Redes neuronales

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Las redes neuronales están formadas por la combinación de neuronas. Las arquitecturas habituales utilizan neuronas artificiales convencionales con funciones de agregación u operación sináptica lineal. Las conexiones entre neuronas permiten que la red muestre comportamientos complejos. Las redes neuronales artificiales están estructuradas para aprender y generalizar el conocimiento, de modo que la red aprende ajustando continuamente los pesos de las conexiones. Cada neurona tiene su propia memoria y capacidad para procesar información [1].

Algunos de los proyectos de este campo que he dirigido son los siguientes:

Mantenimiento predictivo industrial con redes neuronales

Comprobador de vibraciones portátil utilizado para medir el motor

En este trabajo se ha implementado una red neuronal artificial para el mantenimiento predictivo de una máquina industrial. Los datos de entrada proceden de una prueba de vibración realizada en un motor de corriente alterna.

Del vibrómetro se obtuvieron la frecuencia y el valor medio de la vibración, que se utilizaron como entradas de la red neuronal artificial en la fase de entrenamiento.

La salida de esta unidad proporciona un valor con el que se puede clasificar el nivel de severidad del motor de la máquina, según la tabla de severidad de la norma ISO.

Para comprobar el correcto funcionamiento del sistema se utilizaron datos registrados en distintos motores.

Predicción de electrocardiogramas mediante comunicación inalámbrica

Suma de errores cuadráticos decreciente a lo largo de las épocas de entrenamiento

En este proyecto se ha implementado una red neuronal artificial para la predicción inalámbrica de latidos cardíacos en un entorno de programación Python, sobre la plataforma Biomedical Sensor, utilizando su módulo de entrada de ECG y su salida inalámbrica.

El objetivo es predecir un horizonte de predicción determinado en función de la tasa de aprendizaje, el número de muestras anteriores que se emplean en el entrenamiento y las épocas definidas como ciclos de aprendizaje.

La señal (entrada) se adquirió mediante electrodos colocados en la superficie del pecho, cerca del corazón. La señal se visualiza en una interfaz gráfica desarrollada en Python, diseñada con dos botones para que el sistema ejecute la acción seleccionada (entrenamiento o predicción).

Valor real del ECG (azul) comparado con la salida del modelo de predicción (morado)

Aprendizaje profundo para aplicaciones industriales

Este proyecto busca implementar un prototipo de sistema de visión sensorial capaz de clasificar imágenes de una base de datos.

Este trabajo puede tener un impacto positivo en distintos campos de aplicación, por ejemplo: nuevos procesos o métodos industriales, el diagnóstico adecuado en imagen médica o el reconocimiento facial en el ámbito de la seguridad ciudadana.

Hoy en día, los sistemas de visión artificial son una parte muy importante de la mayoría de los procesos industriales: la visión por computador permite supervisar los procesos de producción y sus productos finales, y con ella ha aumentado la calidad y la cantidad de productos terminados. Sin embargo, los sistemas de visión artificial no son lo bastante flexibles para aplicarse en cualquier tipo de industria y presentan más limitaciones cuando las condiciones de imagen y ruido quedan fuera de sus parámetros. No es lo mismo reconocer una pieza de color blanco con mucha luz que reconocer esa misma pieza en un entorno con poca luminosidad. La identificación de ciertas características implica conceptos físicos y psicológicos propios del cerebro humano. Aquí es donde se vuelven necesarias las herramientas de inteligencia artificial capaces de aportar ese grado adicional de complejidad. Las exigencias son tan altas que los sistemas de visión tradicionales no son lo bastante precisos para satisfacerlas. Las redes neuronales artificiales se inspiran en lo que sabemos sobre la biología del cerebro en el proceso de aprendizaje. El aprendizaje profundo es una herramienta de inteligencia artificial en la que se utilizan de forma masiva capas anidadas de redes neuronales. Hoy en día, en algunos escenarios, el reconocimiento de imágenes por computador entrenado con aprendizaje profundo supera al de los seres humanos.

