Slim ABDELLATIF
Subjects: Sdn, Road safety application, Application de sécurité routière, [INFO.INFO-NI]Computer Science [cs]/Networking and Internet Architecture [cs.NI], Système de transport intelligent (ITS), Dissémination, Vehicular network, Machine Learning (ML), Machine learning, Réseaux véhiculaires, Intelligent transport system (ITS), Dissemination
Abstract: The connected vehicle applications and technologies envisaged for Intelligent Transport Systems (ITS) must be able to meet various needs. In particular, they assist drivers in anticipating potential accidents and help users and operators of the transportation system make intelligent, economical, and environmentally friendly choices, thereby reducing travel delays, decreasing traffic congestion, and providing safety and entertainment services to people on the road.Vehicular Ad hoc NETwork (VANET) supports communication requirements for connected vehicle applications, combining different access technologies and network architectures. Two leading VANET technologies are currently encountered: vehicles can connect according to the Vehicle-to-Vehicle (V2V) scheme or connect to the infrastructure according to the Vehicle-to-Infrastructure (V2I) scheme.Among the set of usable communication services, we focused on those required by safety applications such as cooperative awareness (e.g., emergency vehicle warning, accident alert, etc.) because these services require effective, lossless broadcast and dissemination of alert messages with sufficient coverage.In VANETs, alert message dissemination was performed by blindly inviting vehicles to rebroadcast alert messages. However, this inefficient flooding causes massive unnecessary retransmissions and collisions, wastes bandwidth, increases broadcast delay, and ultimately reduces packet delivery rate. In response to this problem, various approaches to coordinating the dissemination of emergency messages have been proposed to mitigate the broadcast storm problem and its undesirable effects.Our thesis work is part of this context. We develop a new location-based alert message dissemination procedure for future vehicular networks, which mainly exploits V2I links to widely disseminate alert messages and continues with V2V rebroadcasts based on a relay selection technique. Three contributions are proposed.The first defines our new procedure for disseminating alert messages. This procedure is based on the definition of rebroadcast zones, where relay vehicles are selected according to their location to rebroadcast the message.The second contribution improves the previous by refining and optimizing the relay placement computation. We develop an approach based on reinforcement learning. This approach can adjust the optimal placement of the relay points/areas where vehicles can relay the message to reach vehicles driving in areas that suffer from poor/no network coverage (grey areas) and thus lead to the most optimal information coverage possible.The third contribution proposes a link quality estimation service based on Machine Learning techniques. This service aims at providing a potential vision of the future state of the network, allowing network control functions to update relay points as needed to ensure better information coverage.; Les applications et les technologies des véhicules connectés envisagées dans le cadre des Systèmes de Transport intelligent (ITS) doivent pouvoir répondre à une grande variété de besoins. En particulier, elles assistent les conducteurs pour anticiper les accidents potentiels et elles aident les utilisateurs et les opérateurs du système de transport à effectuer des choix intelligents, économiques voire écologiques, réduisant ainsi les retards de voyage, diminuant les embouteillages, et fournissant des services de sécurité et de divertissement aux personnes sur la route.Les besoins en communication nécessaires aux applications liées aux véhicules connectés sont supportés par des réseaux véhiculaires Vehicular Ad hoc NETwork (VANET), qui combinent différentes technologies d'accès et d’architectures réseau. Deux principaux types de technologies VANET sont actuellement rencontrés : les véhicules peuvent actuellement se connecter les uns aux autres selon le schéma Véhicule-à-Véhicule (V2V) ou bien se connecter à l'infrastructure selon le schéma Véhicule-à-Infrastructure (V2I).Parmi l’ensemble des services de communication utilisables, nous nous sommes focalisés sur ceux requis par les applications de sécurité telles que la sensibilisation coopérative (par exemple, avertissement de véhicule d'urgence, alerte en cas d'accident, etc.) car ces services nécessitent des besoins de diffusion et de dissémination de messages d’alerte efficaces, sans perte et avec une couverture suffisamment importante.A l’origine, dans les réseaux VANET, la dissémination des messages d'alerte était effectuée en invitant les véhicules à rediffuser à l’aveugle les messages d'alerte. Cependant, cette inondation inefficace provoque une quantité massive de retransmissions et de collisions inutiles, gaspille la bande passante, augmente le délai de diffusion et réduit au final le taux de livraison des paquets. Face à ce problème, diverses approches coordonnant la dissémination de messages d'urgence ont été proposées afin d'atténuer le problème de la tempête de diffusion et ses effets indésirables.Notre travail de thèse s’inscrit dans ce cadre. Nous développons une nouvelle procédure de dissémination des messages d’alerte basée sur la localisation pour les futurs réseaux véhiculaires, qui exploite principalement les liens V2I pour diffuser largement les messages d'alerte et qui se poursuit par des rediffusions V2V basées sur une technique de sélection de relais. Trois contributions sont développées.La première définit notre nouvelle procédure de dissémination des messages d’alerte. Cette procédure se base sur la définition de zones de diffusion. Dans chaque zone, notre algorithme se charge d’élire un véhicule relai en fonction de sa localisation, relai qui sera chargé de la rediffusion.La seconde contribution améliore la précédente en affinant le calcul du placement des relais et en le rendant plus dynamique. Nous développons une approche basée sur l’apprentissage par renforcement. Cette approche est capable d’ajuster le placement optimal des points/zones de rediffusion où les véhicules peuvent relayer le message afin d’atteindre les véhicules roulant dans des zones qui souffrent d’une mauvaise/absence de couverture réseau (zones grises) et donc conduire à une couverture d’information le plus optimale possible.La troisième contribution propose un service d’estimation de la qualité de liens basé sur des techniques d’apprentissage automatique (Machine Learning). Ce service vise à offrir une vision potentielle de l’état futur du réseau, ce qui permet aux fonctions de contrôle réseau de mettre à jour au besoin les points relais afin d’assurer une meilleure couverture d’information.
Published: 2022

