ConTex Conversations
November 2021
To celebrate the achievements of our doctoral fellows, we periodically feature conversations with various members of the ConTex family. They talk to us about their research, goals, and enthusiasm for binational research.
Sergio Montúfar Chávez
Hometown:
Mexico City, Mexico

Degree Program:
Ph.D. in Electrical Engineering

Institution:
The University of Texas at San Antonio

Advisor:
Dr. Chunjiang Qian
Tell us about your research project and why it is important to you.
 
My research project focuses on the application of artificial intelligence (AI) to control the balance and locomotion of walking mobile robots, particularly bipedal robots. Walking robots have been of interest to me since I studied my bachelors’ degrees in electronic and mechanical engineering. In fact, I built a hexapod robot as a thesis for both majors. With the recent development of artificial intelligence technologies, computers can now solve more complex (multivariate) problems that were previously impossible to solve with traditional computational algorithms. With AI, computers can now learn the algorithm from input and output data, instead of using a preprogrammed algorithm to generate output data from input data.
 
One of the problems that can now be solved using AI is the control of walking robots’ balance and locomotion. Reinforcement learning (RL) is one of the tools that can be used to implement AI. It allows computers to learn a function through interaction with the external environment. That is, a robot equipped with an RL algorithm can now learn to walk and maintain balance without depending on a mathematical model of its mechanical system, in much the same way as living beings learn to walk using their senses—which in the case of robots, are sensors.
 
 
Have you presented or published your research somewhere? Tell us about the experience.
 
I have not had a chance to publish yet. I just finished the basic subjects on control theory and took my qualifying exam. Now, I must present my detailed research proposal, and once I’m done with this I will start to publish preliminary results.
 
 
What would you say is something interesting about your area of ​​study that most people do not know?
 
Many people know that artificial intelligence is at its peak and that its applications are part of our daily lives, on websites to predict our preferences, in telephone applications or in medicine to recognize images, on answering machines that recognize our voice, in smart home devices like Alexa, in self-driving cars, in computer games, etc. It is also generally known that behind this technology are neural networks as fundamental algorithms.
 
What many people may not know is that artificial intelligence is not a new area. In fact, the first algorithm of a neuron, called a perceptron (elementary component of neural networks) was developed in 1958. In 1974, scientists developed an algorithm called backpropagation, which allows automatic adjustment of neural network parameters so that it can approximate any mathematical function. In simpler terms, it can “learn” and predict some result based on experiences (observations) on which the neural network was trained. Thus, for example, an image recognition system works because the neural network was trained to recognize such images.
 
 
Tell us about your academic or professional collaborations with Mexico.
 
Before coming to the United States, I was a faculty member at the Universidad Iberoamericana in Mexico City for 28 years. I taught Linear Control (and laboratory) and Renewable Energies classes to engineering students. As a result, I have a close relationship with this university and, in particular, with the Instituto de Investigación Aplicada y Tecnología (INIAT), with whom I collaborate on research projects developing mobile robots, such as autonomous drones, among others.
 
 
What drew you to Texas and to UT San Antonio?
 
In the beginning, Texas, and San Antonio in particular, was convenient for me because I could quickly return and take care of my projects in Mexico. A few years after we moved to San Antonio, I visited UT San Antonio to attend to my daughter's exhibition, so I was able to see the College of Engineering and the advanced research projects that are done here. That is when I decided to return to academia, which had been part of my life for so many years, so I applied for a Ph.D. in engineering and got accepted. Then, I applied and obtained a scholarship from Conacyt-ConTex, so I was able to get into UTSA.
 
 
What have been some good things you did not expect from Texas or UT San Antonio?
 
UTSA is a very inclusive institution. There are students from many different places and of all ages. I am grateful to UTSA for accepting me at my age to study for a graduate degree. In fact, my three daughters and I are all UTSA students, so we are a whole family of Roadrunners.
 
 
What have been the biggest challenges of studying at UT San Antonio and living in the United States?
 
