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뉴스 스냅샷: 시맨틱 문장 분석을 통한 뉴스 독자의 경험 향상을 위한 디자인
No full text학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 융합과학기술대학원 지능정보융합학과, 2024. 2. Bongwon Suh.This research introduces a novel news system to address the problems posed by the brevity, lack of depth, and overwhelming volume of news articles in the digital media landscape, driven by the rapid advancements and shifts in news consumption habits. The system, named "News Snapshot," was designed to help news readers easily understand the core content of a news story and the progression of an issue. News Snapshot captures the key points from multiple news articles covering the same event and presents them to the reader concisely and informally. It visualizes key content according to the timeline of an ongoing issue, allowing users to get a sense of the evolution of an issue quickly. The system utilizes sentence embedding and clustering methods to find key content in a collection of news articles. We conducted an experiment with 22 participants to validate the effectiveness and usability of our system, comparing it to a control interface. The results showed that the system eases the process of reading news articles and helps identify an issue's main points. In the final section of the paper, we discussed the possibilities and limitations of News Snapshot and suggested how our method can be utilized in various fields.뉴스 산업이 발달하면서 뉴스 독자의 뉴스 소비 방법에도 많은 변화가 생겼으나, 여전히 온라인에서 텍스트 기반의 뉴스 기사에 대한 소비는 꾸준히 이루어지고 있습니다. 하지만 뉴스 기사의 단편화, 뉴스 기사의 깊이 부족 및 너무 많은 뉴스 기사의 수와 같은 문제점들은 디지털로 뉴스 기사를 읽는 독자들에게 불편함을 주고 있습니다.
이 연구는 뉴스 산업의 발전과 뉴스 소비 패턴의 변화로 인해 발생하는 이러한 문제점 완화하기 위하여 새로운 뉴스 시스템 뉴스 스냅샷을 제안합니다. '뉴스 스냅샷'은 독자들이 뉴스 기사의 핵심 내용과 이슈의 맥락을 이해하는 데 도움을 주도록 설계되었습니다. 뉴스 스냅샷은 동일한 사건에 대해 다수의 뉴스 기사에서 주요 내용을 식별하여 독자에게 핵심 포인트를 전달합니다. 이는 지속적인 이슈에 따라 주요 내용을 타임라인에 따라 시각화함으로써, 독자들이 이슈에 대한 주요 내용의 흐름을 빠르게 파악할 수 있게 합니다. 우리 시스템은 문장 임베딩 및 클러스터링 방법을 사용하여 뉴스 문서 컬렉션에서 주요 내용을 찾고, 웹페이지로 구현된 인터페이스로 제공합니다.
22명의 참가자와 함께 한 실험을 통해 이 시스템의 효과와 사용성을 검증했습니다. 우리는 뉴스를 읽고 주요내용을 키워드로 작성하는 작업, 설문조사, 그리고 사후 인터뷰를 진행했습니다. 그 결과, 우리 시스템은 뉴스 기사를 읽는 부담을 줄이고 이슈의 주요 포인트를 이해하는 데 도움이 되는 것으로 나타났습니다. 사용성 평가를 통해 기존 시스템을 모방한 컨트롤 인터페이스와의 사용성 비교에서도 뉴스 스냅샷 더 가치 있고 실용적인 것으로 드러났습니다.Chapter 1. Introduction 1
1.1. Study Background 1
1.2. Purpose of Research 2
Chapter 2. Literature Review 3
2.1. Evolving News Industry and Consumption Trends 3
2.2. Topics in News Content 4
2.3. Time-based Changes in News Content 7
Chapter 3. Formative Study 11
3.1. Participants and Procedures 11
3.2. Interview Methodology and Analysis 11
3.3. Findings and Discussions 13
3.4. Design Goals and Requirements 17
Chapter 4. News Snapshot 19
4.1. Overview 19
4.2. News Data Collecting and Preprocessing 21
4.3. News Data Embedding and Clustering 23
4.4. Interface: Subtopic View 29
4.5. Interface: News Article Timeline View 33
4.6. Envisioned Scenario 35
Chapter 5. User Evaluation 36
5.1. Participants 36
5.2. Study Procedure 36
5.3. Measures 39
5.4. Results 41
Chapter 6. Discussion 51
6.1. Benefits of Key Content Presentation 51
6.2. Enhancement of Timeline in News Articles 52
6.3. Extending the Methods to Diverse Areas 53
Chapter 7. Conclusion 55
Bibliography 56
Appendix 61
Appendix 1. Dataset Sample (raw) 61
Appendix 2. Dataset Sample (processed) 62
Appendix 3. News Snapshot Full Screen 63
Appendix 4. News Data Used in Experiment 64
Appendix 5. Task-specific News Allocation 65
Abstract in Korean 67석
Sensitizer 펩타이드에 의해 그람-음성 박테리아에 재배치되는 후보 저분자 항생제 : 차세대 펩타이드의 개발
No full text학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 사범대학 과학교육과(화학전공), 2024. 2. 유재훈.The outer membrane of Gram-negative bacteria acts as a formidable barrier against small molecule antibiotics seeking to penetrate into the bacterial interior. Developing antibiotics specifically targeting Gram-negative bacteria poses significant challenges due to the molecular physicochemical properties required for traversing their cell membrane, including a net positive charge, flat rather than globular structure, low flexibility, and high amphiphilic moment. Consequently, the development of antibiotics capable of permeating the cell membrane of Gram-negative bacteria necessitates specific physicochemical properties, making it a daunting task.
In light of this, the focus has shifted towards the development of sensitizing antimicrobial peptides that can adhere to the outer membrane, potentially enabling the passage of Gram-positive antibiotics. Extensive efforts have been devoted to enhancing their sensitizing capabilities through systematic adjustments in the length, hydrophobicity, and N-terminal modifications of alpha-helical peptides folded with proline. This exploration culminated in the successful creation of a novel peptide, 1403, exhibiting improved sensitization, effectively rendering Gram-positive antibiotics efficacious both extracellularly and intracellularly. The "sensitizer" approach is emerging as a more effective strategy, considering factors such as drug development costs and the possibility of drug resistance compared to conventional antibiotic development methods.
Furthermore, the combined treatment of sensitizing peptides with Gram-positive antibiotics has been demonstrated to not only treat Gram-negative bacteria effectively but also enhance their antimicrobial potency. Expanding the research scope, computational analyses utilizing physicochemical calculations were employed to identify molecules exhibiting robust antimicrobial activity when co-administered with peptides across different antibiotic classes, thereby distinguishing their varied physicochemical properties.
Of paramount importance is the ability of sensitizing peptides to overcome the restrictive physicochemical properties associated with known Gram-negative antibiotics, thereby dismantling existing paradigms and extending their action to a broader spectrum.
Subsequent development efforts have focused on the creation of next-generation sensitizing peptides based on the 1403 peptide. Mitochondria, with their unique lipid composition, particularly abundant cardiolipin in the inner mitochondrial membrane, served as a target for the development of peptides specifically targeting Gram-negative bacteria. By constructing an 8th generation peptide library, efforts were made to assess antimicrobial efficacy, with a strategic focus on maintaining high efficiency against the target while minimizing toxicity. Rational design strategies, including the incorporation of D-amino acid substitutions known for their resistance to protease degradation, were employed to enhance peptide stability. Additionally, efforts aimed at reducing alpha-helicity properties of the peptides, crucial for mitigating protease susceptibility, were pursued through proline-induced structural alterations. Notably, D-amino acid substitutions at positions 1, 2, and 15 of lysine were omitted to avoid compromising the helical conformation.