29. Introducing Force Feedback in Model Predictive Control

Author: Kleff, Sébastien, Dantec, Ewen, Saurel, Guilhem, Mansard, Nicolas, Righetti, Ludovic, NYU Tandon School of Engineering, Équipe Mouvement des Systèmes Anthropomorphes (LAAS-GEPETTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Service Informatique : Développement, Exploitation et Assistance (LAAS-IDEA), Max Planck Institute for Intelligent Systems [Tübingen], Max-Planck-Gesellschaft, ANR-19-P3IA-0004,ANITI,Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute(2019), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: [INFO.INFO-RB]Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO], [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC]
Abstract: International audience; In the literature about model predictive control (MPC), contact forces are planned rather than controlled. In this paper, we propose a novel paradigm to incorporate effort measurements into a predictive controller, hence allowing to control them by direct measurement feedback. We first demonstrate why the classical optimal control formulation, based on position and velocity state feedback, cannot handle direct feedback on force information. Following previous approaches in force control, we then propose to augment the classical formulations with a model of the robot actuation, which naturally allows to generate online trajectories that adapt to sensed position, velocity and torques. We propose a complete implementation of this idea on the upper part of a real humanoid robot, and show through hardware experiments that this new formulation incorporating effort feedback outperforms classical MPC in challenging tasks where physical interaction with the environment is crucial.
Published: 2022

30. LoRaSync: energy efficient synchronization for scalable LoRaWAN

Author: Chasserat, Laurent, Accettura, Nicola, Berthou, Pascal, Équipe Services et Architectures pour Réseaux Avancés (LAAS-SARA), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Chasserat, Laurent, Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Subjects: Ad-Hoc Networks, IoT, [INFO.INFO-NI]Computer Science [cs]/Networking and Internet Architecture [cs.NI], [INFO.INFO-NI] Computer Science [cs]/Networking and Internet Architecture [cs.NI], Energy Efficiency, LPWAN, MAC Protocols, Scalability, Machine-to-Machine Communications, LoRaWAN
Abstract: International audience; Low-Power Wide-Area Networks (LPWAN) connect a large number of battery-powered wireless devices over long distances. Among them, Long Range Wide Area Networks (LoRaWAN) implement a Pure ALOHA medium access scheme to save device energy by minimizing the radio usage. However, frame collisions restrain the network scalability when the traffic load increases. In this context, synchronization is used to exploit the available bandwidth more efficiently by controlling the timing of frame transmissions and reducing the collision probability. Remarkably, the network throughput is increased at the cost of an extra energy demand due to the inherent overhead. In that, the entailed network scenario is still supposed to address low power applications. This paper timely presents LoRaSync, an energyefficient synchronization scheme designed for LoRa networks of any size. An accurate clock drift model was established based on measurements made on real cheap devices, and leveraged to support the design of LoRaSync. Our mechanism has been used to evaluate the same ALOHA-based random access but on a timeslotted basis, thus increasing the maximum achievable throughput compared to the legacy access. Throughput and energy efficiency models are established to evaluate the performances of a LoRaSync-operated network. These models are validated with a simulation environment mimicking large-scale deployments, and then used to determine the most energy efficient slot size for any traffic load. As a final proof of concept, LoRaSync has been implemented and tested on a LoRa testbed to demonstrate the feasibility of our solution on real hardware.
Published: 2022

31. Multifractal anomaly detection in images via space-scale surrogates

Author: Wendt, Herwig, Leon Arencibia, Lorena, Tourneret, Jean-Yves, Abry, Patrice, CoMputational imagINg anD viSion (IRIT-MINDS), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Laboratoire de Physique de l'ENS Lyon (Phys-ENS), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-18-CE45-0007,MUTATION,Analyse multifractale multidimensionnelle : Théorie et applications en imagerie échographique du cancer de pancréas(2018), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Subjects: surrogate data, [INFO.INFO-TS]Computer Science [cs]/Signal and Image Processing, wavelet leaders, multifractal analysis, [INFO]Computer Science [cs], log-cumulants, anomaly detection
Abstract: International audience; Multifractal analysis provides a global description for the spatial fluctuations of the strengths of the pointwise regularity of image amplitudes. A global image characterization leads to robust estimation, but is blind to and corrupted by small regions in the image whose multifractality differs from that of the rest of the image. Prior detection of such zones with anomalous multifractality is thus crucial for relevant analysis, and their delineation of central interest in applications, yet has never been achieved so far. The goal of this work is to devise and study such a multifractal anomaly detection scheme. Our approach combines three original key ingredients: i) a recently proposed generic model for the statistics of the multiresolution coefficients used in multifractal estimation (wavelet leaders), ii) an original surrogate data generation procedure for simulating a hypothesized global multifractality and iii) a combination of multiple hypothesis tests to achieve pixel-wise detection. Numerical simulations using synthetic multifractal images show that our procedure is operational and leads to good multifractal anomaly detection results for a range of target sizes and parameter values of practical relevance.
Published: 2022

32. ProxNLP: a primal-dual augmented Lagrangian solver for nonlinear programming in Robotics and beyond

Author: Wilson Jallet, Antoine Bambade, Nicolas Mansard, Justin Carpentier, Models of visual object recognition and scene understanding (WILLOW), Département d'informatique - ENS Paris (DI-ENS), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria de Paris, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Équipe Mouvement des Systèmes Anthropomorphes (LAAS-GEPETTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), École des Ponts ParisTech (ENPC), HPC GENCI-IDRIS (subvention AD011011342), Grant AD011011342, ANR-19-P3IA-0001,PRAIRIE,PaRis Artificial Intelligence Research InstitutE(2019), ANR-19-P3IA-0004,ANITI,Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute(2019), European Project: 780684,H2020,MEMMO(2018), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Subjects: FOS: Computer and information sciences, Computer Science::Robotics, Computer Science - Robotics, [INFO.INFO-RB]Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO], Robotics (cs.RO)
Abstract: Mathematical optimization is the workhorse behind several aspects of modern robotics and control. In these applications, the focus is on constrained optimization, and the ability to work on manifolds (such as the classical matrix Lie groups), along with a specific requirement for robustness and speed. In recent years, augmented Lagrangian methods have seen a resurgence due to their robustness and flexibility, their connections to (inexact) proximal-point methods, and their interoperability with Newton or semismooth Newton methods. In the sequel, we present primal-dual augmented Lagrangian method for inequality-constrained problems on manifolds, which we introduced in our recent work, as well as an efficient C++ implementation suitable for use in robotics applications and beyond., Workshop paper at the 6th Legged Robots Workshop, at the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) 2022
Published: 2022

