Postępy w badaniach nad interakcją człowieka, robota i komputera

Zautomatyzowana eksperymentalna instalacja, 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 było w stanie zrobić w ciągu kilku tygodni. Rozwój ITT w laboratorium hydrodynamiki MIT Sea Grant posuwa nas dalej w obszar badań nad interakcją człowieka, robota i komputera.

ITT automatycznie i adaptacyjnie wykonuje, analizuje i projektuje eksperymenty. Eksperymenty te koncentrują się na badaniu wibracji wywołanych przez wiry (VIV). VIV są ważne w inżynierii konstrukcji oceanicznych, takich jak rury wiertnicze, które łączą podwodne studnie naftowe z powierzchnią. W przypadku VIV istnieje wiele parametrów.

ITT jest kierowany przez aktywne uczenie, a przeprowadza serię eksperymentów. W ramach tych eksperymentów parametry dla każdego następnego eksperymentu są wybierane przez komputer. System wykorzystuje metodę „eksploracji i wykorzystania”, co 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 wystąpić między ludźmi, komputerami i robotami w celu przyspieszenia odkryć naukowych.

ITT to zbiornik o długości 33 stóp, który działa bez przerwy. Badacze chcieliby zobaczyć, jak system ten jest wykorzystywany w różnych dziedzinach, co mogłoby prowadzić do stworzenia nowych modeli w układach nieliniowych.

ITT pozwolił Fanowi i jego współpracownikom na zbadanie szerszego przestrzeni parametrów. „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 zredukować liczbę eksperymentów do kilku tysięcy.

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

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

Według Michaela Triantafyllou, profesora Henry’ego L. i Grace Doherty’ego w dziedzinie oceanografii i inżynierii, oraz doktorskiego promotora Fana, „projekt Fana dotyczący 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 środki 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 i MIT, które łączy badania i inżynierię w celu rozwiązywania problemów związanych 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 na wydziale inżynierii mechanicznej MIT Yu Ma; oraz Thomas Consi, Luca Bonfiglio i Lily Keyes z MIT Sea Grant.