Living in the United States is a challenge because it is a different culture. Society works differently and it is necessary to adapt. People in general are very respectful of other people, but there are many rules to follow as members of society.
 
As for UTSA, the feeling is as pleasant as in Mexico. Being surrounded by people whose objective is to learn a specialty is definitely an enviable experience.
 
 
How has the support of ConTex and Conacyt impacted you?
 
The support of ConTex and Conacyt was key for me to be able to undertake this adventure and pursue my Ph.D. My expenses as a parent are high, and without financial support I would not have been able to cover them. Pursuing a doctorate takes a lot of time and effort, and while you are studying you do not make any money. On the other hand, given my academic profile, I hope to continue to participate in Conacyt's research programs.
 
 
What kind of work do you hope to do in the future? In what ways do you hope your research will benefit people in the United States and Mexico?
 
Undoubtedly, my future work will involve researching artificial intelligence technologies as applied to autonomous mobile robots, be they land (with wheels or walkers), sea, or air (drones).
 
The benefits of autonomous vehicles for both countries are evident. In Mexico, the areas of mining, agriculture and security are the clearest. In mining, workers experience extreme conditions that affect their health and expose them to imminent dangers such as falling rocks and landslides that can leave them trapped underground. An autonomous mobile robot can work 24 hours a day, 7 days a week, with remote supervision from outside, thus improving the productivity of the mine. In agriculture, robots can do strenuous tasks, such as planting and harvesting, or harmful jobs, such as applying insecticides. In addition, a mobile aerial robot (drone) can fly over large fields and generate maps that show the state of crops, detecting areas with water or pesticide needs. In the field of ​​security, there is a need for aerial supervision of cities using autonomous drones with pre-programmed routes; and in the fight against drug trafficking, having autonomous robots that can assist in police operations would save many lives.
 
In the case of the United States, in addition to the functions already mentioned, the development of autonomous vehicles is an industry with high growth expectations. Also, autonomous drones to answer 911 calls are already part of an expanding reality throughout America.
 
 
What advice would you give other Mexican students considering studying in Texas?
 
UT System is undoubtedly one of the most important university systems in the United States. The professors are very well prepared. The budget that the institutions have is impressive, and there are plenty of opportunities for good students. I often receive emails with research prospects at various institutions and research centers in Texas.
 
Studying in Texas is a great option that can catapult students to more sophisticated studies elsewhere in the world or to the labor market for highly educated individuals. San Antonio is a safe and quiet city, but there are busier cities, like Austin or Dallas, where UT System is also very important.
Conversaciones ConTex
Noviembre de 2021
Para celebrar los logros de nuestros becarios de doctorado, periódicamente publicamos conversaciones con diferentes miembros de la familia ConTex. Ellos nos hablan de sus proyectos de investigación, de sus metas y de su entusiasmo por la investigación binacional.
Sergio Montúfar Chávez
Lugar de Nacimiento:
Ciudad de México, México

Programa de Estudios:
Doctorado en Ingeniería Eléctrica

Institución:
Universidad de Texas en San Antonio

Asesor:
Dr. Chunjiang Qian
Cuéntanos acerca de tu proyecto de investigación y por qué es importante para ti.
 
Mi proyecto de investigación se enfoca en la aplicación de inteligencia artificial (IA) para el control del equilibrio y locomoción de robots móviles caminantes, particularmente robots bípedos. Los robots caminantes han sido de mi interés desde que estudié mis licenciaturas en Ingeniería Electrónica e Ingeniería Mecánica. De hecho, construí un robot hexápodo como tesis profesional de ambas carreras. Con el desarrollo reciente de las tecnologías de inteligencia artificial, las computadoras ahora pueden solucionar problemas más complejos (multivariable) que antes eran imposibles de resolver con los algoritmos de cómputo tradicionales. Actualmente, con IA las computadoras pueden aprender el algoritmo a partir de datos de entrada y salida, en vez de generar datos de salida a partir de datos de entrada y de algún algoritmo preprogramado.
 