33. Sliced-Wasserstein normalizing flows: beyond maximum likelihood training

Author: Coeurdoux, Florentin, Dobigeon, Nicolas, Chainais, Pierre, Signal et Communications (IRIT-SC), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Institut Universitaire de France (IUF), Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.), Centre de Recherche en Informatique, Signal et Automatique de Lille - UMR 9189 (CRIStAL), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-19-P3IA-0004,ANITI,Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute(2019), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Subjects: FOS: Computer and information sciences, Computer Science - Machine Learning, Artificial Intelligence (cs.AI), [STAT.ML]Statistics [stat]/Machine Learning [stat.ML], [INFO.INFO-LG]Computer Science [cs]/Machine Learning [cs.LG], Statistics - Machine Learning, Computer Science - Artificial Intelligence, Machine Learning (stat.ML), [INFO.INFO-NE]Computer Science [cs]/Neural and Evolutionary Computing [cs.NE], Machine Learning (cs.LG), [INFO.INFO-AI]Computer Science [cs]/Artificial Intelligence [cs.AI]
Abstract: European Symposium on Artificial Neural Networks, Computational Intelligence and Machine Learning; International audience; Despite their advantages, normalizing flows generally suffer from several shortcomings including their tendency to generate unrealistic data (e.g., images) and their failing to detect out-of-distribution data. One reason for these deficiencies lies in the training strategy which traditionally exploits a maximum likelihood principle only. This paper proposes a new training paradigm based on a hybrid objective function combining the maximum likelihood principle (MLE) and a sliced-Wasserstein distance. Results obtained on synthetic toy examples and real image data sets show better generative abilities in terms of both likelihood and visual aspects of the generated samples. Reciprocally, the proposed approach leads to a lower likelihood of out-of-distribution data, demonstrating a greater data fidelity of the resulting flows.
Published: 2022

34. Robots and Resentment: Commitments, recognition and social motivation in HRI

Author: Pacherie, Elisabeth, Fernández Castro, Víctor, Institut Jean-Nicod (IJN), Département d'Etudes Cognitives - ENS Paris (DEC), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École des hautes études en sciences sociales (EHESS)-Collège de France (CdF (institution))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département de Philosophie - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Équipe Robotique et InteractionS (LAAS-RIS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Springer, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Pacherie, Elisabeth, and ANR-17-EURE-0017,FrontCog,Frontières en cognition(2017)
Subjects: [SCCO]Cognitive science, [SHS.PHIL.ETHICS]Humanities and Social Sciences/Philosophy/domain_shs.phil.ethics, [SCCO.PSYEMO]Cognitive science/domain_scco.psyemo, [SHS.PHIL.ACTION]Humanities and Social Sciences/Philosophy/domain_shs.phil.action, [SCCO] Cognitive science, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: International audience
Published: 2022

35. Suboptimal Filtering over Sensor Networks with Random Communication

Author: Aneel Tanwani, Équipe Méthodes et Algorithmes en Commande (LAAS-MAC), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-20-JSTM-0001,CyphAI,Méthodes formelles pour l'analysis et le développement de systèmes cyber-physiques intégrant l'intelligence artificielle(2020), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Subjects: 020301 aerospace & aeronautics, 0209 industrial biotechnology, Matrix differential equation, Covariance matrix, Computer science, Node (networking), [MATH.MATH-DS]Mathematics [math]/Dynamical Systems [math.DS], MathematicsofComputing_NUMERICALANALYSIS, 02 engineering and technology, Covariance, Computer Science Applications, Matrix (mathematics), Filter design, 020901 industrial engineering & automation, 0203 mechanical engineering, Control and Systems Engineering, Sensor node, [INFO.INFO-AU]Computer Science [cs]/Automatic Control Engineering, [INFO.INFO-SY]Computer Science [cs]/Systems and Control [cs.SY], [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], Electrical and Electronic Engineering, Algorithm, Wireless sensor network
Abstract: International audience; The problem of filter design is considered for linear stochastic systems using distributed sensors. Each sensor unit, represented by a node in an an undirected and connected graph, collects some information about the state and communicates its own estimate with the neighbors. It is stipulated that this communication between sensor nodes is time-sampled randomly and the sampling process is assumed to be a Poisson counter. Our proposed filtering algorithm for each sensor node is a stochastic hybrid system: It comprises a continuous-time differential equation, and at random time instants when communication takes place, each sensor node updates its state estimate based on the information received by its neighbors. In this setting, we compute the expectation of the error covariance matrix for each unit which is governed by a matrix differential equation. To study the asymptotic behavior of these covariance matrices, we show that if the gain matrices are appropriately chosen and the mean sampling rate is large enough, then the error covariances practically converge to a constant matrix.
Published: 2022