Ultimately, successful construction of a 9th generation peptide library was achieved. Peptides ranging from 1901 to 1904 were designed by replacing lysine residues at positions 5, 8, 9, and 12 of the original 1403 peptide sequence with D-lysine, while excluding positions 1, 2, and 15. Peptides from 1905 to 1909 were engineered to induce a kinked structure by utilizing proline from the original 1403 peptide sequence. Based on experimental findings, two peptides incorporating both strategies were synthesized: peptide 1910 fused the synthetic strategies applied to peptides 1904 and 1905, whereas peptide 1911 amalgamated those applied to peptides 1904 and 1909. Consequently, peptide 1911 exhibited significantly low toxicity and demonstrated superior sensitization efficacy at lower concentrations compared to other peptides. The development of peptide 1911, integrating both strategies, holds promise for achieving responsive antimicrobial effects at minimal toxicity levels within in vivo.
keywords : Sensitizer, Gram-negative bacteria, Antibiotics, Potentiator, physicochemical property, Cardiolipin, Cyclohexyl alanine, D-form substitution, Alpha helicity.
Student Number : 2021-27124그람-음성균의 외막은 박테리아 내부로 침투하기 위한 소분자 항생제에 대해 강력한 방해물로 작용합니다. 그람-음성균의 세포막을 통과하기 위한 그람-양성균용 항생제의 분자적 특성은 중성이 아닌 양전하, 구형 대신 평평한 구조, 낮은 유연성 및 높은 양친매성 모멘트가 요구됩니다. 따라서 그람-음성균의 세포막을 통과하기 위한 그람-양성균용 항생제의 개발은 특정한 물리화학적 특징이 요구되어 매우 어렵습니다. 이에 그람-양성균용 항생제의 통과가 가능할 수 있게 외막에 붙어 감응하는 감응 항균 펩타이드 개발에 중점을 두었습니다. 프롤린으로 접힌 구조를 이룬 α-헬릭스 펩타이드의 길이, 소수성 및 N-말단기에 대한 체계적인 조절을 통해 그들의 감응 능력을 향상시키기 위해 많은 변화와 노력을 하였습니다. 이 탐색의 결과로 리팜피신의 향상된 감응력을 나타내는 새로운 펩타이드 1403을 만드는 것에 성공하였습니다. 이 펩타이드는 생체 밖과 안에서 그람-양성균용 항생제를 효과적으로 감응시키는데, 기존의 항생제 개발 방법과 비교했을 때, "sensitizer" 접근법은 약물 개발 비용 및 약물 내성 발생 가능성과 같은 요소들을 고려할 때 더 유효한 전략으로 떠오르고 있습니다.
그람-양성균용 항균제를 감응 펩타이드와 공동으로 처리함으로써 그람-음성균을 치료하는 효과와 효율성 모두를 확인하였습니다. 더 나아가 감응 펩타이드와 공동으로 처리했을 때, 강력한 항균 능력을 나타내는 분자를 분석하기 위해 물리화학적 계산을 활용하여 연구 범위를 확장했습니다. 각 계열의 항생제에 따라 다양한 물리화학적 특징을 가지고 있고, 이를 3개 균에 펩타이드와 함께 효과를 확인해봄을써 이를 구분할 수 있었습니다.
중요한 것은 감응 펩타이드의 존재 하에 기존에 알려져있던 그람-음성균용 항균제의 제한적인 물리화학적 특징을 극복한다는 점입니다. 이는 감응 펩타이드를 통하여 알려져있는 틀을 붕괴시키고 더 넓은 범위에서 작용할 수 있다는 것을 시사합니다.
이후에는 후속 감응 펩타이드 개발을 위해 1403 펩타이드의 차세대 버전에 다양한 전략을 도입했습니다.
미토콘드리아는 특이한 지질 조성을 가진 세포 기관으로, 특히 내부 미토콘드리아 막에서 카디올리핀이 풍부한 독특한 지질 조성을 가지고 있습니다. 차세대 전략으로 미토콘드리아의 카디올리핀에 특이적으로 붙는다고 알려져 있는 아미노산은 사이클로헥실 알라닌이라는 아미노산인데, 이 아미노산을 이용하면 미토콘드리아 내로 침투할 수 있습니다. 그리고 카디올리핀은 박테리아 외막에도 많이 분포한다고 알려져 있습니다. 따라서 우리는 사이클로헥실 알라닌을 이용하여 그람-음성균에 더욱 특이적으로 반응할 수 있는 차세대 항균 펩타이드를 개발하고자 하였습니다.
이에 8세대 펩타이드 라이브러리를 구축하였고, 항균 능력을 확인하고자 했습니다. 타겟에 대한 높은 효율을 보여주었으나, 비교적 높은 소수성으로 인해 3개 이상의 아미노산 치환은 하지 않았습니다. 2개의 아미노산을 치환했을 때의 효과는 뛰어났으며, 감응 효과는 줄었으나, 펩타이드가 갖고 있는 항균 능력은 향상된 것을 확인할 수 있었습니다.
또 다른 개발 전략으로는 프로테아제 분해에 대한 펩타이드의 안정성을 향상시키기 위함이었습니다. 프로테아제 분해에 저항력이 있는 것으로 알려져 있는 D-형태의 아미노산 치환을 포함하여 펩타이드를 디자인하였습니다. 이러한 아미노산의 치환을 거친 후에는 기존 1403 펩타이드의 알파 나선성 성질을 감소시키는 것을 목표로 하였고, 알파 나선성을 줄이기 위해 프롤린을 이용하여 걲임 정도를 증가시키고자 하였습니다. 1, 2 및 15번째 위치의 리신에서의 D-형태의 아미노산 치환은 나선 모양을 줄이는 어려운 가능성을 고려하여 생략되었습니다.
결국 9세대 펩타이드 라이브러리를 구축하는 것에 성공하였습니다. 먼저, 1901에서 1904까지의 펩타이드는 기존 1403 펩타이드 서열의 5, 8, 9 및 12번째 위치의 리신을 D-형태의 리신으로 치환한 펩타이드이며, 그 중 1, 2 및 15번째 리신은 제외했습니다. 두 번째로 1905에서 1909까지의 펩타이드는 원래 1403 펩타이드 서열에서 프롤린을 이용하여 꺾인 구조를 가질 수 있게 유도되었습니다. 또한 실험 결과를 기반으로 두 전략을 모두 적용한 두 개의 펩타이드를 합성했습니다. 1910 펩타이드는 1904와 1905 펩타이드에 적용된 합성 전략을 융합하였고, 1911 펩타이드는 1904와 1909 펩타이드에 적용된 합성 전략을 융합했습니다. 결과적으로, 1911 펩타이드의 독성이 매우 낮았고, 낮은 농도에서 감응효과도 다른 펩타이드에 비해 매우 우수했습니다. 두 전략을 결합한 새로운 펩타이드 1911을 개발함으로써 생체 내에서 안정적이고 최소한의 독성을 가진 낮은 농도에서 항균제에 대한 감응 효과를 기대할 수 있습니다.Abstract ⅰ
Contents ⅴ
List of figures ⅷ
List of tables · ⅻ
Chapter Ⅰ. Unlocking potential to Gram-positive
antibiotics with peptide sensitization for
broad-spectrum antimicrobial activity against
Gram-negative bacteria
1. Abstract 1
2. Introduction 3
3. Experimental Section 7
3.1. Synthesis of peptides · 7
3.2. Minimum inhibitory concentration(MIC) assay · 8
3.3. Minimum hemolytic concentraion(MHC) assay 9
3.4. Flow cytometry assay 10
3.5. Cell viability assay · 11
3.6. Neutropenic murine thigh infection model 11
3.7. Protein synthesis inhibition assay 13
3.8. Neutropenic murine pneumonia model 14
3.9. Peptide structure prediction and modeling 15
3.10. Calculation of the physicochemical properties of the
antibiotics · 15
3.11. Definitions of physicochemical properties · 16
4. Results and Discussion · 19
4.1. A novel 1403 peptide generated by length
modification, Alascanning, and Nterminal fatty
acid capping 19
4.2. Identifying physicochemical properties of new novel
peptide 1403 22
4.3. Analysis of the in vitro efficiency of the novel
sensitizer peptide · 24
4.4. Analysis of the in vivo efficiency of 1403 · 29
4.5. Discovering 31 antibiotics potentiated by 1403 and
identifying their physicochemical properties ·· 31
4.6. Identifying the molecular physicochemical properites
of antibiotics potentiated by 1403, with a specific
focus on those categorized as protein synthesis
inhibitors · 43
5. Conclusions 58
6. References · 59
Chapter Ⅱ. Applying various strategies based on
1403 peptide
1. Abstract 64
2. Introduction 67
3. Experimental Section 69
3.1. Synthesis of peptides · 69
3.2. Minimum inhibitory concentration(MIC) assay · 70
3.3. Minimum hemolytic concentraion(MHC) assay 71
3.4. Cell viability assay · 72
3.5. Neutropenic murine pneumonia model 73
3.6. Peptide structure prediction and modeling · 74
4. Results and Discussion · 75
4.1. Development of 8th generation peptide library
targeting bacterial cardiolipin 75
4.2. Analysis of the in vitro efficiency of 8th generation
peptides 76
4.3. Analysis of the in vivo efficiency of 1812 peptide
· 83
4.4. Development of 9th generation peptide library aimed
at reducing alpha-helical property of 1403 peptide 87
4.5. Analysis of the in vitro efficiency of 9th generation
peptides 90
4.6. In vitro efficiency of peptides integrating the two
strategies 97
5. Conclusions 112
6. References · 114석
대두의 분지 사슬 아미노산 전이효소 과발현을 통한 가뭄 저항성 증대에 관한 연구