Uno de los problemas que ahora se pueden resolver utilizando IA es precisamente el control del equilibrio y la locomoción de robots caminantes. Dentro de las diferentes tecnologías para implementar IA se encuentra la llamada reinforcement learning (RL), que permite a las computadoras aprender una función a través de la interacción con el medio exterior. Es decir, un robot dotado con un algoritmo de RL puede aprender a caminar y mantener el equilibrio sin depender de un modelo matemático del sistema mecánico que lo conforma, de manera muy similar a como un ser vivo aprende a caminar por experiencia, utilizando sus sentidos, que en el caso del robot son sensores.
 
 
¿Has presentado o publicado tu investigación en algún lugar? Cuéntanos sobre la experiencia.
 
Todavía no he tenido oportunidad de publicar. Acabo de terminar las materias básicas sobre teoría de control y de presentar mi qualifying exam. Ahora debo presentar mi propuesta de investigación detallada y una vez terminado con esto empezaré a publicar mis resultados preliminares.
 
 
¿Qué dirías que es algo interesante sobre tu área de estudio que la mayoría de la gente no sabe?
 
Mucha gente sabe que la inteligencia artificial está en su apogeo y que sus aplicaciones forman parte de nuestra vida diaria, en sitios web para predecir nuestras preferencias, en aplicaciones del teléfono o en medicina para reconocer imágenes, en contestadoras automáticas que distinguen nuestra voz, en dispositivos inteligentes para la casa como Alexa, en autos que se manejan autónomamente, en juegos de computadora, etc. En general, las personas también saben que detrás de esta tecnología están las redes neuronales como algoritmo fundamental.
 
Lo que quizás mucha gente no sepa es que la inteligencia artificial no es un área nueva. De hecho, el primer algoritmo de una neurona, llamado perceptron (componente elemental de las redes neuronales), se desarrolló en 1958. En 1974 los científicos desarrollaron un algoritmo llamado backpropagation, que permite ajustar automáticamente los parámetros de una red neuronal de manera que esta pueda aproximar cualquier función matemática, o en términos más simples, que pueda “aprender” y predecir un resultado con base en experiencias (observaciones) con las que fue entrenada la red neuronal. Así, por ejemplo, un sistema de reconocimiento de imágenes funciona porque la red neuronal fue entrenada para reconocer ese tipo de imágenes.
 
 
Cuéntanos sobre tus colaboraciones académicas o profesionales con México.
 
Antes de mudarme a los Estados Unidos fui profesor en la Universidad Iberoamericana en la Ciudad de México por 28 años. Enseñé las materias de Control Lineal (y laboratorio) y de Energías Renovables a alumnos de Ingeniería. Por ello, tengo una estrecha relación con esta universidad, y en particular con el Instituto de Investigación Aplicada y Tecnología (INIAT), con quien colaboro en proyectos de investigación de robots móviles, como drones autónomos, entre otros.
 
 
¿Qué te atrajo a Texas y a UT San Antonio?
 
En un principio, Texas, y en particular San Antonio, eran convenientes para mí debido a que podía regresar a México rápidamente a atender los proyectos que aun tenía ahí. Unos años después de habernos mudado a San Antonio, visité la Universidad de Texas en San Antonio (UTSA) para asistir a una exposición de mi hija y pude ver las instalaciones del Colegio de Ingeniería y los proyectos de investigación avanzada que se hacen aquí. En ese momento decidí regresar a la academia, que había formado parte de mi vida por tantos años, así que aplique al doctorado en ingeniería y me aceptaron. Luego apliqué y obtuve la beca Conacyt-ConTex, así que logré entrar a UTSA.
 
 
¿Cuáles han sido algunas cosas buenas que no esperabas de Texas o de UT San Antonio?
 