36. Table Handling Task in Collaboration with a Human and a Humanoid Robot

Author: Maroger, Isabelle, Équipe Mouvement des Systèmes Anthropomorphes (LAAS-GEPETTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), INSA de Toulouse, Bruno Watier, Olivier Stasse, STAR, ABES, Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, INSA Toulouse, Bruno WATIER, Olivier STASSE (co-directeur), and ANR-18-CE10-0003,CoBot,Collaborative Robot(2018)
Subjects: Interaction, Biomécanique, [INFO.INFO-RB] Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO], Human locomotion, Locomotion humaine, Load transport, Human-Robot locomotion, Homme-robot, Humanoid robotics, Robotique humanoïde, Robotics Humanoid, Carriage task, [INFO.INFO-RB]Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO], Biomechanics, Interaction homme-Robot, Human-robot interaction, Transport de charge
Abstract: To improve human-robot collaborations, more and more researches focus on the study of human behaviour. It is in this context of growing relationships between robotics and biomechanics that theCollaBorative roBot (CoBot) project has emerged. Funded by the French Agence Nationale de la Recherche (ANR), this project (ANR-CoBot) targets a human-humanoid robot collaboration in the context of a load-carriage task. During this collaboration, the robot is aimed to safely and pro-actively assist its human partner to handle a load. The idea of the ANR-CoBot project is, first, to understand the mechanisms at stake during a human-human collaboration and, then, to model and simulate them to finally implement them on a humanoid robot TALOS from PAL Robotics to perform the same task with a human partner.As part of this project, my PhD deals with the transition from the modelling of the human behaviourto the integration of this model in a humanoid robot. The final goal of this thesis is to perform a pro-active human-robot interaction to carry a table. From a biomechanics point of view, my thesis aims to better understand human locomotion in order to enable the robot to anticipate its partner’s behaviour. To achieve this goal, experiments were performed to measure Center of Mass (CoM) human trajectories, first during simple locomotion and then during carriage task. Then, models based on optimal control problems were designed to generate human-like trajectories or even predict them. This prediction may improve the human-robot interactions making the robot acting pro-actively. Then, from a robotics point of view, to achieve a collaborative carriage task, five matters need to be handled:• Localization: the robot needs to locate the table and its human partner in order to interactwith them.• Walk generation: the robot needs to walk toward the table at the beginning of theexperiment and also needs to walk with the table towards an unknown location chosenby its human partner.• Whole-body control: the robot needs to lift the table and handle it while walking.• Balance: the robot should not fall during the experiment.• Safety: the robot should not harm its human partner.Among those matters, my thesis mainly focuses on the walk generation. The other topics are handled by other members of the Gepetto team in LAAS-CNRS. One major contribution of my thesis is to embed the prediction trajectory model into the robot walking pattern generator. This aims to improve the human-robot interaction for two main reasons. First, it may allow the robot to be more reactive by anticipating its partner motions and, then, it may make the interaction less disturbing and more natural for the human as the robot may act in a human-like manner., Ma thèse est financée par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) à travers le projet intitulé ANR-CoBot. Ce projet pluri-disciplinaire a pour but d’étudier les interactions entre 2 individus lors d’un transport de charges collaboratif et de réaliser une collaboration homme-robot pour transporter une charge. Dans le cadre de ce projet, ma thèse s’intéresse spécifiquement à la réalisation d’un transport de table en collaboration entre un humain et un robot de type TALOS produit par l’entreprise PAL Robotics.Lorsqu’on s’intéresse à une telle interaction homme-robot, les deux principaux enjeux à relever sont les suivants : comprendre le comportement de l’humain, d’une part, et contrôler le robot pour qu’il puisse adapter ses actions à celles de son partenaire humain d’autre part. Le premier enjeu est d’ordre biomécanique, tandis que le second est d’ordre robotique. Ma thèse allie donc ces deux disciplines. En biomécanique, mon travail s’est focalisé sur l’étude des trajectoires de Centre de Masse (CdM) d’individus marchant seuls sans contraintes puis marchant en transportant une table en binôme. Le but de cette étude est de modéliser ces trajectoires de marche avec un problème de contrôle optimal afin de pouvoir prédire où va un individu à partir de sa trajectoire passée. Cette information est nécessaire pour réaliser une interaction homme-robot fluide où le robot arrive à anticiper le comportement de son partenaire lors du transport, comme le ferait un être humain. En robotique, cinq aspects sont à maîtriser afin de réaliser un transport de charge :• La localisation: le robot doit pouvoir « voir » la table et son partenaire pour pouvoir interagir avec eux.• La génération de la marche : le robot doit pouvoir marcher jusqu’à l’endroit où l’humain veut amener la table, endroit qui est a priori inconnu au robot.• Le contrôle corps-complet : le robot doit pouvoir soulever la table et marcher en la tenant.• La stabilisation : le robot doit pouvoir réaliser tous ces mouvements sans perdre l’équilibre.• La sécurité : le robot ne doit pas mettre en danger l’intégrité physique de son partenaire humain.Parmi ces différents aspects, ma thèse se focalise sur la génération de la marche tandis que les autres points font l’objet de travail d’autres gens au sein de l’équipe Gepetto du LAAS-CNRS. Lors d’une interaction homme-robot, la génération des trajectoires du CdM du robot et de ses pieds doit être rapide et doit prend en compte les mouvements de l’humain en temps réel. Ainsi, ma principale contribution au générateur de marche du robot, lors de ma thèse, a été de le coupler au modèle de prédiction des trajectoires humaines.
Published: 2022

37. A DISINTEGRATION OF THE CHRISTOFFEL FUNCTION

Author: Lasserre, Jean-Bernard, Institut de Mathématiques de Toulouse UMR5219 (IMT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Equipe Polynomial OPtimization (LAAS-POP), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, ANR-19-P3IA-0004,ANITI,Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute(2019), ANR-20-CE48-0014,NuSCAP,Sûreté numérique pour les preuves assistées par ordinateur(2020), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: Optimization and Control (math.OC), General Mathematics, Christoffel function, FOS: Mathematics, [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], disintegration of measures, Mathematics - Optimization and Control, sum of squares polynomials
Abstract: to appear in CR. Acad. Sci. Paris; We show that the Christoffel function (CF) factorizes (or can be disintegrated) as the product of two Christoffel functions, one associated with the marginal and the another related to the conditional distribution, in the spirit of "the CF of the disintegration is the disintegration of the CFs". In the proof one uses an apparently overlooked property (but interesting in its own) which states that any sum-of-squares polynomial is the Christoffel function of some linear form (with a representing measure in the univariate case). The same is true for the convex cone of polynomials that are positive on a basic semi-algebraic set. This interpretation of the CF establishes another bridge between polynomials optimization and orthogonal polynomials.
Published: 2022

