Personal Statement

From Comet Maps to my Early Professorship

The first major achievement of my career occurred in early 1999, when NASA’s JPL Comet Observation Homepage published the first of my (today more than 40) comet trajectory maps, for public use. With this achievement I realized that great things are possible, even from the 100 MHz Pentium computer that I had at home. The same year, during the summer, I was awarded a scholarship to the International Space School (ISS).  During two weeks, I stayed at astronaut’s Alan Poindexter and Clay Anderson homes.  This experience is today responsible for one of my greatest ambitions: becoming an astronaut.

Back in Caracas, I continued my studies as any other student. In December 1999, I was invited to coordinate an event for the arrival of the Mars Polar Lander (MPL) at Mars, within the First Ibero-American School on Astrobiology.  The event was a success, but the MPL mission was not. However, I met Adriana Ocampo (NASA-Headquarters, 1999) and I asked her about the possibility of doing an internship at NASA.  Her response was negative, because of my foreign-national status. But she recommended me to apply for the Summer Undergraduate Research Fellowships (SURF) at Caltech, and so I did.

As a result, I was awarded two SURF’s (more than most of Caltech students), one in year 2000, and another one in year 2001.  For my first SURF, I worked at the Laboratory for Spacecraft and Mission Design, and my mentor was Joel Sercel, at the time one of NASA’s JPL Principal Engineers.  It was a dream coming true; I was working with NASA employees, and my first technical paper was published in the 2001 IEEE Aerospace Conference. The second SURF was on fuel cells, something more related to my studies on electrical engineering and energy conversion.  During the ten weeks of research at Caltech I was invited to meetings with the Department of Defense, Energy, and other U.S. Federal Agencies.

I was surprised with the general interest of using hydrogen to become independent from oil, and more independent from oil-producer countries. I was particularly concerned about the economic future of Venezuela (a mono-producer of oil) and started thinking about the need to diversify our economic activities to survive such a threatening possibility. I expressed all my concerns and thoughts in a Venezuelan essay contest called “Sowing the Future”, named after Arturo Uslar Pietri’s ideas. My essay won the first prize: it included ideas on high-technology hydroponic agriculture, a Venezuelan aerospace industry, and the transition to a hydrogen economy, among others.

In time, I graduated from the University and I was still motivated to continue the research track. In part for personal reasons, I decided to return to Simon Bolivar University to make a master degree in Systems Engineering and to learn more mathematics. Being aware of the costs of conducting research, my work would be on Control Systems. This would not require more resources than a computer, books, paper, and a pencil. So, I set off, and in less than four years I obtained satisfactory results: the “FAM-based Agent Architecture” was born and its potentials are in development today around the world. My experience was greatly complemented with my participation in three Crews of the Mars Desert Research Station. I then graduated as Magister in Systems Engineering and continued motivated towards research.

The only job in Venezuela in which I could freely pursue an engineering career as a researcher is the Professorship, and this is my job today. And my plan is to continue my research for the benefit of the humankind and to inspire younger generations.  My three latest achievements are to have been invited to be a referee of the IEEE Transactions on Fuzzy Systems, to have been accepted for oral presentation at the 2008 IEEE World Congress on Computational Intelligence (WCCI) in Hong Kong, and to have been named Co-Chair of the WCCI session on Fuzzy Systems and Control.

Biospherics: Sustainable Development and Human Spaceflight

Working on intelligent control and automation, I am particularly interested in a field of application that could have a future toward my dream of becoming an astronaut and my necessity of contributing to society.  From my long hours in front of books, papers, and the computer, I found that Biospherics is the field that best adapts to my purpose: it aims for goals closely related to Sustainable Development, it requires a high-degree of automation (intelligent control), and it may also have impact in other fields, such as energy.  Biospherics is a discipline with 21 years of history, and it has been mainly pursued by the German and Russian Space Agencies.  Germans in particular have done an interesting work with aquatic ecosystems. I intend to contribute to the experiments reported in the scientific literature with my work on recirculating aquaculture. For human spaceflight, it is true that if future astronauts ever eat fresh meat in space, on the Moon or Mars, it will come from fish. So we should better get to understand and control aquatic systems very well, starting today.

Research Statement

Declaración Personal

De los Mapas de Cometas a los Inicios de mi Profesorado

El primer logro en mi carrera profesional ocurrió a comienzos de 1999, cuando la página principal de Observación de Cometas de JPL, dependencia de NASA, publicó, para uso público, el primero de mis mapas de trayectoria de cometas (hoy tengo más de 40). Con este logro entendí que grandes cosas son posibles, inclusive desde la computadora Pentium de 100 MHz que tenía en casa. En verano de ese mismo año, gané una beca para la Escuela Espacial Internacional (International Space School, ISS por sus siglas en inglés) y tuve la oportunidad de quedarme en los hogares de los astronautas Alan Poindexter y Clay Anderson, respectivamente. Esta experiencia es, hoy día, la responsable de una de mis mayores ambiciones: ser astronauta.

