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Manipulando o futuro
Um novo curso de manipulaa§a£o roba³tica fornece uma ampla pesquisa sobre roba³tica de última geraça£o, equipando os alunos para identificar e resolver os maiores problemas do campo.
Por Ashley Belanger - 11/04/2022


Professor Russ Tedrake (segundo da esquerda) examina um braa§o roba³tico com alunos do 6.800 (Manipulação Roba³tica). A Tedrake projetou o curso em resposta a  crescente necessidade de engenheiros de pesquisar os mais recentes avanços em roba³tica enquanto ganham experiência na solução de problemas reais da indaºstria. Créditos: Foto: Gretchen Ertl

Amedida que os robôs evoluem, a imaginação coletiva da sociedade pondera para sempre o que mais os robôs podem fazer, com fascinações recentes ganhando vida como carros auta´nomos ou robôs que podem andar e interagir com objetos como os humanos.

Esses sistemas sofisticados são alimentados por avanços em aprendizado profundo que desencadearam avanços na percepção roba³tica, de modo que os robôs hoje tem maior potencial para uma melhor tomada de decisão e melhor funcionamento em ambientes do mundo real. Mas os roboticistas de amanha£ precisam entender como combinar aprendizado profundo com dina¢mica, controles e planejamento de longo prazo. Para manter esse impulso na manipulação roba³tica, os engenheiros de hoje devem aprender a pairar acima de todo o campo, conectando um conjunto cada vez mais diversificado de ideias com um foco interdisciplinar necessa¡rio para projetar sistemas robóticos cada vez mais complexos.

No outono passado, o Departamento de Engenharia Elanãtrica e Ciência da Computação do MIT lançou um novo curso, 6.800(Manipulação Roba³tica) para ajudar estudantes de engenharia a pesquisar amplamente os mais recentes avanços em roba³tica enquanto solucionam problemas reais da indaºstria. a‰ um curso aºnico que pode fornecer uma incursão em roba³tica para alunos sem experiência em roba³tica, projetado por Russ Tedrake, o Professor Toyota de Engenharia Elanãtrica e Ciência da Computação, Aerona¡utica e Astrona¡utica e Engenharia Meca¢nica no MIT. Tedrake desenvolveu o curso depois que a manipulação roba³tica se tornou o novo foco de sua própria pesquisa no Toyota Research Institute e no Robot Locomotion Group do MIT, e ficou claro para ele que desenvolver uma estrutura pedaga³gica seria importante porque o campo étão diversificado e muda tão rapidamente .

“Era hora de haver um aºnico lugar onde vocêpudesse realmente ver todas as pea§as”, diz Tedrake.

Seus alunos aprendem abordagens algora­tmicas fundamentais para construir sistemas robóticos capazes de manipular objetos de forma auta´noma em ambientes não estruturados. Explorando tópicos como percepção, planejamento, dina¢mica e controle, os alunos resolvem conjuntos de problemas para se orientarem no desenvolvimento de uma pilha de software, normalmente usando o software de ca³digo aberto licenciado permissivamente Drake - e épor isso que os lideres do setor também assistem a s palestras de Tedrake. Nãofocado em questiona¡rios e exames finais, o curso culmina com um projeto final onde os alunos podem explorar qualquer problema de manipulação roba³tica que os fascina.

O estudante de engenharia David von Wrangel estãoatualmente no curso. Sua formação éem foguetes e propulsão, e ele são se interessou por roba³tica atravanãs de um recente esta¡gio de roba³tica ma³vel na Tesla. Aprendendo o que era necessa¡rio para fazer um roba´ se mover, logo sua próxima pergunta se tornou: como um roba´ pode ser feito para pegar algo? Foi quando um colega de esta¡gio lhe contou sobre o curso de Manipulação Roba³tica do MIT.

“Fiquei super empolgado, porque era exatamente isso que estava faltando: agora que vocêpode manipular seu roba´, são precisa descobrir como usar a manipulação para mover outras coisas”, diz von Wrangel.

As notas do curso de Tedrake fornecem a estudantes como von Wrangel uma janela para olhar atravanãs da paisagem mental do pra³prio professor no campo. Os alunos dizem que são diferentes de todas as notas de curso que já viram - fornecendo um roteiro constantemente atualizado do que seria necessa¡rio para avana§ar a roba³tica como um campo.

Assistentes de ensino (TAs), como o estudante de doutorado HJ Terry Suh no outono passado, desenvolvem conjuntos de problemas que oferecem aos alunos oportunidades de aplicar conceitos menos familiares e ver por si mesmos como várias disciplinas se conectam.

Esse potencial de ganhar um novo ponto de vista em roba³tica éjustamente o que atraiu o estudante de pós-graduação Anubhav Guha ao curso. Sua pesquisa se concentra em aplicações de controles, e ele fez o curso para examinar problemas abertos em roba³tica diretamente relacionados a  sua pesquisa. “Eu meio que queria explorar um pouco o campo e sentir os problemas técnicos”, diz Guha.

Tedrake diz que háum interesse desenfreado da indústria por engenheiros especializados em manipulação, e essa demanda ajudou a motiva¡-lo a lana§ar o curso. “A manipulação estãomeio que explodindo no campo”, diz Tedrake, acrescentando que recentemente, “émenos uma área de nicho, todo mundo estãode olho em fazer robôs fazerem coisas com as ma£os”. Neste momento, as grandes empresas estãoinvestindo.

