바이오를 향해 꿈틀거리며

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Juncal Arbelaiz Mugica는 문어가 일반적인 메뉴 항목인 스페인 출신입니다. 그러나 Arbelaiz는 소프트 로봇 공학 이론에 대한 연구를 통해 문어와 유사한 생물을 다른 방식으로 평가합니다.

문어 신경의 절반 이상이 8개의 팔에 분포되어 있으며 각 팔에는 어느 정도 자율성이 있습니다. 이 분산 감지 및 정보 처리 시스템은 감지 및 계산이 내장된 인간이 만든 시스템을 위한 분산 지능을 설계하는 방법을 연구하고 있는 Arbelaiz의 흥미를 끌었습니다. MIT에서 Arbelaiz는 올 가을에 박사 학위를 마치기 전 마지막 몇 주 동안 최적 분산 제어 및 추정의 기초를 연구하는 응용 수학 학생입니다.

그녀는 문어, 해파리 등 무척추동물의 생물학적 지능에서 영감을 얻었으며, 궁극적인 목표는 수술 도구나 수색 및 탐색 작업과 같이 좁거나 섬세한 환경에서 사용할 수 있는 유연한 "소프트" 로봇에 대한 새로운 제어 전략을 설계하는 것입니다. - 구출 임무.

“소프트 로봇의 부드러움 덕분에 다양한 환경에 동적으로 적응할 수 있습니다. 벌레, 뱀, 해파리를 생각해보고 이들의 움직임과 적응 능력을 척추동물의 움직임과 적응 능력과 비교해 보세요.”라고 Arbelaiz는 말합니다. “이것은 구체화된 지능의 흥미로운 표현입니다. 견고한 골격이 없으면 특정 응용 프로그램에 이점을 제공하고 현실 세계의 불확실성을 보다 효율적으로 처리하는 데 도움이 됩니다. 그러나 이러한 추가적인 부드러움은 또한 새로운 시스템 이론적 과제를 수반합니다.”

생물학적 세계에서 "컨트롤러"는 일반적으로 뇌 및 중추 신경계와 관련되어 있으며 근육이 움직임을 달성하도록 운동 명령을 생성합니다. 해파리와 몇몇 다른 부드러운 유기체에는 중앙 신경 센터, 즉 뇌가 없습니다. 이 관찰에 영감을 받아 그녀는 현재 분산된 감각 정보 공유를 사용하여 소프트 로봇 시스템을 제어할 수 있는 이론을 연구하고 있습니다.

"감지 및 작동이 로봇 본체에 분산되어 있고 온보드 계산 기능이 제한되어 있으면 중앙 집중식 지능을 구현하기 어려울 수 있습니다."라고 그녀는 말합니다. “따라서 우리는 감각 정보를 로컬에서만 공유함에도 불구하고 원하는 글로벌 동작을 보장하는 이러한 종류의 분산형 체계가 필요합니다. 해파리와 같은 일부 생물학적 시스템은 분산 제어 아키텍처의 아름다운 예입니다. 이동은 (중앙 집중화된) 뇌가 없을 때 달성됩니다. 이는 인간이 만든 기계로 달성할 수 있는 것과 비교하면 매우 흥미롭습니다.”

MIT로의 유연한 전환

그녀는 산 세바스티안의 나바라 대학교에서 대학원 과정을 마친 후 MIT 교수인 John Bush와 함께 유체 역학을 연구하게 되었습니다. 2015년에 그는 물방울 상호 작용을 조사하기 위해 방문 학생으로 Arbelaiz를 MIT에 초대했습니다. 이로 인해 Physical Review Fluids의 2018년 논문이 나왔고 그녀는 MIT에서 박사 학위를 취득하게 되었습니다.

2018년에 그녀의 박사 과정 연구는 학제간 사회기술 시스템 연구 센터(SSRC)로 옮겨졌으며 현재는 JR East 공학 교수이자 토목 및 환경 공학과 책임자인 Ali Jadbabaie의 조언을 받고 있습니다. Neil & Jane Pappalardo 기계 공학 교수이자 응용 수학 교수인 공대 부학장 Anette “Peko” Hosoi. Arbelaiz는 또한 캘리포니아 대학교 산타바바라 캠퍼스의 제어, 동적 시스템 및 컴퓨팅 센터 부소장인 Bassam Bamieh와 정기적으로 협력하고 있습니다. 그녀는 이 자문팀과 함께 일하면서 지난 5년 동안 자신이 관심을 두었던 여러 학문 분야의 연구 프로젝트를 자유롭게 탐색할 수 있게 되었다고 말합니다.

예를 들어, 그녀는 시공간 역학을 갖춘 시스템을 위한 새로운 최적 컨트롤러 및 추정기를 설계하고 이러한 시스템을 최적으로 제어하는 ​​데 필요한 감각 피드백 통신 토폴로지에 대한 근본적인 이해를 얻기 위한 시스템 이론적 접근 방식입니다. 소프트 로봇 응용 분야의 경우 이는 이 로봇의 각 "근육"을 가장 잘 작동시키기 위해 어떤 감각 측정이 중요한지 순위를 매기는 것과 같습니다. 각 액추에이터가 가장 가까운 감각 측정에만 액세스할 수 있으면 로봇의 성능이 저하됩니까? 그녀의 연구는 공간적으로 분산된 시스템의 폐쇄 루프 성능, 불확실성 및 복잡성 간의 균형을 특징으로 합니다.