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Juncal Arbelaiz Mugica es oriundo de España, donde el pulpo es un elemento común del menú. Sin embargo, Arbelaiz aprecia a los pulpos y criaturas similares de una manera diferente, con su investigación sobre la teoría de la robótica blanda.
Más de la mitad de los nervios de un pulpo se distribuyen entre sus ocho brazos, cada uno de los cuales tiene cierto grado de autonomía. Este sistema distribuido de detección y procesamiento de información ha intrigado a Arbelaiz, quien está investigando cómo diseñar inteligencia descentralizada para sistemas creados por el hombre con detección y computación integrados. En el MIT, Arbelaiz es una estudiante de matemáticas aplicadas que ha estado trabajando en los fundamentos del control y estimación distribuidos óptimos durante las últimas semanas antes de completar su doctorado este otoño.
Se inspira en la inteligencia biológica de invertebrados como pulpos y medusas, con el objetivo final de diseñar nuevas estrategias de control para robots «suaves» flexibles que podrían usarse en entornos estrechos o delicados, como una herramienta quirúrgica o para investigación e investigación. . -Misiones de rescate.
«La flexibilidad de los robots blandos les permite adaptarse dinámicamente a diferentes entornos. Piense en gusanos, serpientes o medusas y compare su movimiento y sus habilidades de adaptación con las de los animales vertebrados», dice Arbelaiz. El esqueleto rígido brinda ventajas a ciertas aplicaciones y ayuda a lidiar con la incertidumbre de manera más efectiva en el mundo real. Pero esta dulzura adicional también trae nuevos desafíos teóricos al sistema.
En el mundo biológico, el «controlador» generalmente se asocia con el cerebro y el sistema nervioso central: crea comandos motores para que los músculos realicen el movimiento. Las medusas y algunos otros organismos blandos no tienen un centro nervioso o cerebro centralizado. Inspirada por esta observación, ahora está trabajando en una teoría de que los sistemas robóticos de software podrían controlarse mediante el intercambio descentralizado de información sensorial.
“Cuando la detección y la actuación se distribuyen por todo el cuerpo del robot y las capacidades computacionales a bordo son limitadas, puede ser difícil implementar inteligencia centralizada”, dice. “Entonces, necesitamos este tipo de patrones descentralizados que, a pesar de que solo comparten información sensorial localmente, aseguren el comportamiento global deseado. Algunos sistemas biológicos, como las medusas, son buenos ejemplos de arquitecturas de control descentralizadas: la locomoción se logra en ausencia de un cerebro (centralizado). Es fascinante en comparación con lo que podemos lograr con las máquinas hechas por el hombre.
Una transición sin problemas al MIT
Sus estudios de posgrado en la Universidad de Navarra en San Sebastián la llevaron a trabajar con el profesor John Bush del MIT en dinámica de fluidos. En 2015 invitó a Arbelaiz al MIT como estudiante visitante para estudiar las interacciones de las gotas. Esto llevó a su artículo de 2018 en fluidos del examen físico, y su búsqueda de un doctorado en el MIT.
En 2018, su investigación doctoral se transfirió al Centro de Investigación de Sistemas Sociotécnicos Interdisciplinarios (SSRC) y ahora cuenta con el asesoramiento de Ali Jadbabaie, Profesor de Ingeniería JR East y Jefe del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental; y Decana Asociada de la Escuela de Ingeniería Anette «Peko» Hosoi, quien es Profesora Neil y Jane Pappalardo de Ingeniería Mecánica así como Profesora de Matemáticas Aplicadas. Arbelaiz también trabaja regularmente con Bassam Bamieh, director asociado del Centro de Control, Sistemas Dinámicos y Computación de la Universidad de California, Santa Bárbara. Ella dice que trabajar con este equipo de asesores le da la libertad de explorar los proyectos de investigación multidisciplinarios que la han atraído en los últimos cinco años.