38. Optimisation polynomiale effective via des certificats de positivité avec ou sans dénominateurs

Author: Mai, Ngoc Hoang Anh, Equipe Polynomial OPtimization (LAAS-POP), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Université Paul Sabatier - Toulouse III, Victor Magron, Jean-Bernard Lasserre, Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, UT3 : Université Toulouse 3 Paul Sabatier, Victor MAGRON, and Jean-Bernard LASSERRE (co-encadrant)
Subjects: Putinar-Vasilescu's Positivstellensatz, Hiérarchies moment/sommes-de-carrés, Taux de convergence, Polynomial optimization, Positivstellensatz de Polya, Putinar's Positivstellensatz, Programmation semidéfinie, constant trace property, Propriété de la trace constante, Positivstellensatz de Putinar, Polya's Positivstellensatz, Hiérarchie Moment-SOS, Reznick's Positivstellensatz, correlative and term sparsity, convergence rate, Positivstellensatz de Reznick, Programmation semi-définie, [INFO.INFO-AU]Computer Science [cs]/Automatic Control Engineering, Positivstellensatz de Putinar-Vasilescu, Optimisation polynomiale, Sparsité corrélative et termique, Semidefinite programming, [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], Moment-SOS hierarchy, Moment/sums-of-squares hierarchy
Abstract: National audience; Positivity certificates or Positivstellens"atze provide representations of polynomials positive on basic semialgebraic sets, i.e., sets defined by finitely many polynomial inequalities. The famous Putinar's Positivstellensatz states that every positive polynomial on a basic closed semialgebraic set dollarSdollar can be written as a linear weighted combination of the polynomials describing dollarSdollar, under a certain condition on dollarSdollar slightly stronger than compactness. When written in this it becomes obvious that the polynomial is positive on dollarSdollar, and therefore this alternative description provides a certificate of positivity on dollarSdollar. Moreover, as the polynomial weights involved in Putinar's Positivstellensatz are sums of squares (SOS), such Positivity certificates enable to design convex relaxations based on semidefinite programming to solve polynomial optimization problems (POPs) that arise in various real-life applications, e.g., in management of energy networks and machine learning to cite a few. Originally developed by Lasserre, the hierarchy of semidefinite relaxations based on Putinar's Positivstellensatz is called the emph{Moment-SOS hierarchy}. In this thesis, we provide polynomial optimization methods based on positivity certificates involving specific SOS weights, without or with denominators.; Les certificats de positivité ou Positivstellens"atze fournissent des représentations de polynômes positifs sur des ensembles semialgébriques de basiques, c'est-à-dire des ensembles définis par un nombre fini d'inégalités polynomiales. Le célèbre Positivstellensatz de Putinar stipule que tout polynôme positif sur un ensemble semialgébrique basique fermé dollarSdollar peut être écrit comme une combinaison pondérée linéaire des polynômes décrivant dollarSdollar, sous une certaine condition sur dollarSdollar légèrement plus forte que la compacité. Lorsqu'il est écrit comme ceci, il devient évident que le polynôme est positif sur dollarSdollar, et donc cette description alternative fournit un certificat de positivité sur dollarSdollar. De plus, comme les poids polynomiaux impliqués dans le Positivstellensatz de Putinar sont des sommes de carrés (SOS), de tels certificats de positivité permettent de concevoir des relaxations convexes basées sur la programmation semidéfinie pour résoudre des problèmes d'optimisation polynomiale (POP) qui surviennent dans diverses applications réelles, par exemple dans la gestion des réseaux d'énergie et l'apprentissage automatique pour n'en citer que quelques unes. Développée à l'origine par Lasserre, la hiérarchie des relaxations semidéfinies basée sur le Positivstellensatz de Putinar est appelée la emph{hiérarchie Moment-SOS}. Dans cette thèse, nous proposons des méthodes d'optimisation polynomiale basées sur des certificats de positivité impliquant des poids SOS spécifiques, sans ou avec dénominateurs.
Published: 2022

39. A Supervised Formulation of Reinforcement Learning: with super linear convergence properties

Author: Parag, Amit, Mansard, Nicolas, Université de Toulouse (UT), Équipe Mouvement des Systèmes Anthropomorphes (LAAS-GEPETTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), ANR-19-P3IA-0004,ANITI,Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute(2019), Parag, Amit, Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute - - ANITI2019 - ANR-19-P3IA-0004 - P3IA - VALID, Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Subjects: [INFO.INFO-LG]Computer Science [cs]/Machine Learning [cs.LG], [INFO.INFO-RB] Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO], [INFO.INFO-RB]Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO], [INFO.INFO-LG] Computer Science [cs]/Machine Learning [cs.LG]
Abstract: Deep reinforcement learning uses simulators as abstract oracles to interact with the environment. In continuous domains of multi body robotic systems, differentiable simulators have recently been proposed but are yet under utilized, even though we have the knowledge to make them produce richer information. This problem when juxtaposed with the usually high computational cost of exploration-exploitation in high dimensional state space can quickly render reinforcement learning algorithms impractical. In this paper, we propose to combine learning and simulators such that the quality of both increases, while the need to exhaustively search the state space decreases. We propose to learn value function and state, control trajectories through the locally optimal runs of model based trajectory optimizer. The learned value function, along with an estimate of optimal state and control policies, is subsequently used in the trajectory optimizer: the value function estimate serves as a proxy for shortening the preview horizon, while the state and control approximations serve as a guide in policy search for our trajectory optimizer. The proposed approach demonstrates a better symbiotic relation, with super linear convergence, between learning and simulators, that we need for end-to-end learning of complex poly articulated systems.
Published: 2022

40. Estimation du paramètre de multifractalité : régression linéaire, maximum de vraisemblance ou inférence Bayésienne ?

Author: Leon Arencibia, Lorena, Wendt, Herwig, Tourneret, Jean-Yves, Abry, Patrice, CoMputational imagINg anD viSion (IRIT-MINDS), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Laboratoire de Physique de l'ENS Lyon (Phys-ENS), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and ANR-18-CE45-0007,MUTATION,Analyse multifractale multidimensionnelle : Théorie et applications en imagerie échographique du cancer de pancréas(2018)
Subjects: [INFO.INFO-TS]Computer Science [cs]/Signal and Image Processing
Abstract: International audience; Multifractal has nowadays become a standard tool in modern signal and image processing, mostly used to characterize scale-free spatial or temporal dynamics. While multifractality parameter estimation can be performed using well-documented procedures, it remains a challenging task for small sample-size observations. This works studies Expectation-Maximization estimators for the multifractality parameter and compares, by Monte Carlo simulations, their performance against state-of-the-art estimators for univariate small sample size time series.; L'analyse multifractale est aujourd'hui un outil important de la caractérisation des dynamiques temporelles ou spatiales. Si l'estimation du paramètre de multifractalité peut se faire efficacement par des outils devenus standards, elle reste délicate pour des signaux et images de petites tailles. Le présent travail propose différents estimateurs construits sur des algorithmes Expectation-Maximization et compare leurs performances à l'aide de simulations de Monte Carlo contre les outils de l'état de l'art dans un contexte de signaux univariés de petites tailles.
Published: 2022

