Vers une intelligence artificielle bio-inspirée | Nouvelles du MIT

Juncal Arbelaiz Mugica est originaire d’Espagne, où le poulpe est un élément de menu commun. Cependant, Arbelaiz apprécie les pieuvres et créatures similaires d’une manière différente, avec ses recherches sur la théorie de la robotique douce.

Plus de la moitié des nerfs d’une pieuvre sont répartis sur ses huit bras, chacun avec un certain degré d’autonomie. Ce système distribué de détection et de traitement de l’information a intrigué Arbelaiz, qui étudie comment concevoir une intelligence décentralisée pour les systèmes artificiels avec détection et calcul intégrés. Au MIT, Arbelaiz est une étudiante en mathématiques appliquées qui travaille depuis quelques semaines sur les principes fondamentaux de la commande et de l’estimation distribuées idéales avant de terminer son doctorat cet automne.

Elle s’inspire de l’intelligence biologique des invertébrés tels que les pieuvres et les méduses, dans le but ultime de concevoir de nouvelles stratégies de contrôle pour des robots flexibles « mous » pouvant être utilisés dans des environnements étroits ou délicats, comme outil chirurgical ou pour la recherche. et – missions de sauvetage.

« La douceur des robots mous leur permet de s’adapter dynamiquement à différents environnements. Pensez aux vers, aux serpents ou aux méduses et comparez leurs capacités de mouvement et d’adaptation à celles des animaux vertébrés », explique Arbelaiz. « C’est une expression intéressante de l’intelligence intégrée – l’absence d’un squelette rigide donne des avantages à certaines applications et aide à gérer plus efficacement l’incertitude du monde réel. Mais cette fluidité supplémentaire implique également de nouveaux défis théoriques du système.

Dans le monde biologique, le «contrôleur» est généralement associé au cerveau et au système nerveux central – il crée des commandes motrices pour que les muscles réalisent le mouvement. Les méduses et certains autres organismes mous n’ont pas de centre nerveux centralisé ou de cerveau. Inspirée par cette observation, elle travaille maintenant sur une théorie selon laquelle les systèmes de robotique légère peuvent être contrôlés à l’aide d’un partage d’informations sensorielles décentralisé.

“Lorsque la détection et l’actionnement sont répartis sur le corps du robot et que les ressources informatiques embarquées sont limitées, il peut être difficile de mettre en œuvre une intelligence centralisée”, dit-elle. «Nous avons donc besoin de ce type de schéma décentralisé qui, malgré le partage d’informations sensorielles uniquement localement, garantit le comportement global souhaité. Certains systèmes biologiques, comme les méduses, sont de beaux exemples d’architectures de contrôle décentralisées – la locomotion est réalisée en l’absence d’un cerveau (centralisé). C’est fascinant par rapport à ce que nous pouvons réaliser avec des machines fabriquées par l’homme.

Une transition en douceur vers le MIT

Ses études supérieures à l’Université de Navarre à Saint-Sébastien l’ont amenée à travailler avec le professeur du MIT Jean Bush en dynamique des fluides. En 2015, il a invité Arbelaiz au MIT en tant qu’étudiant invité pour étudier les interactions des gouttelettes. Cela a conduit à votre 2018 papier à l’intérieur Fluides d’examen physique, et sa poursuite d’un doctorat au MIT.

En 2018, sa recherche doctorale a été transférée au Centre interdisciplinaire de recherche sur les systèmes sociotechniques (SSRC), et est maintenant conseillée par Ali Jadbabaïe, professeur d’ingénierie JR East et chef du département de génie civil et environnemental ; et directeur associé de l’école d’ingénieurs Anette “Peko” Hosoi, qui est professeur Neil et Jane Pappalardo de génie mécanique, ainsi que professeur de mathématiques appliquées. Arbelaiz travaille également régulièrement avec Bassam Bamieh, directeur associé du Center for Control, Dynamic Systems and Computing de l’Université de Californie à Santa Barbara. Elle dit que travailler avec cette équipe de conseillers lui donne la liberté d’explorer les projets de recherche multidisciplinaires qui l’ont attirée au cours des cinq dernières années.

