por
A medida que los robots evolucionan, la imaginación colectiva de la sociedad siempre se pregunta qué más pueden hacer los robots, y las fascinaciones recientes cobran vida como automóviles autónomos o robots que pueden caminar e interactuar con objetos como lo hacen los humanos.
Estos sistemas sofisticados están impulsados por avances en el aprendizaje profundo que han provocado avances en la percepción robótica, por lo que los robots actuales tienen un mayor potencial para una mejor toma de decisiones y un mejor funcionamiento en entornos reales. Pero los especialistas en robótica del mañana deben comprender cómo combinar el aprendizaje profundo con la dinámica, los controles y la planificación a largo plazo. Para mantener este impulso en la manipulación robótica, los ingenieros de hoy deben aprender a sobresalir por encima de todo el campo, conectando un conjunto cada vez más diverso de ideas con el enfoque interdisciplinario necesario para diseñar sistemas robóticos cada vez más complejos.
El otoño pasado, el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación del MIT lanzó un nuevo curso, 6.800 (Manipulación robótica) para ayudar a los estudiantes de ingeniería a estudiar a fondo los últimos avances en robótica mientras resuelven problemas del mundo real en la industria. Este es un curso único que puede proporcionar una incursión en la robótica para estudiantes sin experiencia en robótica, diseñado por Russ Tedrake, profesor de Toyota de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación, Aeronáutica y Astronáutica, e Ingeniería Mecánica en el MIT. Tedrake desarrolló el curso después de que la manipulación robótica se convirtiera en el nuevo foco de su propia investigación en el Instituto de Investigación de Toyota y el Grupo de Locomoción de Robots en el MIT, y se hizo evidente para él que desarrollar un marco educativo sería importante porque el campo es muy diverso y cambia. tan rapido. .
“Ya era hora de que hubiera un lugar donde realmente pudieras ver todas las habitaciones”, dice Tedrake.
Sus estudiantes aprenden enfoques algorítmicos fundamentales para construir sistemas robóticos capaces de manipular objetos de forma autónoma en entornos no estructurados. Al explorar temas como la percepción, la planificación, la dinámica y el control, los estudiantes resuelven conjuntos de problemas para guiarlos en el desarrollo de una pila de software, generalmente utilizando el software de código abierto con licencia permisiva de Drake. Es por eso que los líderes de la industria también ven las conferencias de Tedrake. No se centra en cuestionarios y exámenes finales, sino que el curso culmina en un proyecto final donde los estudiantes pueden explorar cualquier problema de manipulación robótica que les fascine.
David von Wrangel, un estudiante universitario de ingeniería, actualmente está tomando el curso. Tiene experiencia en cohetería y propulsión, y solo le interesa la robótica gracias a una pasantía reciente en robótica móvil en Tesla. Al enterarse de lo que se necesita para hacer que un robot se mueva, su siguiente pregunta pronto fue: ¿cómo haces que un robot recoja algo? Fue entonces cuando un colega de su pasantía le habló del curso de Manipulación Robótica del MIT.
«Estaba súper emocionado, porque eso era exactamente lo que me estaba perdiendo: ahora que puedes manipular tu robot, solo tienes que descubrir cómo usar la manipulación para mover otras cosas», dice von Wrangel.
Las notas de clase de Tedrake ofrecen a estudiantes como von Wrangel una ventana para observar el paisaje mental del maestro en el campo. Los estudiantes dicen que no se parecen a ningún apunte de clase que hayan visto nunca: proporcionan una hoja de ruta constantemente actualizada de lo que se necesitaría para hacer avanzar la robótica como campo.
Los asistentes de enseñanza (TA), como el estudiante de doctorado HJ Terry Suh el otoño pasado, desarrollan conjuntos de problemas que brindan oportunidades para que los estudiantes apliquen conceptos menos familiares y vean por sí mismos cómo se conectan varias disciplinas.
Este potencial para obtener un nuevo punto de vista en robótica es precisamente lo que atrajo al estudiante graduado Anubhav Guha al curso. Su investigación se enfoca en aplicaciones de controles, y tomó el curso para examinar problemas abiertos en robótica directamente relacionados con su investigación. «Quería explorar un poco el campo y tener una idea de los problemas técnicos», dice Guha.
Tedrake dice que la industria está cada vez más interesada en ingenieros de manejo calificados, y esta demanda lo motivó a lanzar el curso. «La manipulación está explotando en el campo», dice Tedrake, y agrega que recientemente, «es un área menos específica, todos buscan que los robots hagan cosas con sus manos». En este momento, las grandes empresas están invirtiendo.
No son los únicos que invierten en el futuro de los robots. Debido a que había tanto interés de los estudiantes en el curso, Tedrake decidió abrir la inscripción para la manipulación robótica a estudiantes de pregrado y posgrado.