No full text학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 국제농업기술대학원 국제농업기술학과, 2024. 2. Choonkyun Jung.Among the abiotic stresses, drought is a critical factor that causes enormous crop production losses. Drought affects more than 40% of soybean yield losses. Plants have developed various mechanisms for responding to drought. One key strategy is accumulating osmoprotectants, such as organic and amino acids. In previous study, we identified that rice DROUGHT-INDUCED BRANCHED-CHAIN AMINO ACID AMINOTRANSFERASE (OsDIAT) was involved in drought tolerance via branched-chain amino acid (BCAA) metabolism. However, the drought-tolerant mechanism by BRANCHED-CHAIN AMINO ACID AMINOTRANSFERASE (BCAT) in soybeans has not yet been identified. In this study, we isolated soybean BRANCHED-CHAIN AMINO ACID AMINO TRANSFERASE5 (GmBCAT5), the homolog gene of OsDIAT, in the soybean genome. Like OsDIAT, GmBCAT5 was found to be localized in the cytosol, suggesting that it may be involved in BCAA synthesis. Furthermore, in vitro BCAT enzyme assays showed higher enzymatic activity in BCAA biosynthesis rather than degradation, confirming that GmBCAT5 is involved in BCAA synthesis. We generated GmBCAT5 overexpressing transgenic soybeans (GmBCAT5OX) and found that the content of BCAAs was significantly enhanced in the GmBCAT5OX. GmBCAT5OX showed substantially improved drought tolerance compared to NT plants (Williams82). Moreover, under drought conditions, GmBCAT5OX had enhanced ROS scavenging gene expression compared to WT plants, and this was confirmed by a significant reduction in hydrogen peroxide accumulation. These results support that GmBCAT5 enhances BCAA levels and acts as a positive regulator of drought tolerance by alleviating reactive oxygen species (ROS) accumulation.농업에 영향을 미치는 비생물적 스트레스 중 가뭄은 농업 생산에 막대한 손실을 초래하는 심각한 요인이다. 식물은 가뭄에 대비해 다양한 메커니즘을 개발해 왔으며, 그 중 핵심 전략 중 하나는 유기산 아미노산과 같은 삼투 보호제를 축적하는 것이다. 우리는 OsDIAT(ORAYZA SATIVA DROUGHT-INDUCED BRANCHED-CHAIN AMINO ACID AMINOTRANSFERASE)가 분지사슬 아미노산(BCAA) 대사를 통한 가뭄 내성에 관여한다는 사실을 확인한 선행 논문을 통하여 가뭄 저항성 콩을 개발하고자 하였다. 본 연구에서는 콩에 존재하는 총 7개의 BCAT 후보 중 OsDIAT와 상동성이 가장 높은 GmBCAT5(GLYCINE MAX BRANCHED-CHAIN AMINO ACID AMINOTRANSFERASE)를 이용해 가뭄 스트레스 저항성 개발에 활용할 수 있는지 확인했다. GmBCAT5의 특성을 파악하기 위해 세포 내 국소화를 수행한 결과, 세포질에 존재하는 것을 확인하였다. 또한 재조합 단백질을 생산하고 효소 활성을 분석하여 BCAA 합성, 특히 이소류신의 생합성에 관여하는 것을 확인했다. 실제로 식물에서 어떻게 작용하는지 알아보기 위해 대두 조직 배양을 통해 GmBCAT5 과발현 식물을 성공적으로 제작하였다. GmBCAT5 과발현 식물에서 BCAA의 함량이 현저히 증가한다는 것을 확인하였고 이를 이용하여 가뭄저항성을 확인한 결과 실제로 저항성을 가지는 것을 나타냈다. 또한 ROS와 관련한 TRX, SOD, 그리고 PRX와 같은 항산화와 관련한 유전자의 발현 또한 높아진 것을 확인하였다. 높아진 발현량을 바탕으로 가뭄 조건에서 초과산화물과 과산화수소의 축적의 변화를 측정하였는데 과산화수소가 GmBCAT5OX에서 현저히 감소하는 것을 발견했다. 이러한 결과는 GmBCAT5가 BCAA 수준을 상향 조절하고 가뭄 내성을 긍정적으로 조절하는 역할을 한다는 것을 시사한다Abstract .......................................................... i
Contents ....................................................... iii
List of Figures ............................................... v
List of Tables ............................................... vi
Introduction ................................................... 1
Materials and Methods .................................. 5
1. Vector construction and soybean transformation .......................5
2. Protoplast isolation from soybean ..............................................5
3. Subcellular localization in soybean protoplast ........................... 6
4. Total RNA isolation and Quantitative Real-Time PCR(qRTPCR) 7
5. Genomic DNA purification & Quantitative Real-Time PCR Copy
Number Assays................................................................................7
6. Protein induction and purification ...............................................8
7. Coomassie staining and Quantification of protein ......................9
8. Western blot.................................................................................9
9. Enzyme activity assay...............................................................10
10. Drought Tolerance Assay .......................................................10
11. Amino acid content analysis....................................................11
12. Histochemical detection of ROS..............................................11
13. Hydrogen peroxide measurement ..........................................11
14. Amino acid feeding and relative water contents test ............12
Result .......................................................... 13
1. Subcellular localization of GmBCAT5.......................................13
2. In vitro Enzyme activity assay of GST-GmBCAT5................13
3. Tissue culture for in vivo testing of GmBCAT5 ......................14
4. Selection of GmBCAT5
OX Candidate.........................................15
5. GmBCAT5OX improves Drought tolerance 16
6. GmBCAT5 engages in Reactive oxygen species (ROS) signal 17
Discussion ................................................... 47
References .................................................. 51
Abstract in Korea ........................................ 58석
동적 환경에서의 자율주행을 위한 예측 기반 거동 계획
No full text학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 기계공학부, 2024. 2. 이동준.This dissertation presents a prediction-based methodology of motion planning for autonomous driving in dynamic traffic environment to secure ride quality and safety.
Statistics reveal that accidents in the dynamic traffic situation such as lane change account for the majority of the accidents, indicating the necessity of the prediction-based motion planning in autonomous vehicles. For safe and comfortable driving, autonomous vehicles should monitor the traffic situation in predictive manner and respond to dynamic events proactively. Surrounding vehicle motions are predicted based on a deep learning model, given the information of the ego vehicle, surrounding vehicles, and lanes. A Recurrent Neural Network (RNN) applying Long Short-Term Memory (LSTM) is used for motion prediction. The model takes into account the historical evolution of the relation between a target vehicle and lanes to encode the lane-aware behaviors of the driver. Graph Convolutional Network (GCN) is also utilized with a self-attention mechanism to capture interactions between neighboring vehicles. The prediction model is trained with the driving dataset which is obtained from the test vehicle driving in the public road environment.