Por ejemplo, ella usa enfoques teóricos de sistemas para diseñar nuevos controladores y estimadores óptimos para sistemas dinámicos espacio-temporales, y para obtener una comprensión fundamental de las topologías de comunicación de retroalimentación sensorial necesarias para controlar de manera óptima estos sistemas. Para aplicaciones de robótica blanda, esto equivale a priorizar qué medidas sensoriales son importantes para activar mejor cada uno de los «músculos» de este robot. ¿Se ha degradado el rendimiento del robot cuando cada actuador solo tiene acceso a las mediciones sensoriales más cercanas? Su investigación caracteriza tal compensación entre el rendimiento de circuito cerrado, la incertidumbre y la complejidad en sistemas espacialmente distribuidos.
“Estoy decidida a cerrar la brecha entre la autonomía de las máquinas, la teoría de sistemas y la inteligencia biológica”, dice.
Siguiente capítulo
Una Beca de Ciencias Schmidt de dos años, que financia a jóvenes investigadores para realizar estudios posdoctorales en un área diferente de sus estudios de posgrado, permitirá a Arbelaiz explorar más a fondo la intersección de la inteligencia biológica y la inteligencia humana artificial después de graduarse.
Planea pasar su tiempo postdoctoral en la Universidad de Princeton con la profesora Naomi Leonard y trabajar con investigadores en biología de sistemas, ciencias de la computación y robótica para explorar la confiabilidad y solidez de los ensamblajes biológicos y artificiales. Específicamente, quiere aprender cómo los sistemas biológicos se adaptan de manera efectiva a diferentes entornos para poder aplicar este conocimiento a los sistemas creados por humanos, como las máquinas autónomas, cuya vulnerabilidad al ruido y la incertidumbre crea problemas de seguridad.
“Preveo una revolución sin precedentes en máquinas inteligentes autónomas, facilitada por una simbiosis fructífera entre la teoría de sistemas, la computación y la (neuro)biología”, dice.
pagar por adelantado
Arbelaiz creció en España, consciente del privilegio de tener acceso a una mejor educación que la de sus padres. Su padre obtuvo una licenciatura en economía a través de estudios independientes mientras trabajaba para mantener a su familia. Su hija heredó su perseverancia.
“Las dificultades por las que pasaron mis padres los hicieron apreciar la autodirección, el aprendizaje permanente y el pensamiento crítico”, dice ella. “Me transmitieron estos valores, así que crecí para ser una persona curiosa y perseverante, apasionada por la ciencia y lista para aprovechar todas las oportunidades educativas”.
Con el deseo de transmitir esto a otros, asesora a estudiantes de STEM que carecen de orientación o recursos. “Creo firmemente que debemos promover el talento en todas partes, y la tutoría podría ser el principal impulsor para alentar a las minorías subrepresentadas a seguir carreras en STEM”, dice.
Defensora de las mujeres en STEM, formó parte del comité ejecutivo de Graduate Women at MIT (GWAMIT) y MIT Women in Mathematics, y participa en varios paneles y talleres. También dirige experiencias en vivo para niños, como en los eventos del Día de las Niñas del Museo MIT.
“Como científicos, tenemos la responsabilidad de compartir nuestro conocimiento, informar al público sobre los descubrimientos científicos y su impacto, y crear conciencia sobre el valor de la investigación y la necesidad de invertir en ella.
Arbelaiz también apoya los esfuerzos de divulgación de Covid-19 del MIT, incluidas las discusiones sobre el modelado matemático del virus y la traducción al euskera de la aplicación MIT Covid-19 Indoor Safety de su ex mentor John Bush.
Este interés en pagar por sus conocimientos STEM es algo que atribuye a su educación en el MIT.
«El MIT ha sido una de las mejores experiencias de mi vida hasta ahora: me ha brindado un tremendo crecimiento académico, profesional y personal», dice. «Comparto el gusto del MIT por la investigación colaborativa y multidisciplinaria, la atracción por los desafíos intelectuales y el entusiasmo por hacer avanzar la ciencia y la tecnología en beneficio de la humanidad».