41. Estimation du paramètre de multifractalité: régression linéaire, maximum de vraisemblance ou inférence Bayésienne ?

Author: Leon Arencibia, Lorena, Wendt, Herwig, Tourneret, Jean-Yves, Abry, Patrice, Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, CoMputational imagINg anD viSion (IRIT-MINDS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Physique de l'ENS Lyon (Phys-ENS), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-18-CE45-0007,MUTATION,Analyse multifractale multidimensionnelle : Théorie et applications en imagerie échographique du cancer de pancréas(2018), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), and École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: [INFO]Computer Science [cs]
Abstract: International audience; Multifractal has nowadays become a standard tool in modern signal and image processing, mostly used to characterize scale-free spatial or temporal dynamics. While multifractality parameter estimation can be performed using well-documented procedures, it remains a challenging task for small sample-size observations. This works studies Expectation-Maximization estimators for the multifractality parameter and compares, by Monte Carlo simulations, their performance against state-of-the-art estimators for univariate small sample size time series.; L'analyse multifractale est aujourd'hui un outil important de la caractérisation des dynamiques temporelles ou spatiales. Si l'estimation du paramètre de multifractalité peut se faire efficacement par des outils devenus standards, elle reste délicate pour des signaux et images de petites tailles. Le présent travail propose différents estimateurs construits sur des algorithmes Expectation-Maximization et compare leurs performances à l'aide de simulations de Monte Carlo contre les outils de l'état de l'art dans un contexte de signaux univariés de petites tailles.
Published: 2022

42. Experimental throughput models for LoRa networks with capture effect

Author: Chasserat, Laurent, Accettura, Nicola, Berthou, Pascal, Équipe Services et Architectures pour Réseaux Avancés (LAAS-SARA), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: IoT, [INFO.INFO-NI]Computer Science [cs]/Networking and Internet Architecture [cs.NI], Capture Effect, LPWAN, MAC Protocols, Experimental models, LoRaWAN
Abstract: International audience; The Long Range (LoRa) modulation keeps gaining relevance in the landscape of low-power sensor networks. Most models used to evaluate the performances of LoRa deployments are based on the assumption that two colliding frames are necessarily lost. Recent findings have shown that the capture effect occurs in these networks, allowing the receiver to sometimes demodulate the frame featured with the highest signal power. This finding notably improves the overall throughput compared to expectations, but in turn decreases the network fairness. In this paper, we analyze the benefits and drawbacks of such an effect. We therefore provide new throughput models for LoRa networks operating Pure and Slotted ALOHA access schemes. For this purpose, an experimental testbed has been setup and used to measure the occurrence probabilities of capture events in several transmission scenarios. The resulting models are validated with real-life data gathered on the same setup. We additionally analyze the fairness in our deployment, showing that the devices featured with the highest average power at the receiver benefit from a higher success rate than others. By computing Jain's index, we show that this unfairness gets more pronounced as the traffic load increases.
Published: 2022

43. Facteurs associés à l'inclusion des patients dans le programme PRADO Insuffisance Cardiaque : étude cas-témoin au Centre Hospitalier de Troyes en 2017–2018

Author: Bourakba, Nadia, Dacunka, Marianne, Marchais, Aurélie, Chapoutot, Laurent, Barbe, Coralie, Hurtaud, Aline, Sanchez, Stéphane, Unité de recherche clinique [Reims], Centre Hospitalier Universitaire de Reims (CHU Reims)-Hôpital Maison Blanche, Centre Hospitalier de Troyes - Hôpital Simone Veil (CH Troyes), Institut Mondor de Recherche Biomédicale (IMRB), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-IFR10-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Clinical Epidemiology and Ageing : Geriatrie Soins Primaires et Santé Publique (CEpiA), Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), IMRB - CEPIA/'Clinical Epidemiology And Ageing : Geriatrics, Primary Care and Public Health' [Créteil] (U955 Inserm - UPEC), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-IFR10-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-IFR10-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Real Expression Artificial Life (IRIT-REVA), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Subjects: suivi à domicile programme, inclusions, managed care, maladie chronique, [SDV.SPEE]Life Sciences [q-bio]/Santé publique et épidémiologie, heart failure program, insuffisance cardiaque, chronic disease
Abstract: International audience; ObjectivesIn 2013, the French National Health Insurance set up a programme to help patients with heart failure to return home and stay there (PRADO). During a hospitalization for cardiac decompensation, the medical team decides on the inclusion of the patient in the programme based on eligibility criteria defined. The objective of this study was to identify the factors most associated with the inclusion of heart failure patients in the PRADO program.Materials and MethodsThis was a monocentric retrospective analytical stratified case-control study. It focused on the analysis of patient records hospitalized for cardiac decompensation between 01/01/2017 and 31/12/2018 in the cardiology department of the Centre Hospitalier de Troyes. For each patient included in the PRADO Heart Failure programme, one or two controls, not included in the PRADO Heart Failure programme were matched. The matching was exact without discounting. It was performed on the following criteria: age in 10-year increments, sex, main diagnosis of the stay, major category of diagnosis of the stay and its type (medical or surgical), the severity score of the Homogeneous Group of Patients of the stay and the Charlson score.ResultsA total of 40 patients included in PRADO Heart Failure were matched to 56 controls not included in PRADO Heart Failure. Patients with respiratory disease (3.77 [1.07 – 13.29]), as well as patients on renin-angiotensin system inhibitors (2.24 [1.61 – 5.31]) were more often included in the PRADO Heart Failure programme. The most frequent criteria for non-eligibility were the need to transfer the patient to a specialised institution and significant impairment of higher functions.ConclusionRespiratory comorbidity and renin-angiotensin system blocker treatment are the factors most associated with the inclusion of heart failure patients in the PRADO Heart Failure programme.; Objectifs : En 2013, l'Assurance Maladie a mis en place un "Programme d'aide au retour et maintien à domicile (PRADO)" pour les patients insuffisants cardiaques. Au cours d'une hospitalisation pour décompensation cardiaque, l’équipe médicale décide de l'inclusion du patient dans le programme en se basant sur des critères d’éligibilité définis par l'Assurance Maladie. L'objectif de cette étude était d'identifier les facteurs les plus associés à l'inclusion des patients insuffisants cardiaques dans le programme PRADO Insuffisance Cardiaque. Matériels et méthodes : Il s'agissait d'une étude cas-témoins rétrospective analytique monocentrique. Elle portait sur l'analyse de dossiers patients hospitalisés pour décompensation cardiaque entre le 01/01/2017 et le 31/12/2018 dans le service de cardiologie du Centre Hospitalier de Troyes. Pour chaque patient inclus dans le programme PRADO Insuffisance Cardiaque, un ou deux témoins, non inclus dans le programme PRADO Insuffisance Cardiaque ont été appariés. L'appariement était exact sans remise. Il a été réalisé sur les critères suivants : l’âge par tranches de 10 ans, le sexe, le diagnostic principal du séjour, la catégorie majeure de diagnostic du séjour et son type (médical ou chirurgical), le score de sévérité du Groupe homogène de malades du séjour et le score de Charlson. Résultats : Au total, 40 patients inclus dans le PRADO Insuffisance Cardiaque ont été appariés à 56 témoins non inclus dans le PRADO Insuffisance Cardiaque. Les patients présentant une pathologie respiratoire (3,77 [1,07 – 13,29]), ainsi que les patients sous inhibiteurs du système rénine-angiotensine (2,24 [1,61 – 5,31]) étaient plus souvent inclus dans le programme PRADO Insuffisance Cardiaque. Les critères de non-éligibilité les plus fréquents étaient la nécessité de transférer le patient vers une institution spécialisée et l'altération significative des fonctions supérieures.
Published: 2022