De regreso en Caracas, continué mis estudios como cualquier otro estudiante. En diciembre de 1999, me invitaron a participar como coordinador de un evento por realizarse en la First Ibero-American School on Astrobiology (Primera Escuela Ibero Americana de Astrobiología) que celebraba la llegada a Marte del Mars Polar Lander (MPL, por sus siglas en inglés). Lastimosamente la misión no fue exitosa, aun cuando el evento sí lo fue. Ahí, tuve la oportunidad de conocer a Adriana Ocampo, quien trabajaba en la sede principal de NASA para ese entonces y le pregunté sobre la posibilidad de realizar una pasantía en NASA. Su respuesta fue negativa por causa de mi estatus de extranjero, pero me recomendó que aplicara para una beca de verano para investigación en el programa Summer Undergraduate Research Fellowships (SURF, por sus siglas en inglés) de Caltech, y así lo hice.

Logré obtener dos SURF, más de lo que obtiene regularmente la mayoría de los estudiantes de Caltech: una en el año 2000 y otra en el 2001. Durante mi primer SURF, trabajé en el Laboratory for Spacecraft and Mission Design (Laboratorio de Diseño de Misiones y Naves Espaciales) y mi tutor fue Joel Sercel, uno de los Ingenieros Principales del JPL de NASA para ese entonces. Fue un sueño hecho realidad; estaba trabajando con empleados de NASA y mi primer artículo fue publicado en la Conferencia Aeroespacial de la IEEE en el año 2001. Mi segundo SURF se centró en celdas de combustible, algo que estaba más relacionado con mis estudios en ingeniería eléctrica y en conversión de energía. Durante las diez semanas de investigación en Caltech, fui invitado a varios eventos del Departamento de Defensa, de Energía y otras Agencias Federales estadounidenses.

Debo admitir que me impresionó el interés generalizado por emplear hidrógeno como combustible a fin de evitar el uso del petróleo e independizarse de los países productores de petróleo. Me preocupé, entonces, por el futuro de la economía de Venezuela (un país monoproductor de petróleo) y comencé a pensar en la necesidad de diversificar nuestras actividades económicas, de modo que podamos sobrevivir a tan amenazadora posibilidad. Todas estas preocupaciones e ideas las plasmé en un concurso de ensayos llamado “Sembrar el futuro”, bautizado así por las ideas de Arturo Uslar Pietri. Mi ensayo ganó el primer premio: tenía, entre otras, ideas sobre tecnología de punta para agricultura hidropónica, una industria aeroespacial venezolana y la transición a una economía basada en el hidrógeno.

Pasaron los años, me gradué de la Universidad pero mi motivación para seguir el camino de la investigación no disminuyó. Por razones, en parte, personales, decidí regresar a la Universidad Simón Bolívar para sacar una Maestría en Ingeniería de Sistemas y aprender más matemáticas. Así, consciente de los altos costos que representa una investigación, centré mi trabajo en Sistemas de Control, pues no requería más recursos que una computadora, libros, papel y un lápiz. Luego de transcurridos cuatro años, obtuve resultados satisfactorios: nació el FAM-based Agent Architecture (Arquitectura de agentes basados en memorias asociativas difusas) y sus potencialidades se encuentran actualmente en desarrollo alrededor del mundo. Logré complementar mi experiencia ampliamente con la participación en tres tripulaciones de la Mars Desert Research Station (Estación de Investigación Desértica de Marte) y, luego, obtuve mi Magister en Ingeniería de Sistemas y permanecí en el sendero de la investigación.

El único trabajo en Venezuela en el que podía continuar investigando libremente en el área de la ingeniería era siendo profesor; así que precisamente a eso me dediqué. Y mi plan es continuar mis investigaciones para el beneficio de la humanidad e inspirar a generaciones más jóvenes. Al respecto, mis últimos tres logros han sido: el haber sido invitado como árbitro a la revista de la IEEE en Sistemas Difusos, haber sido aceptado para presentación oral en el 2008 IEEE World Congress on Computational Intelligence (Congreso Mundial en Inteligencia Computacional 2008, WCCI por sus siglas en inglés) celebrado en Hong Kong y haber sido nombrado coordinador asistente de la sesión de Sistemas Difusos y Control de la WCCI.

