协同网络agent的多动态目标检测与跟踪

赞助单位：美国国家科学基金会

奖励编号：1509084

PI：肖恩·安德森

副主管：Christos Cassandras

在多代理框架中，一组自主代理在潜在动态、危险甚至敌对的环境中合作执行复杂任务。一般来说，团队必须寻找并监测可能也在移动的目标，同时在监测任务和持续探索之间取得平衡。这种设置，广义上被称为持续监控，通常出现在移动机器人应用和传感器网络中，但它的丰富程度令人惊讶，并且包含了许多其他不太明显的领域。在这个项目中，我们将开发数学技术，用于执行持续监测的自主代理团队的最佳或至少接近最佳行为，并将该理论应用于跟踪活细胞内移动的多种生物大分子的背景下。除了广泛的基础数学澳门威尼斯人注册网站研究外，该项目旨在构建一种新的跟踪荧光显微镜，该显微镜将利用数学框架提供比现有仪器更好的速度，准确性和通量，以跟踪单分子动力学。本科生和澳门威尼斯人注册网站研究生都将接受各种学科的培训，包括优化、控制理论、机器人和显微镜。此外，该项目还包括通过开发为期一天的单分子成像模块，向波士顿地铁地区低收入的第一代大学生提供服务，这些模块将作为Nanocamp的一部分，Nanocamp是一个为期六周的住宿暑期项目，面向目标人群中即将升入高中的二年级和三年级学生。

在动态的、危险的和可能对抗的环境中控制和协调代理是非常具有挑战性的，因为它涉及多个目标和大量的信息交换，并且通常具有严重的通信限制。由于使用特别控制策略经常导致系统性能不佳，本项目中提出的方法是使用优化方法来创建设计良好的、合理的策略，这些策略可以保证令人满意的（如果不是最优的）行为。因为这样的优化问题很快就会在计算上变得难以处理，而且它们的解决方案很少适用于在线可扩展的分布式实现，所以具体的目标之一是开发使用可在线优化的参数控制策略族的接近最优、高效和不确定性鲁棒的方案。虽然主要的项目目标是一个数学上严谨和广泛适用的框架，但它将与主要的激励应用一起开发，即跟踪多个单一的生物大分子。在这种情况下，试剂是单独的共聚焦体积，每个单独寻址和控制使用可编程阵列显微镜，目标是荧光标记的生物大分子。虽然分散式实现通常是可取的，但单分子跟踪应用程序支持集中式解决方案，因为所有实现都在单个控制器上完成，因此项目将专注于集中式方法。所开发的数学算法将在现场可编程门阵列（FPGA）器件上实现，并通过跟踪自由扩散量子点的实验进行测试。