The motion planning is established for lane keeping and lane changing maneuvers. In the case of lane change, the decision-making process is required to investigate if the traffic situation is safe enough to activate the lane change mode. To inspect the availability of the lane change space, the feasibility and space sufficiency are investigated using the spatio-temporal corridor constructed using the states of surrounding vehicles. In this process, the set of lane crossing time which enables the safe lane change is determined according to the lane change space. The feasibility investigation process preserves the consistency of the decision making and motion planning of the lane change maneuver. The decision-making process determines the driving mode with the corresponding lane change target space and lane crossing time set.
The motion of autonomous vehicle is planned with the decoupled lateral and longitudinal dynamics. In the lane keeping mode, the lateral motion is planned to follow the centerline of the driving lane. The lateral motion trajectory for the lane change maneuver is planned based on a sampling method utilizing the predefined motion pattern which converges to the centerline of the target lane. The lane crossing time set is utilized in the trajectory sampling to secure the feasibility of the planned lateral motion. The longitudinal motion planning is established to maintain adequate clearance and adjust speed with surrounding vehicles. A Model Predictive Control (MPC) is designed to derive longitudinal trajectories for autonomous vehicles. Future trajectories of surrounding vehicles are utilized in the MPC problem to perform proactive maneuvers against cut-in motions of preceding vehicles. In the lane change mode, the results of the lateral motion planning are used to define the references and constraints of the MPC problem, which couples the lateral and longitudinal motion planning.
The performance of the proposed methodology has been investigated based on simulation studies and vehicle tests. Comparative studies indicate that the proposed prediction model improves the prediction accuracy compared to baselines. The simulation results show that the proposed motion planning algorithm enhances the safety and ride quality of autonomous vehicle. The autonomous driving test has been conducted with the test vehicle in real-world. The test results confirm that the proposed algorithm is applicable for autonomous driving in dynamic traffic environment.본 논문은 자율주행 차량의 동적 환경에서의 차선 유지 및 차선 변경을 위한 예측 기반 거동 계획 방법론을 제안한다. 동적으로 거동하는 주변 차량이 혼재되어 있는 도로 환경에서 자율주행 기능을 수행하면서 승차감과 안전성을 확보하는 것을 목표로 하였다.
교통 통계에서는 전체 교통 사고 중 차선 변경과 같이 동적 교통 상황에서 발생하는 사고가 높은 비율을 차지함이 발표되었다. 이는 자율주행 차량이 교통 사고를 방지하기 위해 예측 기반 거동 계획을 수립하는 것이 중요함을 의미한다. 안전성과 승차감이 보존된 주행을 위하여, 자율주행 차량은 주변 교통 상황을 예측적으로 확인해야 하고 동적 교통 상황 발생에 선제적으로 대응할 수 있어야 한다. 이를 위해 자차량 정보, 주변 차량 정보 및 차선 정보를 이용하여 주변 관심 차량의 거동이 예측되었다. 장단기 메모리 (Long Short-Term Memory) 기반 순환 신경망 (Recurrent Neural Network)이 차량 거동 예측 모델에 활용되었다. 예측 모델은 관심 주변 차량과 차선과의 관계에 대한 시계열 누적 정보를 활용하여 운전자의 차선 고려 거동 경향성을 인코딩하였다. 또한, 셀프 어텐션을 적용한 그래프 컨볼루션 신경망 (Graph Convolutional Network)을 예측 모델에 활용하여 이웃하는 차량들 간의 상호작용 경향성을 포착하였다. 예측 모델은 공도로에서의 시험 차량 운전을 통해 취득한 데이터 기반으로 훈련되었다.
자율주행 차량의 차선 유지 및 차선 변경을 위한 거동 계획 알고리즘이 제안되었다. 차선 변경 주행의 경우, 주변 교통 상황이 안전한지 검사하여 차선 변경을 수행할 조건을 확인하는 주행 결정 과정 (decision-making) 이 필요하다. 차선 변경 공간의 유효성을 확인하기 위해, 주변 차량의 상태 정보 기반으로 형성된 시공간 주행 가능 영역 (spatio-temporal corridor)를 활용하여 주행 실현 가능성(feasibility)과 공간 충분도를 검사하였다. 이 과정에서 안전한 차선 변경 주행이 가능한 차선 경계 통과 시간 (lane crossing time)의 집합이 도출되었다. 주행 실현 가능성 검사 과정은 주행 결정과 거동 계획 간의 일관성을 보장한다. 이에 따라 주행 결정 과정은 차선 변경과 관련한 주행 모드, 차선 변경 목표 공간 및 차선 경계 통과 시간 집합을 결정한다.
자율주행 차량의 거동 계획은 종방향과 횡방향 역학을 분리하여 수립되었다. 차선 유지 모드의 경우, 횡방향 거동은 주행 차선의 차로 중심선을 추종하도록 계획되었다. 차선 변경을 위한 횡방향 거동 경로는 목표 차선의 차로 중심선으로 수렴하는 사전 정의 패턴에 기반한 샘플링 방식에 의거하여 도출되었다. 차선 경계 통과 시간 집합은 횡방향 거동 경로 샘플링에 활용되어 횡방향 거동 계획의 주행 실현 가능성을 보장하게 하였다. 종방향 거동 계획은 주변 차량과 적절한 차간 거리를 확보하고 속도를 적응하는 목적에 의거하여 수립되었다. 자율주행 차량의 종방향 거동 경로 도출을 위해 모델 예측 제어 (Model Predictive Control)가 활용되었다. 전방 차량의 끼어들기 거동에 선제적으로 대응하기 위하여, 관심 차량의 미래 거동 예측 결과를 모델 예측 제어 문제에 반영하였다. 차선 변경 모드의 경우, 횡방향 거동 계획 결과가 종방향 모델 예측 제어 문제의 레퍼런스와 제약 조건 정의에 활용되었다. 이를 통해 횡방향 및 종방향 거동 계획을 커플링하였다.