Biosférica: Desarrollo Sostenible y Vuelos Espaciales Tripulados

De mi interés particular en trabajar en un campo de aplicación estrechamente ligado a mi sueño de ser astronauta y de mi necesidad de contribuir a la sociedad, de mi trabajo en automatización, de mis horas entre libros, artículos y la computadora, descubrí que el campo de la Biosférica es el que mejor se adapta a mi propósito. Este se centra en objetivos relacionados con el Desarrollo Sostenible, requiere de un alto grado de automatización (control inteligente) y puede que tenga  impacto en otros campos como la energía. El estudio de las Biosférica es una disciplina con 21 años de historia, desarrollado principalmente por las Agencias Espaciales rusa y germana. Particularmente, los alemanes han hecho una labor interesante con los sistemas acuáticos y mi intención es, precisamente, contribuir con los experimentos reportados en la literatura científica en cuanto a acuicultura recirculante pues, para los viajes espaciales humanos, es bien sabido que si los futuros astronautas llegasen a comer carne fresca en el espacio, o en la Luna o en Marte, esta será de pescado. Por ende, deberíamos comenzar por comprender mejor y controlar plenamente los sistemas acuáticos con la mayor prontitud posible. 

Declaración de Investigación

Integración y Control basado en Agentes de un Sistema Biosférico a Pequeña Escala

Los sistemas multiagentes dan forma a una filosofía que pudiese permitir en un futuro metodologías de desarrollo y control de sistemas dinámicos complejos en el campo de la ingeniería [9]. Las interacciones de grupos de agentes podrían decantar en comportamientos globales que demuestren cierta coordinación en la búsqueda de un objetivo particular. 

Los agentes reactivos son la clase de agentes que muestran características similares para sostener sistemas controlados y son de carácter tropístico [8]. En la ciencia de la vida, el tropismo es el crecimiento o movimiento de un organismo vivo o anatómicamente estructurado que se acerca a o aleja de un estímulo externo, como la luz, el calor o la gravedad. Para los agentes reactivos, la Arquitectura de Subsunción compila las ideas mejor sabidas de su desarrollo y su aplicación a robots móviles y a la robótica basada en comportamientos. La propuesta presentada por Rodney Brooks en [2], [3], y [4] fue inspirada en la naturaleza y descompone la inteligencia en partes comportamentales en vez de funcionales. 

Los agentes basados en Fuzzy Associative Memories (memorias asociativas difusas, FAM por sus siglas en inglés) son una especie de agentes reactivos, término propuesto por los autores en [6], que se construye bajo Arquitectura en Subsunción y se implementa bajo las leyes de control en realimentación y sistemas difusos. Estos agentes fungen como puente entre las teorías de agentes inteligentes y las de control de sistemas dinámicos, y ofrecen un acercamiento alternativo a la acción de selección de problemas de la Arquitectura de Subsunción; además de considerar las ideas de Lotfi Zadeh sobre control difuso orientado en tareas, contemplado en la bibliografía de [1] y [5].

Una de las ventajas de los agentes basados en FAM es su capacidad para combinar, de manera flexible, acciones de control diversas. Otra de las ventajas es que, a diferencia de las máquinas de estados finitos, la transición entre las acciones de control produce un comportamiento suave y continuo. Además, la solución de modulación de error propuesta por los autores en [7] hace posible el uso acciones de control integrales en el agente. Sin embargo, aun queda una serie de preguntas interesantes sobre cómo los agentes basados en FAM pueden aprender y desarrollar comportamientos de forma autónoma y cómo un sistema multi-agente basado en este tipo de arquitectura pudiesen facilitar la integración de sistemas dinámicos complejos. Y es, precisamente, esta interacción de agentes múltiples el siguiente paso natural de mi investigación y el objeto de estudio de mi doctorado.

El motivo del desarrollo que he estado haciendo de esta arquitectura de agentes basados en FAM junto con el Prof. Strefezza es que los retos de desarrollo sostenible de nuestra civilización requieren de nuevos métodos de ingeniería que faciliten la integración y automatización de sistemas dinámicos complejos en campos como la energía, la robótica y la Biosférica (agricultura, acuicultura, entre otros). Creo fervientemente en que el uso de agentes basados en FAM en sistemas multi-agentes es un acercamiento alternativo a ese propósito. Por ende, la interacción de múltiples agentes basados en FAM será el foco de mi investigación durante los próximos años, paralela a la obtención de mi doctorado.

La Biosférica es, particularmente, un campo de aplicación con un enorme potencial para aliviar los problemas de producción alimentaria y reciclaje de recursos terrestres y son, además, responsables del desarrollo de sistemas de soporte de vida bioregenerativos para exploraciones espaciales a la Luna y a Marte. Por consiguiente, y con gran interés tanto en el Desarrollo Sostenible como en los viajes espaciales humanos, mi investigación se guiará, en principio, en emplear un sistema a pequeña escala de soporte de vida, tal como un sistema acuícola recirculante, a fin de crear estrategias multi-agentes para su desarrollo, control, evaluación, mantenimiento y análisis de falla, para así luego generalizar y extender estas estrategias multi- agente a otros campos de aplicación en energía, robótica y vuelos espaciales.

Referencias

Nota:

Este texto fue escrito en Mayo de 2008 para el concurso de la Beca Fulbright Internacional de Ciencia y Tecnología para doctorados, traducido por Jessie Márquez y publicado con fines divulgativos.  Otras referencias no pudieron ser incluidas por razones de espacio en el formulario de la beca.