Par exemple, elle utilise approches de la théorie des systèmes pour concevoir de nouveaux contrôleurs et estimateurs optimaux pour les systèmes à dynamique spatio-temporelle et pour acquérir une compréhension fondamentale des topologies de communication par rétroaction sensorielle nécessaires pour contrôler de manière optimale ces systèmes. Pour les applications de robotique légère, cela revient à classer les mesures sensorielles importantes pour déclencher au mieux chacun des « muscles » de ce robot. Les performances du robot diminuent-elles lorsque chaque actionneur n’a accès qu’aux mesures sensorielles les plus proches ? Ses recherches caractérisent ce compromis entre performance en boucle fermée, incertitude et complexité dans les systèmes spatialement distribués.

« Je suis déterminée à combler le fossé entre l’autonomie des machines, la théorie des systèmes et l’intelligence biologique », dit-elle.

Chapitre suivant

une année sur deux Bourse scientifique Schmidtqui finance de jeunes chercheurs pour entreprendre des études postdoctorales dans un domaine autre que leurs études supérieures, permettra à Arbelaiz d’explorer davantage l’intersection de l’intelligence biologique et de la machine après l’obtention de son diplôme.

Elle prévoit de passer son temps postdoctoral à l’Université de Princeton avec le professeur Naomi Leonard et de travailler avec des chercheurs en biologie des systèmes, en informatique et en robotique pour explorer la fiabilité et la robustesse des assemblages biologiques et artificiels. Plus précisément, elle souhaite apprendre comment les systèmes biologiques s’adaptent efficacement à différents environnements afin de pouvoir appliquer ces connaissances à des systèmes artificiels, tels que des machines autonomes, dont la vulnérabilité au bruit et à l’incertitude crée des problèmes de sécurité.

“Je prévois une révolution sans précédent qui se profile dans les machines autonomes et intelligentes, facilitée par une symbiose fructueuse entre la théorie des systèmes, l’informatique et la (neuro)biologie”, dit-elle.

payant

Arbelaiz a grandi en Espagne conscient du privilège d’avoir accès à une meilleure éducation que ses parents. Son père s’est spécialisé en économie grâce à des études indépendantes tout en travaillant pour subvenir aux besoins de sa famille. Votre fille a hérité de votre persévérance.

« Les difficultés rencontrées par mes parents leur ont fait valoriser l’auto-éducation, l’apprentissage tout au long de la vie et la pensée critique », dit-elle. “Ils m’ont transmis ces valeurs, j’ai donc grandi pour devenir une personne curieuse et persévérante, passionnée par la science et prête à profiter de chaque opportunité éducative.”

Avec le désir de transmettre cela à d’autres, elle encadre des étudiants STEM qui manquent de conseils ou de ressources. “Je crois fermement que nous devrions promouvoir les talents partout, et le mentorat peut être le principal facteur pour encourager les minorités sous-représentées à poursuivre des carrières dans les STEM”, dit-elle.

Défenseure des femmes dans les STEM, elle a siégé au comité exécutif de Femmes diplômées du MIT (GWAMIT) et Femmes du MIT en mathématiques, et participe à plusieurs panels et ateliers. Elle mène également des expériences en direct pour les enfants, comme au MIT Museum. Journée des filles événements.

« En tant que scientifiques, nous avons la responsabilité de partager nos connaissances, d’informer le public sur les découvertes scientifiques et leur impact, et de sensibiliser à la valeur de la recherche et à la nécessité d’y investir.

Arbelaiz soutient également les efforts de sensibilisation de Covid-19 du MIT, y compris les keynotes sur la modélisation mathématique du viruset traduisant les paroles de son ancien mentor John Bush en basque Application de sécurité intérieure MIT Covid-19.

Cet intérêt pour la transmission de ses connaissances en STEM est quelque chose qu’elle attribue à son expérience au MIT.

“Le MIT a été l’une des meilleures expériences de ma vie jusqu’à présent : cela m’a apporté une énorme croissance académique, professionnelle et personnelle”, dit-elle. “Je partage le penchant du MIT pour la recherche collaborative et multidisciplinaire, l’attirance pour les défis intellectuels et l’enthousiasme pour faire progresser la science et la technologie au profit de l’humanité.”