Pokroky ve výzkumu lidsko-roboticko-počítačovém

Automatizovaná experimentální zařízení, nazvaná Intelligent Towing Tank (ITT), provedla kolem 100 000 experimentů za první rok provozu. To, co by normálně trvalo doktorandovi pět let experimentů, ITT dokázala provést během týdnů. Vývoj ITT v laboratoři MIT Sea Grant Hydrodynamics nás přivádí dále do oblasti lidsko-roboticko-počítačového výzkumu.

ITT automaticky a adaptivně provádí, analyzuje a navrhuje experimenty. Experimenty se zaměřují na zkoumání vírových indukovaných vibrací (VIV). VIV jsou důležité pro inženýrství offshore oceánských struktur, jako jsou například mořské vrtné risery, které jsou odpovědné za spojení podmořských ropných vrtů s povrchem. S VIV je zapojeno velké množství parametrů.

ITT je řízena aktivním učením a provádí sérii experimentů. V rámci experimentů jsou parametry pro každý další experiment vybrány počítačem. Systém používá metodologii “explore-and-exploit”, která výrazně snižuje počet experimentů potřebných pro mapování a zkoumání komplexních aspektů VIV.

Doktorand Dixia Fan zahájil projekt, zatímco hledal způsob, jak snížit tisíc nebo více experimentů, které musely být provedeny ručně. To vedlo k vývoji systému ITT.

Článek byl zveřejněn minulý měsíc v časopise Science Robotics.

Fan je nyní postdoktorand a projekt byl pracován týmem výzkumníků z programu MIT Sea Grant College a oddělení mechanického inženýrství MIT, École Normale Supérieure de Rennes a Brown University. Nový projekt ukazuje typ spolupráce, který může probíhat mezi lidmi, počítači a roboty, aby se urychlily vědecké objevy.

ITT je 33-stopový tank a pracuje bez přerušení nebo pozastavení. Výzkumníci by rádi viděli systém použitý v různých oborech, což by mohlo vést k vytvoření nových modelů v nelineárních systémech.

ITT umožnila Fanovi a jeho spolupracovníkům prozkoumat širší parametrický prostor. “Pokud bychom použili tradiční techniky na problém, který studujeme, trvalo by to 950 let, než bychom dokončili experiment,” vysvětlil.

Abyste zkrátili dlouhou dobu, kterou by experiment trval, Fan a tým integrovali do ITT algoritmus regrese Gaussova procesu. Díky tomu výzkumníci mohli snížit počet experimentů, které jsou potřebné, na několik tisíc.

Robotický systém je schopen automaticky provádět počáteční sérii experimentů. Poté přebírá částečnou kontrolu nad parametry dalšího experimentu.

Fan obdržel cenu MIT Mechanical Engineering de Florez za “vynikající vynalézavost a tvořivost” při vývoji ITT.

Podle Michaela Triantafyllou, Henryho L. a Grace Dohertyho profesora v oboru oceánové vědy a inženýrství a také Fanova doktorského poradce, “Dixiin design Intelligent Towing Tank je vynikajícím příkladem použití nových metod k oživení zavedených oborů.”

Triantafyllou byl spoluautorem článku a ředitelem programu MIT Sea Grant College.

“MIT Sea Grant již několik let přiděluje zdroje a financuje projekty, které využívají hlubokého učení při řešení oceánských problémů, a to již přináší výsledky,” řekl.

MIT je financován Národním oceánickým a atmosférickým úřadem a spravován Národním programem Sea Grant. Jedná se o partnerství federálních institucí, které kombinuje výzkum a inženýrství na MIT, aby pomohlo řešit oceánské problémy,

Dalšími přispěvateli článku jsou George Karniadakis z Brown University, spojený s MIT Sea Grant; Gurvan Jodin z ENS Rennes; doktorand MIT v oboru mechanického inženýrství Yu Ma; a Thomas Consi, Luca Bonfiglio a Lily Keyes z MIT Sea Grant.