Phát triển Nghiên cứu Con người-Robot-Máy tính

Cơ sở thí nghiệm tự động, được gọi là Bể Towing Thông minh (ITT), đã thực hiện khoảng 100.000 thí nghiệm tổng thể trong năm đầu hoạt động. Những gì thường mất một sinh viên tiến sĩ năm năm để hoàn thành các thí nghiệm, ITT đã có thể thực hiện trong vài tuần. Sự phát triển của ITT tại Phòng thí nghiệm Hydrodynamics của MIT Sea Grant đã đưa chúng ta đi sâu hơn vào lĩnh vực nghiên cứu con người-robot-máy tính.

ITT tự động và thích nghi thực hiện, phân tích và thiết kế các thí nghiệm. Các thí nghiệm tập trung vào việc khám phá rung động cảm ứng bởi xoáy (VIVs). VIVs rất quan trọng trong việc thiết kế các cấu trúc đại dương ngoài khơi như các ống dẫn dầu biển, chịu trách nhiệm kết nối các giếng dầu dưới nước với bề mặt. Với VIVs, có một số lượng lớn các tham số liên quan.

ITT được hướng dẫn bởi học tập chủ động và thực hiện một loạt các thí nghiệm. Trong các thí nghiệm, các tham số cho mỗi thí nghiệm tiếp theo được chọn bởi máy tính. Hệ thống sử dụng phương pháp “khám phá và khai thác”, giúp giảm đáng kể số lượng thí nghiệm cần thiết để lập bản đồ và khám phá các khía cạnh phức tạp của VIVs.

Ứng viên tiến sĩ Dixia Fan đã bắt đầu dự án này khi tìm kiếm cách giảm số lượng khoảng một nghìn thí nghiệm cần phải được thực hiện bằng tay. Điều đó đã dẫn đến sự phát triển của hệ thống ITT.

Một bài báo đã được xuất bản vào tháng trước trên tạp chí Science Robotics.

Fan hiện là một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ, và dự án này được thực hiện bởi một nhóm các nhà nghiên cứu từ Chương trình MIT Sea Grant College và Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí của MIT, École Normale Supérieure de Rennes và Đại học Brown. Dự án mới này展示 loại hợp tác có thể diễn ra giữa con người, máy tính và robot để thực hiện các khám phá khoa học với tốc độ nhanh hơn.

ITT là một bể 33 feet, và nó hoạt động mà không bị gián đoạn hoặc treo. Các nhà nghiên cứu muốn thấy hệ thống này được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, điều này có thể dẫn đến việc tạo ra các mô hình mới trong các hệ thống phi tuyến.

ITT đã cho phép Fan và các cộng sự của mình khám phá một không gian tham số rộng hơn. “Nếu chúng tôi thực hiện các kỹ thuật truyền thống trên vấn đề chúng tôi nghiên cứu, nó sẽ mất 950 năm để hoàn thành thí nghiệm,” anh giải thích.

Để rút ngắn thời gian dài mà thí nghiệm sẽ mất, Fan và nhóm đã tích hợp một thuật toán học hồi quy quá trình Gauss vào ITT. Bằng cách này, các nhà nghiên cứu đã có thể giảm số lượng thí nghiệm cần thiết, xuống chỉ còn vài nghìn.

Hệ thống robot có khả năng tự động thực hiện một chuỗi thí nghiệm ban đầu. Sau đó, nó sẽ thực hiện kiểm soát một phần các tham số của thí nghiệm tiếp theo.

Fan đã được trao giải thưởng de Florez của MIT về Kỹ thuật Cơ khí cho “Sáng tạo và Phán quyết Sáng tạo” trong việc phát triển ITT.

Theo Michael Triantafyllou, Giáo sư Khoa học và Kỹ thuật Đại dương Henry L. và Grace Doherty, cũng là cố vấn tiến sĩ của Fan, “Thiết kế Bể Towing Thông minh của Dixia là một ví dụ xuất sắc về việc sử dụng các phương pháp mới để làm mới các lĩnh vực đã trưởng thành.”

Triantafyllou là đồng tác giả của bài báo và là giám đốc của Chương trình MIT Sea Grant College.

“MIT Sea Grant đã cam kết nguồn lực và tài trợ cho các dự án sử dụng các phương pháp học sâu trong các vấn đề liên quan đến đại dương trong nhiều năm và điều đó đang bắt đầu mang lại kết quả,” anh nói.

MIT được tài trợ bởi Cơ quan Quản lý Đại dương và Khí quyển Quốc gia và được quản lý bởi Chương trình Quốc gia Sea Grant. Đây là một quan hệ đối tác giữa liên bang và tổ chức, kết hợp nghiên cứu và kỹ thuật tại MIT để giúp giải quyết các vấn đề liên quan đến đại dương,

Các đóng góp khác cho bài báo bao gồm George Karniadakis từ Đại học Brown, liên kết với MIT Sea Grant; Gurvan Jodin từ ENS Rennes; Ứng viên tiến sĩ về kỹ thuật cơ khí của MIT Yu Ma; và Thomas Consi, Luca Bonfiglio, và Lily Keyes từ MIT Sea Grant.