Se tortillant vers la bio

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Juncal Arbelaiz Mugica est originaire d'Espagne, où le poulpe est un élément courant du menu. Cependant, Arbelaiz apprécie les poulpes et les créatures similaires d'une manière différente, grâce à ses recherches sur la théorie de la robotique douce.

Plus de la moitié des nerfs d'une pieuvre sont répartis dans ses huit bras, chacun disposant d'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 créés par l'homme avec une détection et un calcul intégrés. Au MIT, Arbelaiz est une étudiante en mathématiques appliquées qui travaille sur les principes fondamentaux du contrôle et de l'estimation distribués optimaux au cours des dernières semaines avant de terminer son doctorat cet automne.

Elle s'inspire de l'intelligence biologique des invertébrés tels que les poulpes et les méduses, dans le but ultime de concevoir de nouvelles stratégies de contrôle pour des robots « doux » flexibles qui pourraient être utilisés dans des environnements restreints ou délicats, comme un outil chirurgical ou pour la recherche et la recherche. -missions de sauvetage.

« La souplesse des robots souples leur permet de s’adapter de manière dynamique 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. « Il s’agit d’une expression intéressante de l’intelligence incarnée : l’absence de squelette rigide donne des avantages à certaines applications et permet de gérer plus efficacement l’incertitude du monde réel. Mais cette souplesse supplémentaire entraîne également de nouveaux défis en matière de théorie des systèmes. »

Dans le monde biologique, le « contrôleur » est généralement associé au cerveau et au système nerveux central : il crée des commandes motrices permettant aux muscles d’effectuer un mouvement. Les méduses et quelques autres organismes mous n'ont pas de centre nerveux centralisé, ou cerveau. Inspirée par cette observation, elle travaille actuellement à une théorie selon laquelle les systèmes de robotique douce pourraient être contrôlés à l'aide d'un partage décentralisé d'informations sensorielles.

"Lorsque la détection et l'actionnement sont répartis dans le corps du robot et que les capacités de calcul embarquées sont limitées, il peut s'avérer difficile de mettre en œuvre une intelligence centralisée", explique-t-elle. « Nous avons donc besoin de ce type de systèmes décentralisés qui, même s’ils ne partagent les informations sensorielles qu’au niveau local, garantissent 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 fluide vers le MIT

Ses études supérieures à l'Université de Navarre à Saint-Sébastien l'ont amenée à travailler avec le professeur John Bush du MIT sur la dynamique des fluides. En 2015, il a invité Arbelaiz au MIT en tant qu'étudiant invité pour étudier les interactions entre gouttelettes. Cela a conduit à leur article de 2018 dans Physical Review Fluids et à sa poursuite d'un doctorat au MIT.

En 2018, ses recherches doctorales ont été transférées au Centre de recherche interdisciplinaire sur les systèmes sociotechniques (SSRC) et sont désormais conseillées par Ali Jadbabaie, professeur d'ingénierie JR Est et chef du département de génie civil et environnemental ; et la doyenne associée de l'École d'ingénierie, 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, Dynamical Systems, and Computation 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 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 douce, cela revient à classer quelles mesures sensorielles sont importantes pour déclencher au mieux chacun des « muscles » de ce robot. Les performances du robot se sont-elles dégradées lorsque chaque actionneur n'a accès qu'aux mesures sensorielles les plus proches ? Ses recherches caractérisent un tel compromis entre performances en boucle fermée, incertitude et complexité dans les systèmes spatialement distribués.