제안된 알고리즘은 시뮬레이션 및 실차 시험을 통하여 평가되었다. 비교 분석 결과에 따르면, 제안된 차량 거동 예측 모델은 기존 예측 모델에 비하여 예측 성능이 개선되었다. 시뮬레이션 결과에 따르면, 제안된 거동 계획 알고리즘은 자율주행 차량의 안전도 및 승차감을 향상시켰다. 제안된 알고리즘은 자율주행 시험 차량에 적용되어, 실제 도로 환경에서 자율주행 기반으로 검증되었다. 시험 결과에 따라 제안된 알고리즘은 동적 교통 환경에서 시험 차량의 자율주행을 가능하게 함을 확인하였다.Chapter 1. Introduction
1.1. Research Background and Motivation
1.2. Previous Researches
1.2.1 Research on Surrounding Vehicle Prediction
1.2.2 Research on Decision-Making for Lane Change
1.2.3 Research on Motion Planning
1.3. Thesis Objectives
1.4. Thesis Outline
Chapter 2. Overall Structure
2.1. Software Configuration
2.2. Hardware Configuration of Test Vehicle
2.3. Vehicle Test Environments
Chapter 3. Surrounding Vehicle Prediction
3.1. Outlines of Surrounding Vehicle Prediction
3.2. Deep Neural Network based on LSTM-GCN
3.2.1 Input/Output Description
3.2.2 Network Architecture
3.2.3 Dataset Collection
3.2.4 Implementation Details
Chapter 4. Decision-Making
4.1. Outlines of Decision-Making
4.2. State Sequence Set Generation
4.3. Lane Change Space Evaluation
4.3.1 Feasibility Evaluation
4.3.2 Space Sufficiency Evaluation
Chapter 5. Motion Planning
5.1. Outlines of Motion Planning
5.2. Lateral Motion Planning
5.3. Longitudinal Motion Planning
Chapter 6. Performance Evaluation
6.1. Prediction Accuracy Evaluation
6.2. Driving Performance Evaluation in Lane Keeping Scenario
6.2.1 Simulation Studies
6.2.2 Vehicle Tests
6.3. Driving Performance Evaluation in Lane Change Scenario
6.3.1 Simulation Studies
6.3.1.1 Qualitative Analysis
6.3.1.2 Quantitative Analysis
6.3.2 Vehicle Tests
Chapter 7. Discussions
7.1. Expected Contributions to Industries
7.2. Limitations
Chapter 8. Conclusion & Future Works
8.1. Conclusion
8.2. Future Works
Bibliography
Abstract in Korean박
수면무호흡 위험과 당뇨전단계의 관계
No full text학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 보건대학원 보건학과(보건학전공), 2024. 2. 조성일.Introduction The association between obstructive sleep apnea (OSA) and prediabetes using STOP-Bang questionnaire is unknown. We aimed to investigate prevalence of prediabetes among people according to sleep apnea status. Methods This cross-sectional study included 10131 Korean adults without diabetes with information of STOP-Bang score were identified from the dataset of the Korea National Health and Nutrition Examination Survey (KNHANES) 2019-2021. Prediabetes was categorized into three subsets: fasting plod glucose only (fasting blood glucose 100-125 mg/dL, HbA1c <5.7%), HbA1c only group (fasting blood glucose <100mg/dL, HbA1c 5.7-6.4%) and both FBG and HbA1c group (FBG 100- 125mg/dL, HbA1c 5.7-6.4%). We used multivariable logistic regression to see the odds ratio (ORs) and 95% confidence intervals (CIs) for prediabetes. Results There were 3828 subjects who reported STOP-Bang score of ≥3, which shows increased risk of OSA. Multivariable- adjusted OR (95% CI) for prediabetes meeting both FBG and HbA1c comparing STOP-Bang score of ≥3 with <3 was 1.06 (1.01-1.12). In further evaluation of separate gender groups, statistically significant results were seen in women. The multivariable adjusted result correlated with that of the total population. (OR 1.20, 95% CI 1.10-1.30) This was more prominently seen in postmenopausal women. (OR 1.21, 95% CI 1.11-1.32) Conclusion In Korean general population, the odds of the risk of OSA was significant in prediabetes group meeting both FBG and HbA1c, especially in postmenopausal women. Keyword: obstructive sleep apnea, prediabetes, STOP-Bang questionnaire, sex-specific Student Number: 2021-28017연구배경: STOP-Bang 설문지를 사용한 수면 무호흡증 (OSA)과 당뇨 전단계 사이의 연관성은 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 국민건강영양조사 자료를 바탕으로 STOP-Bang 점수에 따른 당뇨 전단계의 관계를 확인하고자 한다.
방법: 2019-2021년 국민건강영양조사 원시자료를 이용하여 STOP-Bang 점수의 정보가 있으며 당뇨병이 없는 10131명의 한국 성인을 대상자로 하였다. 당뇨 전단계는 세개로 분류되었다: 공복 혈당만 해당되는 경우 (공복 혈당 100-125 mg/dL, HbA1c <5.7%), HbA1c만 해당되는 경우 (공복 혈당 <100mg/dL, HbA1c 5.7-6.4%) 및 FBG와 HbA1c 모두 해당되는 경우 (FBG 100-125mg/dL, HbA1c 5.7-6.4%). 교란변수 보정 후 복합표본 로지스틱 회귀분석을 시행하여 오즈 비율 (ORs)과 95% 신뢰 구간 (CIs)을 확인하였다.
결과: 연구 대상자 중 STOP-Bang 점수가 ≥3점에 3828명이 해당되었으며, 이는 OSA의 높은 위험을 나타낸다. 복합표본 로지스틱 회귀분석 결과 STOP-Bang 점수가 <3점인 경우와 비교하여 ≥3점인 군에서 FBG와 HbA1c 둘 다 만족하는 당뇨 전단계의 오즈비는 1.06 (95% CI 1.01-1.12)였다. 성별을 나누어 분석한 결과, 통계적으로 유의한 결과가 여성에서 보였다. 복합표본 분석 결과는 전체 연구 대상자의 결과와 일치했다. (OR 1.20, 95% CI 1.10-1.30) 이는 특히 폐경 후 여성에서 더욱 두드러지게 나타났다. (OR 1.21, 95% CI 1.11-1.32)
결론: 한국 일반 인구에서, FBG와 HbA1c 둘 다 만족하는 당뇨 전단계에 해당하는 사람에서 OSA의 위험과 관계가 있었다. 이는 특히 폐경 후 여성에서 결과가 두드러졌다.Chapter 1. Introduction 1
Chapter 2. Body . 3
Chapter 3. Conclusion 18
Bibliography 19
Abstract in Korean . 22석
스토캐스틱 휘발성 멤리스터를 이용한 확률적 컴퓨팅
No full text학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 재료공학부, 2024. 2. 황철성.인공 지능의 등장과 발전으로 다양한 분야에서는 거대한 양의 데이터를 처리하고 조합 최적화 문제(COPs)를 해결하는 방법의 중요성이 강조되고 있다. 폰 노이만 아키텍처를 기반으로 한 현대 컴퓨터는 구조의 약한 병렬성과 메모리 및 중앙 처리 장치 간의 메모리 병목 현상으로 인해 대량의 데이터를 처리하는 데 제약이 있다. 이 문제에 대응하기 위해 확률적 컴퓨팅(PC)이라는 혁신적인 컴퓨팅 알고리즘이 제안되었으며, 이를 통해 다양한 종류의 최적화 문제에 대한 해결 속도가 가속화되었다. PC는 확률적 비트(p-bits)를 사용하여 0 또는 1의 확률적 진동을 생성하며, 이는 기존의 디지털 비트의 방식과 대조적이라고 할 수 있다. P-bit은 내재적으로 산포를 가지는 메커니즘으로 동작하는 물리적 소자로 구성될 때 더욱 강력한 컴퓨팅 단위로 작용할 수 있다. 한편, 외부 전압 신호에 따라 저항 상태를 조절할 수 있는 memristors의 확률적 거동을 이용해 이러한 p-bits의 특성을 모방할 수 있다.
