This  paper describes the  methodology for  system  description and  application so that  the system  can  be  managed using  real  time  system  adaptation. The  term  system  here  can represent any structure regardless its size or complexity (industrial robots, mobile robot navigation, stock market, systems of production, control systems, etc.). The methodology describes the  whole  development process  from  system  requirements to software tool  that will be able to execute  a specific system  adaptation. In this  work,  we propose approaches relying  on machine learning methods (Bishop,  2006), which  would enable  to characterize key patterns and  detect  them  in real  time  and  in their altered form as well. Then, based  on the pattern recognized, it is possible to apply a suitable intervention…

In  recent  years,  the  scientific  community  has  had  an  increased  interest  in  exploring the asteroids of the solar system (JAXA/ISAS,  2003; JHU/APL,  1996; NASA/JPL,  2007). Technological advances have enabled mankind for the first time to take a closer look at these small solar system objects through sensors and instruments of robotic deep space probes. However, most of these space probe missions have focused on the reconnaissance of the asteroids’ surfaces and their compositional analysis from a distance. Little attention has been given to locomotion on their surfaces with a mobile robotic system, due to the challenging gravity conditions found in these small solar system bodies. In small bodies like asteroids, the gravitational fields are substantially weaker than those of Earth or Mars, therefore the likelihood of a robot’s unintentional collision with the surface while attempting a movement is substantially higher.   In one of the latest missions, the Japanese Hayabusa spacecraft carried onboard a small robot named MINERVA (Yoshimitsu et al., 2001) to be deployed and used to explore the asteroid surface. The robot was designed with a single reaction wheel, located inside of it, to produce the necessary inertial reaction to move. But with this system the location of the robot when the motion is damped out is very challenging to predict or control. Subsequently, in order to maximize the scientific return from any given mission on an asteroid’s surface, future missions must have the ability to conduct stable mobility and accurate positioning on the rough terrain. In the robotics field, limbed locomotion is broadly recognized as superior in its capability to traverse terrains with irregularities such as obstacles, cliffs and slants. Exotic types of wheeled rovers (Bares et al., 1999; Wilcox & Jones, 2000) can only drive over obstacles of heights that are at best a fraction of the vehicle’s body length.  Thus, some terrains are not accessible to wheeled vehicles.  Conversely, legged or limbed locomotion has the possibility to provoke minimum reactions on the asteroid surface that could push the robot with sufficient force to reach escape velocity and drift into space.  It also facilitates achievement of desired goal configurations that deal with new complex situations, ensuring that a robot’s behavior doesnot deviate from a stable condition. In this chapter, the focus is on gravity-independent locomotion approaches, technologies and challenges of robotic mobility on asteroids. Recommendations and methods to perform      Fig. 1. Mosaic of Eros ©Applied Physics Lab/JHU  and Asteroid 25143 Itokawa ©JAXA/ISAS…

Medical  robotics  is an exciting  and  relatively new  field. Robotics  plays  an important role in medical engineering.  Medical  robots  were initially  used  in the 1980s, in the field of urology. Robotic  arms  were  developed and  used   for  prostate  resection. They  can  also  be  highly specialized and  assist  in diagnosing and  treating patients. While  there  is still  much  more work  to be done,  using  robots  can enhance medical treatments in terms  of both  the quality and  accessibility of  care.  Using  robots  can  help  reduce human error  and  bring  highly specialized information to remote areas  without requiring physicians’ direct  intervention. In radiation therapy, high-energy radiation…

Assistive robots,  with  which  users  can interact directly, have  attracted worldwide attention. They  can  assist  people with  disabilities and  older  persons in the  activities of daily  living. Assistive robots could be employed for improving quality of life as they can be adjusted according to demographic changes. There  are  several  crucial  issues  to be considered with regard to  these  robots,  such  as  customizing them  according to  the  specific  culture of the users  as well as ensuring cost-effectiveness (Mann,  2005). In Korea,  the official number of registered people with  disabilities due  to illnesses,  injuries, and  the natural aging  process  has already exceeded two million  (Employment Development Institute, 2009). More than  one-third of these disabled people are the elderly. Moreover, due to longer  life spans and  a decline  in birthrate, the elderly make  up over 10% of the population in Korea. As a result,  effective caregiving with restricted resources is an urgent problem. In  order to  achieve  efficient  caregiving for  people with  disabilities and  elderly persons, caregivers should physically interact with the people. For example, caregivers have to assist people in  performing the  routine activities of  their  daily  lives,  such  as  eating,  changing…