44. A new popularity-based data replication strategy in cloud systems

Author: Riad Mokadem, Abdenour Lazeb, Ghalem Belalem, Université d'Oran 1 Ahmed Ben Bella [Oran], Optimisation Dynamique de Requêtes Réparties à grande échelle (IRIT-PYRAMIDE), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Subjects: General Computer Science, Computer science, Cloud systems, data replication, cost model, 020206 networking & telecommunications, 02 engineering and technology, Data science, Popularity, [INFO.INFO-PF]Computer Science [cs]/Performance [cs.PF], business model, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, cloud systems, [INFO]Computer Science [cs], 020201 artificial intelligence & image processing, data management, SLA, performance
Abstract: International audience; Data-intensive cloud computing systems are growing year by year due to the increasing volume of data. In this context, data replication technique is frequently used to ensure a Quality of service, e.g., performance. However, most of the existing data replication strategies just reproduce the same number of replicas on some nodes, which is certainly not enough for more accurate results. To solve these problems, we propose a new data Replication and Placement strategy based on popularity of User Requests Group (RPURG). It aims to reduce the tenant response time and maximize benefit for the cloud provider while satisfying the Service Level Agreement (SLA). We demonstrate the validity of our strategy in a performance evaluation study. The result of experimentation shown robustness of RPURG.
Published: 2021

45. Applying MDE to ROS Systems: A Comparative Analysis

Author: Ileana Ober, Iulian Ober, Raquel Oliveira, Mickael Trezzy, Advancing Rigorous Software and System Engineering (IRIT-ARGOS), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Subjects: robotics, MDE, General Computer Science, Computer science, Electronic computers. Computer science, Applied Mathematics, ROS, QA75.5-76.95, [INFO.INFO-SE]Computer Science [cs]/Software Engineering [cs.SE], model checking
Abstract: International audience; The Robot Operating System (ROS) is one of the most used software framework to develop robot applications. Although it is possible to reuse packages and code from other ROS projects, ROS applications remain low level and reasoning at a higher level of abstraction is not possible. Using Model-Driven Engineering (MDE) in the context of ROS applications would allow to increase the accessibility of ROS, leverage the reusability of packages and supply validation of the software earlier in the design, using formal methods. For instance, formal verification methods would improve the overall dependability of robotic systems. Our view is that we should increase the abstraction of the systems through models using MDE methodology in order to enable the use of formal methods on ROS applications. In this paper we do a first step toward this and propose a comparative study of existing modeling alternatives aiming to help roboticists to smoothly adopt MDE. This study compares the use of modeling in ROS systems in three different ways: by means of direct UML modeling, a ROS UML profile and a ROS Domain-Specific Language. That allows us to pick the solution that better fits our needs.
Published: 2021

46. Homotopic approach for turnpike and singularly perturbed optimal control problems

Author: Olivier Cots, Boris Wembe, Joseph Gergaud, Cots, Olivier, Algorithmes Parallèles et Optimisation (IRIT-APO), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Subjects: T57-57.97, Applied mathematics. Quantitative methods, Computer science, Property (programming), Propriété Turnpike, Turnpike property, [MATH.MATH-OC] Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], Resolution (logic), 16. Peace & justice, Optimal control, Méthode homotopique, Set (abstract data type), Continuation, QA1-939, Contrôle optimal, Applied mathematics, [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], Singular perturbation, Link (knot theory), Control (linguistics), Mathematics, Perturbations singulières, Homotopic method
Abstract: The first aim of this article is to present the link between the turnpike property and the singular perturbations theory: the first one being a particular case of the second one. Then, thanks to this link, we set up a new framework based on continuation methods for the resolution of singularly perturbed optimal control problems. We consider first the turnpike case, then, we generalize the approach to general control problems with singular perturbations (that is with fast but also slow variables). We illustrate each step with an example., Dans cet article nous présentons le lien entre les points de vue turnpike et perturbations singulières en contrôle optimal en montrant notamment que le premier est un cas particulier du second. Ce lien important nous permet de mettre sur pieds une nouvelle approche de résolution numérique, basée sur les méthodes homotopiques, des problèmes de contrôle optimal perturbés singulièrement. Tout d'abord on s'intéresse aux cas turnpike, puis on généralise l'approche au cas perturbations singulières (marqués par la présence de variables lentes); chaque partie étant illustrée par un exemple.
Published: 2021