본 연구의 첫 파트에서는 다양한 종류의 휘발성 멤리스터를 활용하여 p-bit을 구현하였다. Ag/HfO2/RuO2 (AHR), Cu0.1Te0.9/HfO2/Pt(CTHP), 및 실리콘 기반의 biristor의 확률적 휘발성 스위칭 특성이 탐구되었다. 이러한 휘발성 멤리스터를 주변 전기 회로와 결합하여 p-bit을 구현하였고, 확률적 디지털 출력을 얻을 수 있었다. 각 멤리스터 p-bit에 대해 에너지 모델을 기반으로 한 확률적 계산에 중요한 시그모이드 입력-출력 관계를 확인하였다. 하드웨어 구현을 위해 멤리스터 기반 p-bit의 전력 소모, 시그모이드 특성 등을 비교하였다. 멤리스터 기반 p-bit은 기존의 p-bit들에 비해 상대적으로 낮은 계산 성능, 간단한 제작 과정, 높은 확장성을 가지고 있다
본 연구의 두 번째 부분에서는 멤리스터 기반 p-bit을 바탕으로 실시간 연산이 가능한 PC 하드웨어 플랫폼을 제안하였다. 첫 번째 파트에서 검증된 멤리스터 기반 p-bit 중 큰 동작 전압 범위와 높은 동작 전류를 가진 Ag 기반 휘발성 멤리스터가 회로의 저항-캐패시터 (RC) 시간 지연을 최소화할 수 있어 하드웨어 적용에 선택되었다. Ag-기반 멤리스터를 시냅스 연산을 담당하는 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)에 연결한 하드웨어 구조를 제안하였고, 이러한 전기 측정 플랫폼을 사용하여 시그모이드 입력-출력 특성을 얻었다. 또한 가장 기본적인 COP 유형 중 하나인 역방향 연산이 가능한 Boolean 논리 연산이 PC 하드웨어를 통해 실시간으로 수행되었다. 나아가 기본적인 Boolean 논리 게이트의 확장인 최대 만족성(Max-SAT) 문제를 소자 특성을 바탕으로 한 시뮬레이션을 통해 높은 계산 정확도로 해결하였다. 이를 통해 멤리스터 PC 하드웨어의 확장 가능성 및 고효율 COP 연산 가속기로의 잠재성을 확인했다.With the emergence and development of artificial intelligence in a wide range of fields, handling huge amounts of data and solving combinatorial optimization problems (COPs) is gaining importance. Modern computers based on von Neumann's architecture have drawbacks when processing big data due to their poor parallelism of the structure and high energy consumption from the memory bottleneck between the memory and the central processing unit. To tackle the above-mentioned problem, a novel computing algorithm called probabilistic computing (PC) was proposed to accelerate the speed of the solution to various COPs. PC uses probabilistic bits (p-bits) to generate probabilistic oscillation of 0 or 1, in contrast to the conventional digital bits. The p-bits can act as powerful computing units when they are built with physical devices that can inherently exhibit stochastic switching behavior. This kind of characteristics of p-bits can be mimicked by the stochastic nature of memristors, in which the external voltage bias tunes the resistance state. In the first part of this study, p-bits were demonstrated with various types of volatile memristor devices. The stochastic threshold switching (TS) properties of Ag/HfO2/RuO2 (AHR), Cu0.1Te0.9/HfO2/Pt (CTHP), and silicon-based biristor were explored. The volatile memristors were combined with peripheral electrical circuits to constitute the p-bits, generating a probabilistic digital bitstream. The sigmoidal input-output relationship crucial for probabilistic computation based on energy models was demonstrated for each type of memristor-based p-bit, and the p-bits were compared for the hardware compatibility for probabilistic computation. The memristor-based p-bits have low computational power, a simple fabrication process, and high expandability compared with their counterparts. In the second part of this study, a novel PC hardware platform using memristor-based p-bits was presented. Among the memristor-based p-bits investigated in the first part, the Ag-based volatile memristor was chosen for its large operation voltage range and high stability in high-current operation, which can mitigate the resistance-capacitance (RC) time delay of the digital circuit. The memristor-based p-bits were connected to a microcontroller unit (MCU) for the synaptic calculations. The sigmoid input-output property was obtained using the electrical measurement platform. Furthermore, the fundamental type of COP, the invertible Boolean logic operations, were performed with the PC hardware. Moreover, a maximum Boolean satisfiability (max-SAT) problem, equivalent to an expansion of basic Boolean logic gates, was also solved with high computation accuracy by simulation, showing the expandability of the electrical PC system. This work demonstrates the new electrical computing platform by processing the probabilistic properties of analog memristive devices, providing the framework of the extensible tool for solving combinatorial optimization problems. Keywords: Probabilistic Computing, Ising Machine, Memristor, VolatileAbstract iii
Table of Contents vi
List of Tables viii
List of Figures ix
List of Abbreviations xviii
1. Introduction 1
1.1. Probabilistic Computing for Solving Combinatorial Optimization Problems 1
1.2. Objective and Chapter Overview 7
1.3. References 9
2. Volatile Memristor-based Probabilistic Bits 11
2.1. Introduction 11
2.2. Experimental 17
2.3. Results and Discussions 23
2.4. Conclusion 60
2.5. References 62
3. Probabilistic Computing Hardware with Memristors 70
3.1. Introduction 70
3.2. Experimental 73
3.3. Results and Discussions 75
3.4. Conclusion 115
3.5. References 117
4. Conclusion 120
Curriculum Vitae 122
List of publications 127
Abstract (in Korean) 130박
모델 불확실성 토크 학습을 통한 내재센서 기반 휴머노이드 로봇의 외력 관절 토크 추정
No full text학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 융합과학기술대학원 융합과학부(지능형융합시스템전공), 2024. 2. 박재흥.This thesis presents novel research in the field of external joint torque estimation for humanoid robots, addressing the challenges associated with model uncertainty and the practical applicability of external torque estimation in real-world scenarios. Conventional momentum-based disturbance observers (MOB) offer a promising approach for estimating external joint torques without the need for additional sensors. However, their estimation performance is hindered by model uncertainty, which includes modeling errors and joint friction, particularly in high-dimensional floating-base humanoid robots, limiting their utility in force control and collision detection.
In response to these challenges, we introduce a new method, referred to as MOB-Net, which achieves pure external joint torque estimation. MOB-Net leverages internal sensors, including an inertial measurement unit (IMU) on the pelvis and joint encoders, to learn and calibrate the model uncertainty torque in the MOB residual signals. This approach is designed with a limb-modularized structure, aligning with the tree structure of humanoids, providing an inductive bias. This network architecture ensures not only real-time computation with an efficient network structure but also enhances learning performance by supplying only relevant input features to the network. Importantly, MOB-Net enables the estimation of external joint torques in generalized coordinates, encompassing- ing whole-body joints and virtual joints of the floating-base robot. Collision detection and collision reaction strategies for humanoid robots are presented, utilizing the estimated external torques in the whole-body joints.
Our method significantly reduces estimation errors compared to traditional MOB approaches, and its robust performance is validated through extensive simulations, real robot experiments, and ablation studies. To demonstrate the robustness and practicality of MOB-Net, we present three key applications. Firstly, MOB-Net seamlessly integrates into our walking controller, achieving comparable walking performance to force/torque sensor (FTS) feedback without the need for additional sensors. Secondly, we demonstrate various collision detection and reaction scenarios using our proposed collision handling method. Finally, we introduce a hand-guiding approach for physical human-robot interaction, conducting a user study to illustrate the effectiveness of our method in enabling non-experts to intuitively move a full-size humanoid robot as desired.
In summary, this thesis contributes a groundbreaking approach to external joint torque estimation in humanoid robots, addressing the challenges of model uncertainty learning, and expanding the practical applications of the proposed method. Through extensive validation and real-world applications, MOB-Net emerges as a robust and versatile solution with wide-ranging implications for the field of robotics.이 논문은 인간형 로봇의 외력 관절 토크 추정 분야에 대한 혁신적인 연구를
제시하며, 모델 불확실성과 추정된 외력을 보행 제어와 현실적인 충돌관련 문제에
적용하는것을다룬다.기존의운동량기반의외란감지기(MOB)는추가적인센서
없이 외력 관절 토크를 추정할 수 있는 유용한 추정 방법이다. 그러나 이러한 모델
기반 알고리즘의 성능은 모델 불확실성에 의해 제약을 받는다. 모델 불확실성은
모델링 오류와 관절 마찰을 포함하며, 특히 다관절의 부동 기저 휴머노이드 로봇
에서는 그 오차가 더욱 커, 전통적인 MOB를 힘 제어 및 충돌 감지에 사용하기에
어려움이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 MOB-Net이라는 새로운 방법을 소개한다.
MOB-Net은 골반에 부착된 관성 측정 장치 (IMU) 및 관절 엔코더를 포함한 내
부 센서를 활용하여 MOB의 신호에서 모델 불확실성 토크를 학습하고 보정한다.
이 방법은 휴머노이드 로봇의 가지 구조와 일치하는 네트워크 구조를 활용한 지
체 모듈화 구조로 설계되었다. 이 네트워크의 구조는 효율적인 네트워크 구조로
실시간 계산을 보장하며 네트워크에 필요한 입력 정보만 제공하여 학습 성능을
향상시킨다. 중요한 것은 MOB-Net이 부동 기저 로봇의 전체 관절과 가상 관절을
포함한 일반화된 관절 좌표에서 외부 관절 토크를 추정할 수 있다는 점이다. 전신
관절에서 추정된 외력 토크를 활용하여 휴머노이드 로봇의 충돌 감지 및 충돌 반응
전략을 제시한다.
