Postępy w badaniach nad interakcją człowieka, robota i komputera

Zautomatyzowana instalacja doświadczalna, zwana Intelligent Towing Tank (ITT), przeprowadziła około 100 000 eksperymentów w pierwszym roku swojego działania. To, co normalnie zajęłoby studentowi doktoranckiemu pięć lat eksperymentów, ITT zrobił w ciągu kilku tygodni. Rozwój ITT w laboratorium hydrodynamiki MIT Sea Grant prowadzi nas dalej w obszar badań nad interakcją człowieka, robota i komputera.

ITT automatycznie i adaptacyjnie wykonuje, analizuje i projektuje eksperymenty. Eksperymenty koncentrują się na badaniu wibracji wywołanych wirami (VIV). VIV są ważne dla inżynierii konstrukcji morskich, takich jak rury wiertnicze, które są odpowiedzialne za łączenie podwodnych odwiertów z powierzchnią. Z VIV wiąże się duża liczba parametrów.

ITT jest sterowany przez aktywne uczenie, i prowadzi serię eksperymentów. W ramach eksperymentów parametry dla każdego następnego eksperymentu są wybierane przez komputer. System wykorzystuje metodologię „eksploracji i wykorzystania”, która znacznie redukuje liczbę eksperymentów wymaganych do mapowania i badania złożonych aspektów VIV.

Kandydat na stopień doktora Dixia Fan rozpoczął projekt w poszukiwaniu sposobu na zmniejszenie liczby eksperymentów, które musiały być przeprowadzane ręcznie. To doprowadziło do rozwoju systemu ITT.

Artykuł został opublikowany w zeszłym miesiącu w czasopiśmie Science Robotics.

Fan jest teraz postdokiem, a projekt był realizowany przez zespół badaczy z programu MIT Sea Grant College i wydziału inżynierii mechanicznej MIT, École Normale Supérieure de Rennes oraz Uniwersytetu Brown. Nowy projekt pokazuje rodzaj współpracy, jaki może się odbywać między ludźmi, komputerami i robotami w celu przyspieszenia odkryć naukowych.

ITT to zbiornik o długości 33 stóp, i działa bez przerwy lub zawieszenia. Badacze chcieliby zobaczyć system wykorzystany w różnych dyscyplinach, co mogłoby prowadzić do stworzenia nowych modeli w nieliniowych systemach.

ITT pozwolił Fanowi i jego współpracownikom na zbadanie szerszego przestrzeni parametrycznej. „Gdybyśmy stosowali tradycyjne techniki w badaniach, które prowadzimy, zajęłoby to 950 lat, aby zakończyć eksperyment”, wyjaśnił.

Aby skrócić długi czas, jaki zajmie eksperyment, Fan i zespół zintegrowali algorytm regresji procesu Gaussa z ITT. Dzięki temu badacze byli w stanie zmniejszyć liczbę eksperymentów potrzebnych, do kilku tysięcy.

System robota jest w stanie automatycznie prowadzić początkową sekwencję eksperymentów. Następnie bierze częściową kontrolę nad parametrami następnego eksperymentu.

Fan otrzymał nagrodę MIT Mechanical Engineering de Florez za „wybitną pomysłowość i sąd creative” w rozwoju ITT.

Według Michaela Triantafyllou, profesora Henry’ego L. i Grace Doherty’ego w dziedzinie nauki i inżynierii oceanu, oraz doktorskiego promotora Fana, „projekt Dixii Intelligent Towing Tank jest wybitnym przykładem wykorzystania nowych metod do ożywienia dojrzałych dziedzin”.

Triantafyllou był współautorem artykułu i dyrektorem programu MIT Sea Grant College.

„MIT Sea Grant zaangażował zasoby i sfinansował projekty wykorzystujące metody głębokiego uczenia w problemach związanych z oceanem przez kilka lat, co już przynosi efekty”, powiedział.

MIT jest finansowany przez National Oceanic and Atmospheric Administration i administrowany przez National Sea Grant Program. Jest to partnerstwo między instytucjami federalnymi, które łączy badania i inżynierię w MIT, aby pomóc rozwiązać problemy związane z oceanem,

Inni współautorzy artykułu to George Karniadakis z Uniwersytetu Brown, związany z MIT Sea Grant; Gurvan Jodin z ENS Rennes; kandydat na stopień doktora w dziedzinie inżynierii mechanicznej Yu Ma; oraz Thomas Consi, Luca Bonfiglio i Lily Keyes z MIT Sea Grant.