Target  point  manipulation inside  a deformable object  by a robotic  system  is necessary in many  medical and  industrial applications such  as breast  biopsy,  drug injection,  suturing, precise  machining of deformable objects etc. However, this is a challenging problem because of the  difficulty of imposing the  motion of the  internal target  point  by a finite  number of actuation points located  at the  boundary of the  deformable object.  In addition, there  exist several  other  important manipulative operations that  deal  with  deformable objects  such  as whole  body  manipulation  [1],  shape  changing  [2],  biomanipulation  [3]  and   tumor manipulation [4] that have  practical applications. The main  focus of this chapter is the target point manipulation inside a deformable object. For instance, a positioning operation called linking  in  the  manufacturing of seamless garments  [5] requires manipulation of internal points of deformable objects. Mating of a flexible part in electric industry also results in the…

The trend in surgical robots is moving from traditional master-slave robots to miniaturized devices   for  screening and  simple   surgical operations  (Cuschieri, A.  2005). For  example, capsule endoscopy (Moglia,  A. 2007) has been conducted worldwide over the last five years with  successful outcomes.  To  enhance the  dexterity of  commercial endoscopic capsules, capsule  locomotion has  been  investigated using   legged   capsules (Quirini, M.  2008) and capsules driven by external magnetic fields (Sendoh, M. 2003; Ciuti, G. 2010; Carpi,  F. 2009). Endoscopic capsules with  miniaturized arms  have  also  been  studied to  determine their potential for use in biopsy  (Park,  S.-K. 2008). Furthermore, new  surgical procedures known as natural orifice transluminal endoscopic surgery (NOTES) and  Single Port Access surgery are accelerating the development of innovative endoscopic devices  (Giday,  S. 2006; Bardaro, S.J. 2006). These advanced surgical devices show potential for the future…

Interpretation of human gestures by a computer is used  for human-machine interaction in the area of computer vision [3][28]. The main purpose of gesture recognition research is to identify a  particular human gesture and  convey  information to  the  user  pertaining to individual gesture. From the corpus of gestures, specific gesture of interest can be identified[30][36], and  on the basis  of that,  specific  command for execution of action  can be given to robotic system[31]. Overall aim is to make the computer understand human body language [14], thereby bridging the gap between machine and human. Hand gesture recognition can be used to enhance human–computer interaction…

The ability to efficiently move in a complex environment is a key property of animals.  It is central to their survival, i.e.  to avoid predators, to look for food, and to find mates for reproduction (Ijspeert, 2008). Nature has found different solutions for the problem of legged locomotion. For example, the vertebrate animals have a spinal column and one or two pairs of limbs that are used for walking.  Arthropoda animals are characterized by a segmented body  that  is  covered  by  a  jointed  external  skeleton  (exoskeleton),  with  paired  jointed limbs on each segment and they can have a high number of limbs  (Carbone & Ceccarelli,2005).  The biological mechanisms underlaying locomotion have therefore been extensively studied by neurobiologists, and in recent years there has been an increase in the use of computer simulations for testing and investigating models of locomotor circuits based on neurobiological observations   (Ijspeert, 2001).   However, the mechanisms generating the complex motion patterns performed by animals are still not well understood (Manoonpong,2007). Animal locomotion, for instance, requires multi-dimensional coordinated rhythmic patterns that need to be correctly tuned so as to satisfy multiple constraints: the capacity to generate forward motion, with low energy, without falling over, while adapting to possibly complex terrain (uneven ground, obstacles), and while allowing the modulation of speed and direction (Ijspeert & Crespi, 2007). In vertebrate animals, an essential building block of the locomotion controller is the Central Pattern Generator (CPG) located in the spinal cord.  The CPG is a neural circuit capable of producing coordinated patterns of rhythmic activity in open loop, i.e.   without any rhythmic inputs from sensory feedback or from higher control centers (Delcomyn, 1980; Grillner, 1985).   Interestingly, very simple input signals are sufficient to modulate the produced patterns.  Furthermore, CPG can adapt to various environments by changing the periodic rhythmic patterns. For instance, the cats and horses are able to change their locomotor patterns depending on the situation. This relevance of locomotion both for biology and for robotics has led to multiple interesting interactions between the two fields. The interactions have mainly been in…