우리의 방법은 전통적인 MOB 접근법에 비해 추정 오차를 크게 감소시키며,
기존 순수 데이터 기반 딥러닝 방법에 비해 학습분포 밖 데이터에 대해 더 견고한
성능을 보였다. 이러한 방법의 견고한 성능을 광범위한 시뮬레이션, 실제 로봇 실험
및 ablation study를 통해 검증했다. MOB-Net의 높은 외력 토크 추정성능과 실용
성을 보여주기 위해 세 가지 주요 응용 사례를 제시한다. 첫째, MOB-Net은 기존
보행 제어기에 통합되어 힘/토크 센서를 포함한 추가적인 센서 없이 안정적인 보행
이 가능했으며, 힘/토크 센서 (FT 센서) 피드백 제어를 사용한 보행과 유사한 보행
성능을 보였다. 둘째, 우리가 개발한 충돌 대응 방법을 사용하여 다양한 상황에서
휴머노이드 로봇이 충돌을 감지하고 대응하는 시나리오를 보여주었다. 마지막으
로, 인간과 로봇 간의 물리적 상호 작용을 통한 hand-guiding 방법을 소개하고,
사용자 연구를 통해 비전문가들이 사람크기의 휴머노이드 로봇을 직관적으로 원
하는 위치까지 손쉽게 움직일 수 있는 방법을 제시했다.
요약하면, 이 논문은 휴머노이드 로봇의 외부 관절 토크 추정 분야에 혁신적인
접근 방식을 제안하며, 모델 불확실성 문제를 해결하고 제안된 방법의 실제 응용
사례를 제시한다. 광범위한 검증 실험 및 실제 응용을 통해 MOB-Net은 로봇 공학
분야에 중요한 영향을 미칠 견고하고 다재다능한 솔루션이다.Abstract i
Contents iii
List of Tables vi
List of Figures viii
1 Introduction 1
1.1 Motivation 1
1.2 Contributions of Thesis 5
2 Related Work 7
2.1 Model Uncertainty Handling in External Torque Estimation 7
2.2 Collision Handling for Legged Robot 10
3 Problem Formulation 13
3.1 Rigid Body Dynamics of Floating-base Robot 13
3.2 Momentum Observer (MOB) 14
3.3 Uncertainty Torque 16
3.3.1 Modeling Error 17
3.3.2 Friction Torque 17
3.3.3 Sensor Noise 18
3.4 Problem Definition 19
4 Model Uncertainty Torque Learning for Pure External Torque Estimation 21
4.1 MOB-Net Architecture 21
4.2 Input Feature and Target Value 25
4.2.1 Quality of Information 27
4.2.2 Potential Target Task 28
4.2.3 Cost of Data Collection 29
4.3 Data Collection 30
4.3.1 Random Torque Exploration (RTE) 35
4.4 Training 35
4.5 Spectral Normalization and Input Scaling 37
5 Collision Handling for Safe Humanoids 40
5.1 Collision Detection, Isolation, and Identification 41
5.2 Collision Classification 43
5.3 Collision Reaction Strategy: Impact and Push Reaction 46
6 Experiment 53
6.1 Comparison of External Joint Torque Estimation Performance in Simulation 54
6.2 Comparison of External Joint Torque Estimation Performance in Real Humanoid Robot 65
6.3 Comparison of Collision Detection Performance 75
6.4 Sensitivity of Collision Detection and Reaction 79
7 Ablation Study 83
7.1 Network Structure Comparison 83
7.2 Effectiveness of Random Torque Exploration 87
7.3 Network Size and Training Data Size 88
8 Application 91
8.1 Sensorless Contact Wrench Control using MOB-Net for Bipedal Walking 91
8.2 From Collision Detection To Reaction Scenario 93
8.3 Validation of the Physical Hand Guiding Method for Moving Humanoid Robot 96
9 Conclusions 100
9.1 Limitations and Future Works 102
Abstract (In Korean) 121박
불완전하고 잡음이 있는 피처를 이용한 강화학습
No full text학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 데이터사이언스대학원 데이터사이언스학과, 2024. 2. 오민환.We study the online reinforcement learning (RL) with value-based function approximation upon partially observable and noisy features. Existing provably efficient RL researches that utilize a feature-based function approximation assumes that a feature map reflecting the structural characteristics of the markov decision process (MDP), referred to as a latent feature is known to an agent in advance (Jin et al. [2020]; Yang and Wang [2020]). In the real world, this assumption is unrealistic and an agent can only observe some features other than latent features and these observable features often contain noise, such as measurement error. In other words, observable features are generated by the mechanism of the underlying MDP, along with noise that is unrelated to this MDP.
We formulate this problem setting with the concrete definition on partially observable and noisy feature in Chapter 3. An agent in this scenario does not know the exact state of the underlying MDP, but only observes noisy features. At this point, our study focuses on whether provably efficient reinforcement learning is possible with noisy features. We propose and analyze two algorithms: LSVI-UCB-NF adapted from LSVI-UCB in Jin et al. [2020] and GOLF-NF adapted from GOLF in Jin et al. [2021]. Each corresponds to linear function approximation and general function approxima tion, respectively. With some distributional assumption on the noise, we only assume that there exists an unknown decoder map that can decode noise-removed observable features into latent features.
We derive regret bounds expressed in terms of the variance of the noise for each algorithm, and analyze the conditions for sample-efficient learning. In the case of linearfunction approximation, we support the theory with experiments. Compared to fully observable MDPs, our scenario is challenging due to the influence of noise, resulting in non-stationary policies and reduced learning performance. Therefore, we consider the impact of noise when evaluating policies. And in order to sustain optimism for strategic exploration, we quantify the impact of noise in our analysis. We expect that the approaches employed in this study will be beneficial for researching environments with noisy features, aligning more closely with real-world scenarios.본 논문에서는 불완전하고 잡음이 있는 피처에 기반하여 함수 근사방법을 사용하는 온라인 강화학습을 연구합니다. 불완전하고 잡음이 있는 피처를 기반으로 하는 본 시나리오에서 에이전트는 MDP의 정확한 상태를 알 수 없습니다. 본 연구는 이와 같은 상황에서 증명가능한 효율적인 강화학습이 가능한지 여부를 연구합니다. 우리는 두 가지 알고리즘을 제안하고 분석하였습니다. 각각은 선형 함수 근사화와 일반 함수 근사화 방법에 대응합니다. 분석을 위해 잡음의 분포에 대한 가정을 부과하였으며, 잡음이 제거된 피처는, MDP의 상태에 대한 정보가 담겨있다는 점에서, 잠재 피처로 복원할 수 있다고 가정하였습니다.
잡음 분포의 분산으로 표현되는 알고리즘의 후회 상한을 도출하였고, 효율적인 학습을 위한 조건을 분석하였습니다. 그리고 선형 함수 근사법의 경우 실험을 통해 이론을 뒷받침하였습니다. 우리의 문제 상황에서는 에이전트의 정책이 비정상적(non-stationary)이기 때문에 정책을 평가할 때 잡음이 미치는 영향을 고려하였습니다. 또한 전략적 탐색을 위해 낙관론(optimism)이 유지될 수 있도록 잡음이 미치는 영향을 정량화하였습니다. 본 연구에 사용된 접근 방식이 잡음이 있는, 보다 현실적 인 시나리오를 연구하는 데 도움이 될 것이라 기대합니다.ABSTRACT i
CONTENTS iii
1 INTRODUCTION 1
1.1 Related works 2
1.2 Research Question 4
1.3 Approach and Challenges 4
1.4 Contribution 5
2 PRELIMINARIES 7
3 PARTIALLY OBSERVABLE AND NOISY FEATURES (NF) 10
4 LINEAR FUNCTION APPROXIMATION IN LINEAR MDPS 14
4.1 Algorithm : LSVI-UCB-NF 16
4.2 Main Results 17
4.3 Numeric Experiments 20
5 GENERAL FUNCTION APPROXIMATION 22
5.1 Preliminaries: Bellman Eluder (BE) Dimension 22
5.2 Generalization of Bellman Operator 24
5.3 Problem Setting 26
5.4 Algorithm : GOLF-NF 28
5.5 Main Results 29
6 CONCLUSION 32
Appendix 33
Bibliography 69
ABSTRACT (IN KOREAN) 72
ACKNOWLEGEMENT 73석
생체모방 미세유체시스템 내 치수 이식을 통한 치아재생 유도
No full text학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 농업생명과학대학 바이오시스템공학과, 2024. 2. Ghiseok Kim.Root canal treatment is a dental process by which infected pulp is replaced with synthetic material. It is performed when the progression of the pulpal inflammation is irreversible. However, removing the pulp which has vital functions in nourishing and repairing the tooth can be fatal to dental health in long-term. Therefore, there have been many research efforts on preserving pulp vitality from irreversible pulpitis. Recent advancements in stem cell therapy find their application in autologous dental pulp stem cells (DPSCs) in place of the synthetic tooth fillings. In brief, DPSCs from ones extracted tooth are transplanted on disinfected pulp cavity to restore dentin that is essential for stable functioning of the pulp. The therapy has shortage of clinical data to verify its feasibility and potential efficacy. In vitro studies that are as physiologically relevant to the clinical trials, while highly reproducible and being free of ethical issues, is a perfect measure to carry out the purpose. Thereby, we developed a microfluidic system based organ-on-a-chip to simulate treatment conditions. To precisely characterize in vivo microenvironment, three biomimetic features; (i) a dentin like bioactive cement, (ii) a cell-lining micropattern and (iii) an odontogenic medium were incorporated into the microfluidic system. Comparative studies with control groups suggested that DPSCs cultured in biomimetic microfluidic system showed markedly high deposition of calcium and expression of dentin sialophosphoprotein. In conclusion, reparative dentin formation has been verified in organ-on-a-chip of near-physiologic level reconstitution and the findings suggest possibility of organ-on-a-chip as a novel preclinical model to accurately predict clinical outcomes.