Eles não são os aºnicos que investiram no futuro para robôs. Como havia muito interesse dos alunos no curso, Tedrake decidiu abrir as matra­culas de Manipulação Roba³tica para alunos de graduação e pós-graduação.

Para o estudante de doutorado Daniel Yang, que fez o curso quando foi oferecido pela primeira vez no outono passado, seu interesse pela manipulação roba³tica aumentou enquanto trabalhava na indústria e via os ambientes limitados em que os robôs operam atualmente. Como parte do Programa Conjunto MIT/Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), Yang colabora com oceana³grafos, ajudando a construir sistemas robóticos auta´nomos capazes de mergulhar na águapara coletar dados cienta­ficos.

“Em geral, estou interessado em colocar os robôs no mundo real”, diz Yang.

Para o projeto final do curso de Yang, ele se inspirou para explorar o funcionamento interno de um roba´ de arremesso como o TossingBot do Google. Colaborando com um parceiro para construir seu pra³prio roba´ de arremesso de bola em um simulador, eles foram capazes de documentar claramente os efeitos que tiraram o roba´ de seu jogo de arremesso, porque o simulador de curso permitiu que eles congelassem e reexaminassem todas as interações durante a solução de problemas. Por exemplo, eles perceberam que a precisão do braa§o de arremesso do roba´ era limitada porque a física exata de como a bola interagia com a garra do roba´ ainda era desconhecida.

“Vocaª pode pensar que pegar algo com os dedos ébastante simples”, diz Yang. “Mas quando vocêtenta traduzir isso em simulação, hámuita complexidade adicional.”

Suh diz que o projeto final de Guha foi um dos mais ambiciosos. Guha criou todo um sistema manipulador simulado que monta um quebra-cabea§a usando um sistema de ca¢mera que detecta o posicionamento e a orientação corretos da imagem para cada pea§a do quebra-cabea§a.

“Alguns outros projetos meio que se concentraram em um aspecto do pipeline de manipulação, como apreensão ou percepção”, diz Guha. “E eles realmente se aprofundaram nisso. E eu queria explorar todos os diferentes componentes necessa¡rios para fazer um sistema totalmente funcional.”

Tedrake diz que, quer os alunos decidam se concentrar em um aspecto do pipeline de manipulação ou enfrentem um sistema inteiro, resolver problemas em qualquernívelequivale a um grande sucesso neste campo de rápido crescimento que estãofaminto por soluções.

“Mesmo que seja um algoritmo que eu conhea§a bem, mas vejo com o que eles lutaram, ou como eles fizeram funcionar, isso agua§a minha compreensão do algoritmo”, diz Tedrake.

Tedrake leva muitas das soluções encontradas em sua aula diretamente para o laboratório, impulsionando sua própria pesquisa e ganhando novas ideias de pesquisa a cada semana. E a s vezes ele traz os alunos com ele. Foi o que aconteceu com von Wrangel, cujo entusiasmo pelo curso levou Tedrake a recruta¡-lo para ajudar a refinar algoritmos para o Robot Locomotion Group da Tedrake.

Yang e Suh concordam com Tedrake que o futuro da manipulação roba³tica estãochegando rápido e o curso de Manipulação Roba³tica ajudara¡ a treinar engenheiros para estabilizar o campo a  medida que avana§a.

“Acho que nos últimos anos houve tantos avanços em todos esses campos diferentes, mas não houve nada que os una em um espaço de problema especa­fico”, diz Yang.

Suh acha que as pessoas comea§ara£o a ver mais avanços na vida cotidiana e, a  medida que isso acontecer, o curso de Manipulação Roba³tica estara¡ la¡ como um recurso. Sua visão do futuro vaª robôs em todos os lugares.

“Sera¡ uma espanãcie de manipulação na natureza, onde teremos robôs entrando em lugares arbitra¡rios, como casas ou cozinhas das pessoas, e realizando tarefas de manipulação muito delicadas que normalmente esperara­amos que humanos fizessem”, diz Suh.

Para von Wrangel, o futuro da manipulação roba³tica nos ajudara¡ a ir muito além do aparente luxo de carros auta´nomos e coelhos-robôs. “Gosto muito da exploração espacial e dos humanos se tornarem espanãcies multiclima¡ticas e multiplaneta¡rias”, diz von Wrangel. “E acredito que os robôs podem nos ajudar a construir nosso futuro em Marte.”

Em seu segundo ano, a Manipulação Roba³tica segue inspirando ideias maiores e mais ousadas de alunos, que enchem TAs como Suh com perguntas a s vezes esotanãricas no meio da noite, sempre buscando orientação para melhor simular sistemas. Tedrake diz que as ideias para os projetos finais deste ano já foram mais ambiciosas do que no ano passado. Cada projeto, ajustando cada algoritmo pouco a pouco ou imaginando sistemas inteiros de um ponto de vista aºnico, servira¡ para impulsionar a inovação no campo.

“Alguns anos, com projetos de alunos, émais como, eu quero experimentar este papel e torna¡-lo um pouco melhor”, diz Tedrake. “E este ano, écomo, eu quero um roba´ que vai amarrar meus sapatos.”

 

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