47. Degradation Study of InGaAsN p-i-n Solar Cell Under 1-MeV Electron Irradiation

Author: Inès Massiot, S. Parola, R. Rey, Guilhem Almuneau, Sophie Duzellier, Claude Pons, F. Olivie, T. Nuns, Maxime Levillayer, Alexandre Arnoult, Laurent Artola, Corinne Aicardi, T. Le Cocq, Christophe Inguimbert, R. Monflier, ONERA / DPHY, Université de Toulouse [Toulouse], ONERA-PRES Université de Toulouse, Équipe Photonique (LAAS-PHOTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES), Institut d’Electronique et des Systèmes (IES), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Micro électronique, Composants, Systèmes, Efficacité Energétique (M@CSEE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), Énergie (NRJ), Matériaux (MAT), Équipe MICrosystèmes d'Analyse (LAAS-MICA), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: MJSC, PL, Nuclear and High Energy Physics, Materials science, Electron, Nitride, dilute nitrides, 01 natural sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Gallium arsenide, law.invention, Degradation, chemistry.chemical_compound, EQE, law, 0103 physical sciences, Solar cell, Electron beam processing, Irradiation, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Electrical and Electronic Engineering, Photocurrent, DLTS, irradiation, 010308 nuclear & particles physics, business.industry, electrons, solar cell, Nuclear Energy and Engineering, chemistry, InGaAsN, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, Optoelectronics, Degradation (geology), business
Abstract: International audience; The degradation of InGaAsN pin subcell under 1 MeV electrons irradiation was studied by characterizing solar cells and dilute nitride bulk layers before and after irradiation. Cells are measured to retain more than 94 % of their original photocurrent after 10 15 cm-2 1 MeV-electrons irradiation. Moreover, no significant degradation of the optoelectronic properties is observed after irradiation.
Published: 2021

48. Stable and efficient differential estimators on oriented point clouds

Author: Thibault Lejemble, Nicolas Mellado, Loïc Barthe, David Coeurjolly, Structural Models and Tools in Computer Graphics (IRIT-STORM), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Origami (Origami), Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information (LIRIS), Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), and Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)
Subjects: Surface (mathematics), Mean curvature, Computer science, Estimator, 020207 software engineering, 010103 numerical & computational mathematics, 02 engineering and technology, [INFO.INFO-CG]Computer Science [cs]/Computational Geometry [cs.CG], Curvature, CCS Concepts • Computing methodologies → Computer graphics, 01 natural sciences, Computer Graphics and Computer-Aided Design, Stability (probability), Shape analysis, Principal curvature, [INFO.INFO-TI]Computer Science [cs]/Image Processing [eess.IV], Point-based models, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, 0101 mathematics, Invariant (mathematics), Algorithm, Differential (mathematics), ComputingMethodologies_COMPUTERGRAPHICS
Abstract: International audience; Point clouds are now ubiquitous in computer graphics and computer vision. Differential properties of the point-sampled surface, such as principal curvatures, are important to estimate in order to locally characterize the scanned shape. To approximate the surface from unstructured points equipped with normal vectors, we rely on the Algebraic Point Set Surfaces (APSS) [GG07] for which we provide convergence and stability proofs for the mean curvature estimator. Using an integral invariant viewpoint, this first contribution links the algebraic sphere regression involved in the APSS algorithm to several surface derivatives of different orders. As a second contribution, we propose an analytic method to compute the shape operator and its principal curvatures from the fitted algebraic sphere. We compare our method to the state-of-the-art with several convergence and robustness tests performed on a synthetic sampled surface. Experiments show that our curvature estimations are more accurate and stable while being faster to compute compared to previous methods. Our differential estimators are easy to implement with little memory footprint and only require a unique range neighbors query per estimation. Its highly parallelizable nature makes it appropriate for processing large acquired data, as we show in several real-world experiments.
Published: 2021

49. Power Allocation for Uplink Multiband Satellite Communications With Nonlinear Impairments

Author: Arthur Louchart, Philippe Ciblat, Charly Poulliat, Laboratoire Traitement et Communication de l'Information (LTCI), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Télécom Paris, Signal et Communications (IRIT-SC), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Subjects: Linear programming, Computer science, capacity, 020206 networking & telecommunications, 02 engineering and technology, Maximization, power allocation, Interference (wave propagation), Computer Science Applications, nonlinear interference, [INFO.INFO-TS]Computer Science [cs]/Signal and Image Processing, Modeling and Simulation, Scalability, Telecommunications link, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Electronic engineering, Communications satellite, high-power amplifier, Minification, Electrical and Electronic Engineering, Geometric programming, [SPI.SIGNAL]Engineering Sciences [physics]/Signal and Image processing
Abstract: International audience; In this letter, we develop some generic power allocation strategies in an uplink multiband satellite communications system when nonlinear impairments on the High-Power Amplifier onboard satellite occur. Based on the capacity closed-form expression related to receivers seeing nonlinear interference as a noise, we propose practical and scalable algorithms for three power allocation problems: i) sum-power minimization, ii) maximization of minimum per-user data rate, iii) sum-rate maximization. We show that the solutions mainly rely on Geometric Programming and/or Successive Convex Approximation approaches. The proposed solutions outperform naive approaches while enabling user scalability contrary to optimal brute-force grid search algorithms.
Published: 2021

50. Design of multirotor aerial vehicles: A taxonomy based on input allocation

Author: Nicolas Staub, Marco Tognon, Antonio Franchi, Quentin Sable, Federico Usai, Mahmoud Hamandi, Équipe Robotique et InteractionS (LAAS-RIS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, University of Twente [Netherlands], Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), and University of Twente
Subjects: Aerial robotics, mechanics, design and control, dynamics, 020301 aerospace & aeronautics, 0209 industrial biotechnology, Computer science, Applied Mathematics, Mechanical Engineering, 02 engineering and technology, 020901 industrial engineering & automation, 0203 mechanical engineering, Artificial Intelligence, Modeling and Simulation, Taxonomy (general), Systems engineering, [INFO.INFO-RB]Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO], Electrical and Electronic Engineering, Multirotor, Software
Abstract: This paper reviews the effect of multirotor aerial vehicle designs on their abilities in terms of tasks and system properties. We propose a general taxonomy to characterize and describe multirotor aerial vehicles and their designs, which we apply exhaustively on the vast literature available. Thanks to the systematic characterization of the designs, we exhibit groups of designs having the same abilities in terms of achievable tasks and system properties. In particular, we organize the literature review based on the number of atomic actuation units and we discuss global properties arising from their choice and spatial distribution in the mechanical designs. Finally, we provide a discussion on the common traits of the designs found in the literature and the main open and future problems., The International Journal of Robotics Research, 40 (8-9), ISSN:0278-3649, ISSN:1741-3176
Published: 2021

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