Keywords: Auto-transplantation, Microfluidic system, Dental pulp stem cells, Dentin치아의 심한 치근 치료를 위해서는 손상된 치수를 합성 물질로 대체하는 치근 치료가 가장 일반적으로 사용됩니다. 그러나 치수와 치수의 생리학적 기능의 부재는 치아의 색상과 구조를 서서히 잃게 만듭니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 치수를 보존한 상태에서 치아를 덮어 치수의 기능을 계속 유지시키는 치수 치료가 주목받고 있습니다. 비록 임상 적용이 시작되었지만, 그 규모는 제한적일 뿐만 아니라, 대수의 경우 비심각한 경우이며 성공률이 불안정합니다. 따라서, 생리학적유사성이 상당하고, 높은 재현성을 가지고 윤리적 문제 또한 없는, 체외 연구를 통하여 치수캐핑에 대한 치수의 반응을 이해하고 기술을 개선하는 데 필요한 연구를 하고자 합니다. 위 논문에서는 마이크로유체 시스템에서 치근 치료 상황을 모사하여 치수 줄기 세포를 칼슘 인산염 시멘트에 수직으로 배치하여 배양하였고, 이는 캐핑 재료에 부착하여 치아형성 매질을 생산하는 치수세포를 모사한 것입니다. 이러한 생체모방을 통하여, 캐핑에 따른 치수의 세포 독성, 골형성 및 치형성 반응을 확인하였습니다.
핵심어: 마이크로유체 시스템, 상아질, 치수 세포Abstract 3
Table of Contents 4
List of tables 5
List of figures 7
List of terms and abbreviations 8
1. Introduction 9
2. Objectives 12
3. Background and literature reviews 14
3.1. Organ-on-a-chip 14
3.2. Tooth-on-a-chip 15
3.3. Calcium phosphate scaffold as a capping material 15
3.4. Odontoblast-like cells differentiation and dentin secretion 16
4. Materials & methods 19
4.1. Design of microfluidic system 19
4.2. Fabrication of bioactive cement 19
4.2.1. Cytotoxicity Test 20
4.2.2. Material property test 20
4.2.3. Field emission scanning electron microscopy 20
4.3. Fabrication of cell lining surface using soft lithography 21
4.3.1. Cell attachment and proliferation assay 21
4.3.2. Cell alignment on cell lining surface 22
4.4. Medium optimization for odontogenic differentiation 22
4.4.1. Alizarin red staining 23
4.4.2. Alkaline phosphatase assay 23
4.5. Fabrication and assembly of microfluidic system 24
4.6. Computational fluid dynamics analysis 24
4.6.1. Shear stress distribution 25
4.7. Cell culture in the microfluidic system 26
4.7.1. Extracellular matrix coating 26
4.7.2. Alizarin red staining 26
4.7.3. Immunocytochemistry 26
5. Results 27
5.1. Design of microfluidic system 27
5.2. Fabrication of bioactive cement 27
5.3. Fabrication of cell lining surface using soft lithography 28
5.4. Medium optimization for odontogenic differentiation 28
5.5. Computational fluid dynamics analysis 29
5.6. Cell culture in the microfluidic system 30
6. Discussion 31
6.1. Microfluidic system design and c onsiderations 31
6.2. Cell culture and differentiation in Microfluidic system 32
6.3. Reparative dentin formation 33
7. Conclusion 34
8. Reference 50
국문초록 53석
치주복합체의 항상성에 기여하는 Runx2
No full text학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 치과대학 치의과학과, 2024. 2. 임원희.Runx2 heterozygosity alters homeostasis of the periodontal complex Ni Xiong Department of Orthodontic, graduate school, Seoul National University (Directed by Professor Won Hee Lim, DDS, MS, PhD.) Background and Objective: Heterozygous loss of Runx2 (Runx2+/-) is known to cause dental anomalies. However, a detailed study of the periodontium in Runx2+/- mice has not been performed during adulthood. This study aimed to observe the effects of Runx2+/- on homeostasis of the periodontal ligament(PDL) space. Materials and Methods: Three-month-old Runx2+/- mice (n=7) and their wild type (n=7) littermates were examined using micro-computed tomography, histology, and immunohistochemistry for bone turnover, osteogenic factors, cell proliferation, and collagen organization. Phenotypic changes in the dentin, cementum, and PDL were characterized and quantified. Results: In Runx2+/- mice, the followings were observed: irregular surfaces of cementum, markedly decrease in osteogenic factors, alkaline phosphatase (ALP) activity, cell proliferation, apoptosis, irregular attachment of the collagen fibers in the PDL space into the cementum and absence of continuous thickness of cementum. Conclusion: Heterozygous loss of Runx2 altered the organization of collagen fibers in the PDL space with uneven surfaces of the cementum. Collectively, these data implied the role of Runx2 in homeostasis of the PDL space and cementum. keywords : Runx2 heterozygosity, cementum, collagen fiber, osteogenic factors, periodontal ligament, Student Number : 2021-318531. 배경 및 목적:
치아 발생기에 Runt-related transcription factor 2 (Runx2)의 heterozygosity(Runx2+/ - )는 치아 및 주변조직의 기형을 야기한다. 그러나 Runx2 유전자가 성인기에 상아질, 백악질 및 치주 인대의 항상성 유지에 관여하는 것에 대해서는 알려진 바가 거의 없다. 따라서, 본 연구의 목적은 Runx2+/ -가 성인기 동안 치주 복합체의 항상성에 미치는 영향을 관찰하는 것이었다.
2. 방 법
3개월령 Runx2+/ - 생쥐 (n=7) 와 이들의 대조군 (n=7) 에서 미세 전산화 단층촬영 (micro-computed tomography), 조직학 및 면역조직화학적 방법 등을 이용하여 상아질, 백악질과 치주인대 등 치주복합체의 변화를 관찰하고 정량화했다.
3. 결 과
Runx2+/ - 생쥐에서 백악질 연속성의 부재가 관찰되었다. Runx2의 heterozygosity는 치주인대 공간에서 세포 증식과 세포 자멸 (apoptosis)의 감소가 관찰되었다. 또한, 교원섬유 (collagen fiber)의 불규칙적인 백악질로의 부착이 야기되었다.
4.결론
본 연구결과는 Runx2가 백악질과 치주섬유인대공간의 항상성유지에 중요한 역할을 함을 의미한다.I. INTRODUCTION ·1
II. MATERIALS AND METHODS ·3
III. RESULTS 9
IV. DISCUSSION 13
V. CONCLUSIONS 17
REFERENCES 18
Figures ·21
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