Referencias

  1. Rodriguez-Jorge, Ricardo, Huerta-Solis, Paola, Bila, Jiri and Skvor, Jiri, Adaptive analysis of electrocardiogram prediction using a dynamic cubic neural unit, Advanced Information Networking and Applications – Proceedings of the 36th International Conference on Advanced Information Networking and Applications (AINA-2022), Lecture Notes in Networks and Systems, vol. 451, Springer Nature Switzerland AG, Sydney, Australia, April 13-15, 2022 (Web of Science, Core Rank B).
  2. R. Rodriguez-Jorge, I De Leon-Damas, J Bila, J Skvor, Internet of things-assisted architecture for QRS complex detection in real time, Journal of Internet of Things, Vol 14 (2021), pp. 100395. Indexada en JCR, factor de impacto: 5,711, Q1, Elsevier.
  3. Rodriguez-Jorge, R.; Bila, J; Skvor, J., Neural Network with L-M Algorithm for Arrhythmia Disease Classification, The 16th International Conference on P2P, Parallel, Grid, Cloud and Internet Computing, Lecture Notes in Networks and Systems, 2021, Springer, Cham. (Web of Science, Proceedings Citation Index).
  4. R. Rodríguez-Jorge and J. Bila, Cardiac Arrhythmia Prediction by Adaptive Analysis via Bluetooth, MENDEL, Vol. 26, No. 2, pp. 29-38. DOI: https://doi.org/10.13164/mendel.2020.2.029. Indexada en Scopus.
  5. Rodriguez Jorge, R. (2017). Artificial neural networks: Challenges in science and engineering applications. In Frontiers in Artificial Intelligence and Applications (Vol. 295, pp. 25–35). IOS Press. https://doi.org/10.3233/978-1-61499-773-3-25
  6. Rodriguez-Jorge, R., Bila, J., Mizera-Pietraszko, J., & Martínez-Garcia, E. A. (2019). Weight adaptation stability of linear and higher-order neural units for prediction applications. In Advances in Intelligent Systems and Computing (Vol. 833, pp. 503–511). Springer Verlag. https://doi.org/10.1007/978-3-319-98678-4_50
  7. Rodríguez, R., Mexicano, A., Bila, J., Cervantes, S., & Ponce, R. (2015). Feature extraction of electrocardiogram signals by applying adaptive threshold and principal component analysis. Journal of Applied Research and Technology, 13(2), 261–269. https://doi.org/10.1016/j.jart.2015.06.008
  8. Tesis de licenciatura: «Detection of QRS complexity in real time through Bluetooth communication», de Isaac De León Damas, para obtener el título de Ingeniería en Mecatrónica. Programa de Mecatrónica, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. Dic. 2018. (Dirección: Dr. Ricardo Rodríguez Jorge).
  9. Tesis de licenciatura: «Predictive maintenance of an industrial machine using neural networks», de Laura Rubí Sánchez Pérez, para obtener el título de Ingeniería en Mecatrónica. Programa de Mecatrónica, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. Dic. 2018. (Dirección: Dr. Ricardo Rodríguez Jorge).
  10. Tesis de licenciatura: «Implementation of a cubic neuronal unit for the detection of patterns and prediction of cardiac arrhythmias via wireless», de Paola Alejandra Huerta Solis, para obtener el título de Ingeniería en Mecatrónica. Programa de Mecatrónica, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. Dic. 2018. (Dirección: Dr. Ricardo Rodríguez Jorge).
  11. Tesis de licenciatura: «Implementation of an image classifier using a multilayer network with feed forward», de Juan Manuel Ramos Gaspar, para obtener el título de Ingeniería en Mecatrónica. Programa de Mecatrónica, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. Dic. 2018. (Dirección: Dr. Ricardo Rodríguez Jorge).
  12. R. Rodríguez-Jorge and J. Bila, Cardiac Arrhythmia Prediction by Adaptive Analysis via Bluetooth, MENDEL, Vol. 26, No. 2, pp. 29-38. Dec. 2020. DOI: https://doi.org/10.13164/mendel.2020.2.029. Indexada en Scopus.
  13. Cuong Nguyen Cong, Ricardo Rodriguez-Jorge, Nghien Nguyen Ba, Chuong Trinh Trong, Nghia Nguyen An, Design of Optimal PI Controllers using the Chemical Reaction Optimization Algorithm for Indirect Power Control of a DFIG model with MPPT, In: Web, Artificial Intelligence and Network Applications. WAINA 2020. Advances in Intelligent Systems and Computing, vol 1150. Springer, Cham (Web of Science, Core Rank B). April 2020.
  14. Rodríguez-Jorge, R.; Sánchez-Pérez, L.; Bíla, J.; Škvor, J., Adaptive architecture for fault diagnosis of rotating machinery, Advanced Information Networking and Applications, Vol 3, 2021. Springer, Cham (Web of Science, Core Rank B).