UTSA es una institución muy incluyente. Hay estudiantes de muchos lugares diferentes y de muchas edades. Le agradezco a UTSA que me haya aceptado a mi edad para estudiar un posgrado. De hecho, mis tres hijas y yo somos estudiantes de UTSA, de manera que somos una familia completa de Roadrunners.
 
 
¿Cuáles han sido los mayores desafíos de estudiar en UT San Antonio y vivir en los Estados Unidos?
 
Vivir en Estados Unidos es un reto porque es una cultura diferente. La sociedad funciona distinto y es necesario adaptarse. La gente es en general muy respetuosa de las demás personas, pero hay muchas reglas que seguir como miembros de la sociedad.
 
En cuanto a UTSA, el ambiente es tan agradable como en México. El estar rodeado de gente cuyo objetivo es aprender una especialidad es sin duda una experiencia envidiable.
 
 
¿De qué manera te ha impactado el apoyo de ConTex y Conacyt?
 
El apoyo de ConTex y Conacyt fue clave para poder emprender esta aventura de estudiar el doctorado. Mis gastos como padre de familia son elevados y sin el apoyo económico no hubiera podido sustentarlos. El doctorado toma mucho tiempo y esfuerzo y mientras estás estudiando no ganas dinero. Por otro lado, dado mi perfil académico, espero poder seguir participando en los programas de Investigación de Conacyt.
 
 
¿Qué tipo de trabajo esperas hacer en el futuro? ¿De qué manera esperas que tu investigación beneficie a las personas en los Estados Unidos y México?
 
Sin duda, en el futuro estaré trabajando en investigación de tecnologías de Inteligencia artificial aplicada a robots móviles autónomos, sean terrestres (con ruedas o caminantes), marítimos o aéreos (drones).
 
Los beneficios de los vehículos autónomos son evidentes para ambos países. En México, las aplicaciones más claras son en las áreas de minería, agricultura y seguridad. Los mineros experimentan condiciones de trabajo que afectan su salud y que los exponen a peligros inminentes, como caída de rocas y derrumbes que los pueden dejar atrapados bajo tierra. Un robot móvil autónomo puede trabajar las 24 horas del día, 7 días a la semana, con supervisión remota desde afuera, mejorando así la productividad de la mina. En agricultura, los robots pueden realizar los trabajos extenuantes, como la siembra y recolección, o labores dañinas para la salud de las personas, como la aplicación de insecticidas. Además, un robot móvil aéreo (drone) puede sobrevolar los sembradíos de grandes extensiones y generar mapas que indiquen el estado de las cosechas, detectando zonas que necesiten agua o pesticidas. En el área de seguridad, hay necesidad de supervisión aérea de las ciudades mediante drones autónomos con rutas pre programadas; en la lucha contra el narcotráfico, el tener robots autónomos que puedan asistir en operaciones policiacas ayudaría a salvar muchas vidas.
 
En el caso de Estados Unidos, además de las funciones ya mencionadas, el desarrollo de vehículos autónomos es una industria con muchas expectativas de crecimiento. Asimismo, los drones autónomos para atender llamadas de 911 son ya una realidad en expansión en todo el territorio americano.
 
 
¿Qué consejo le darías a otros estudiantes mexicanos que estén considerando estudiar en Texas?
 
El sistema de la Universidad de Texas es sin duda uno de los sistemas universitarios más importantes en Estados Unidos. Los profesores tienen excelente preparación. El presupuesto con el que cuentan las instituciones es impresionante y sobran oportunidades para los buenos estudiantes. Seguido me llegan correos con oportunidades de investigación en diversas instituciones y centros de investigación en Texas. El estudiar en Texas es una excelente opción que puede catapultar a los estudiantes ya sea a estudios más sofisticados en algún otro lado del mundo o al mercado laboral para individuos de alto nivel educativo. San Antonio es una ciudad segura y tranquila, pero hay ciudades con más actividad, como Austin o Dallas, en donde el sistema de UT es muy importante.