Vers une intelligence artificielle bio-inspirée
Juncal Arbelaiz Mugica est originaire d’Espagne, où le poulpe est un élément de menu commun. Cependant, Arbelaiz apprécie les poulpes et les 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 dans ses huit bras, chacun ayant 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 détection et calcul intégrés. Au MIT, Arbelaiz est une étudiante en mathématiques appliquées qui travaille sur les principes fondamentaux du contrôle distribué optimal et de l’estimation 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 mous flexibles qui pourraient être utilisés dans des environnements étroits ou délicats, comme un outil chirurgical ou pour la recherche et le sauvetage. missions.
La souplesse 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 incarnée dépourvue d’un squelette rigide qui donne des avantages à certaines applications et aide à gérer plus efficacement l’incertitude dans le monde réel. Mais cette douceur 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 quelques autres organismes mous n’ont pas de centre nerveux centralisé, ou cerveau. Inspirée par cette observation, elle travaille maintenant sur une théorie selon laquelle les systèmes robotiques logiciels pourraient être contrôlés à l’aide du 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 être difficile de mettre en œuvre une intelligence centralisée, dit-elle. Nous avons donc besoin de ce type de schémas décentralisés qui, malgré le partage d’informations sensorielles uniquement localement, garantissent le comportement global souhaité. Certains systèmes biologiques, comme la méduse, 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 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 leur article de 2018 dans Fluides d’examen physique, et sa poursuite d’un doctorat au MIT.
En 2018, sa recherche doctorale a été transférée au Centre de recherche interdisciplinaire sur les systèmes sociotechniques (SSRC) et est maintenant conseillée par Ali Jadbabaie, professeur d’ingénierie JR East et chef du département de génie civil et environnemental ; et la doyenne associée de l’École d’ingénierie Anette Peko Hosoi, qui est professeure de génie mécanique Neil et Jane Pappalardo et professeure de mathématiques appliquées. Arbelaiz travaille également régulièrement avec Bassam Bamieh, directeur associé du Center for Control, Dynamical Systems, and Computation à 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 théoriques 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 de rétroaction sensorielle nécessaires pour contrôler de manière optimale ces systèmes. Pour les applications soft-robotic, cela revient à hiérarchiser quelles mesures sensorielles sont importantes pour déclencher au mieux chacun des muscles de ce robot. Les performances des robots se sont-elles dégradées lorsque chaque actionneur n’a accès qu’aux mesures sensorielles les plus proches ? Ses recherches caractérisent un tel compromis entre les performances en boucle fermée, l’incertitude et la 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 bourse scientifique Schmidt de deux ans, qui finance de jeunes chercheurs pour qu’ils poursuivent des études postdoctorales dans un domaine différent de leurs études supérieures, permettra à Arbelaiz d’explorer davantage l’intersection de l’intelligence biologique et de l’intelligence artificielle 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 ensembles 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 créés par l’homme, 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 dans les machines autonomes et intelligentes, facilitée par une symbiose fructueuse entre la théorie des systèmes, le calcul et la (neuro)biologie, dit-elle.
Payer en avant
Arbelaiz a grandi en Espagne, consciente du privilège d’avoir accès à une meilleure éducation que ses parents. Son père a obtenu un diplôme en économie grâce à des études indépendantes tout en travaillant pour subvenir aux besoins de sa famille. Sa fille a hérité de sa persévérance.
Les difficultés vécues par mes parents leur ont fait chérir l’autodidactisme, 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 les sciences et prête à saisir toutes les opportunités éducatives.
Dans un 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 pourrait être le principal moteur pour encourager les minorités sous-représentées à poursuivre des carrières dans les STEM, dit-elle.
Défenseur des femmes dans les STEM, elle a fait partie du comité exécutif de Graduate Women at MIT (GWAMIT) et MIT Women in Mathematics, et participe à divers panels et ateliers. Elle dirige également des expériences en direct pour les enfants, comme lors des événements du MIT Museums Girls Day.
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 du MIT Covid-19, y compris des discussions sur la modélisation mathématique du virus et la traduction en basque de son ancien mentor John Bushs MIT Covid-19 Indoor Safety app.
Cet intérêt à payer ses connaissances en STEM est quelque chose qu’elle attribue à sa formation au MIT.
Le MIT a été l’une des meilleures expériences de ma vie jusqu’à présent : il a apporté une énorme croissance académique, professionnelle et personnelle, dit-elle. Je partage le goût du MIT pour la recherche collaborative et multidisciplinaire, l’attrait pour les défis intellectuels et l’enthousiasme pour faire avancer la science et la technologie au profit de l’humanité.