Para el estudiante de doctorado Daniel Yang, quien tomó el curso cuando se ofreció por primera vez el otoño pasado, su interés en la manipulación robótica creció a partir de trabajar en la industria y ver los entornos limitados en los que trabajan los robots actualmente. Como parte del programa conjunto MIT/Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), Yang colabora con oceanógrafos y ayuda a construir sistemas robóticos autónomos que pueden sumergirse en el agua para recopilar datos científicos.
«En general, estoy interesado en traer robots al mundo real», dice Yang.
Para el proyecto final del curso, Yang se inspiró para explorar el funcionamiento interno de un robot lanzador como el TossingBot de Google. Al colaborar con un socio para construir su propio robot lanzador de pelotas en un simulador, pudieron documentar claramente los efectos que sacaron al robot de su juego de lanzamiento, ya que el simulador de curso les permitió congelar y volver a examinar cada interacción durante solución de problemas. Por ejemplo, se dieron cuenta de que la precisión del brazo de lanzamiento de su robot era limitada porque aún se desconocía la física exacta de cómo la pelota interactuaba con la pinza del robot.
«Se podría pensar que recoger algo con los dedos es bastante fácil», dice Yang. «Pero cuando intentas traducir eso en simulación, hay mucha complejidad adicional».
Suh dice que el proyecto final de Guha fue uno de los más ambiciosos. Guha ha creado un sistema completo de manipulación simulada que arma un rompecabezas utilizando un sistema de cámara que detecta la ubicación y orientación correctas de la imagen para cada pieza del rompecabezas.
«Algunos otros proyectos se centraron en un aspecto de la tubería de manipulación, como la entrada o la percepción», dice Guha. “Y realmente profundizaron en eso. Y quería explorar todos los diferentes componentes necesarios para crear un sistema completamente funcional.
Según Tedrake, ya sea que los estudiantes decidan centrarse en un aspecto de la tubería de manipulación o abordar un sistema completo, la resolución de problemas en todos los niveles equivale a un gran éxito en este campo sediento y de rápido crecimiento.
«Incluso si es un algoritmo con el que estoy familiarizado, pero ver con qué lucharon o cómo tuvieron éxito, refina mi comprensión del algoritmo», dice Tedrake.
Tedrake lleva muchas de las soluciones encontradas en su salón de clases directamente al laboratorio, avanzando en su propia investigación y obteniendo nuevas ideas de investigación cada semana. Y a veces se lleva a los estudiantes con él. Eso es lo que sucedió con von Wrangel, cuyo entusiasmo por el curso llevó a Tedrake a contratarlo para ayudar a refinar los algoritmos del grupo de locomoción robótica de Tedrake.
Yang y Suh están de acuerdo con Tedrake en que el futuro de la manipulación robótica está a la vuelta de la esquina y que el curso de manipulación robótica ayudará a capacitar a los ingenieros para estabilizar el campo a medida que avanza.
«Creo que en los últimos años ha habido tantos avances en todas estas áreas diferentes, pero no hay nada que los vincule en un espacio de problema específico», dice Yang.
Suh cree que la gente comenzará a ver más avances en la vida cotidiana y, a medida que eso suceda, el curso de manipulación robótica estará allí como un recurso. Su visión del futuro ve robots en todas partes.
“Será una especie de manipulación en la naturaleza, donde tendremos robots que entrarán en lugares arbitrarios, como casas o cocinas de personas, y realizarán tareas de manipulación muy delicadas que generalmente esperamos de los humanos”, dice Suh.
Para von Wrangel, el futuro de la manipulación robótica nos ayudará a ir mucho más allá del aparente lujo de los autos sin conductor y los conejitos robot. «Estoy muy interesado en la exploración espacial y en que los humanos se conviertan en especies multiclimáticas y multiplanetarias», dice von Wrangel. «Y creo que los robots podrían ayudarnos a construir nuestro futuro en Marte».
En su segundo año, Robotic Manipulation continúa inspirando ideas más grandes y audaces de los estudiantes, quienes a veces hacen preguntas esotéricas a magos como Suh en medio de la noche, siempre buscando orientación sobre cómo simular mejor los sistemas. . Tedrake dice que las ideas para los proyectos finales de este año ya han sido más ambiciosas que el año pasado. Cada proyecto, ajustando cada algoritmo poco a poco o imaginando sistemas completos desde un punto de vista único, desempeñará un papel impulsor en la innovación en el campo.
«Algunos años, con los proyectos de los estudiantes, es más como, quiero probar este papel y simplemente hacerlo un poco mejor», dice Tedrake. «Y este año, es como, quiero un robot que me ate los zapatos».
