Campus

Manipulando o futuro
Um novo curso de manipulação robótica fornece uma ampla pesquisa sobre robótica de última geração, 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 braço robótico com alunos do 6.800 (Manipulação Robótica). A Tedrake projetou o curso em resposta à crescente necessidade de engenheiros de pesquisar os mais recentes avanços em robótica enquanto ganham experiência na solução de problemas reais da indústria. Créditos: Foto: Gretchen Ertl

À medida 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 autônomos 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 robótica, de modo que os robôs hoje têm maior potencial para uma melhor tomada de decisão e melhor funcionamento em ambientes do mundo real. Mas os roboticistas de amanhã precisam entender como combinar aprendizado profundo com dinâmica, controles e planejamento de longo prazo. Para manter esse impulso na manipulação robótica, 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 necessário para projetar sistemas robóticos cada vez mais complexos.

No outono passado, o Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação do MIT lançou um novo curso, 6.800(Manipulação Robótica) para ajudar estudantes de engenharia a pesquisar amplamente os mais recentes avanços em robótica enquanto solucionam problemas reais da indústria. É um curso único que pode fornecer uma incursão em robótica para alunos sem experiência em robótica, projetado por Russ Tedrake, o Professor Toyota de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação, Aeronáutica e Astronáutica e Engenharia Mecânica no MIT. Tedrake desenvolveu o curso depois que a manipulação robótica 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 pedagógica seria importante porque o campo é tão diversificado e muda tão rapidamente .

“Era hora de haver um único lugar onde você pudesse realmente ver todas as peças”, diz Tedrake.

Seus alunos aprendem abordagens algorítmicas fundamentais para construir sistemas robóticos capazes de manipular objetos de forma autônoma em ambientes não estruturados. Explorando tópicos como percepção, planejamento, dinâmica e controle, os alunos resolvem conjuntos de problemas para se orientarem no desenvolvimento de uma pilha de software, normalmente usando o software de código aberto licenciado permissivamente Drake - e é por isso que os líderes do setor também assistem às palestras de Tedrake. Não focado em questionários e exames finais, o curso culmina com um projeto final onde os alunos podem explorar qualquer problema de manipulação robótica que os fascina.

O estudante de engenharia David von Wrangel está atualmente no curso. Sua formação é em foguetes e propulsão, e ele só se interessou por robótica através de um recente estágio de robótica móvel na Tesla. Aprendendo o que era necessário para fazer um robô se mover, logo sua próxima pergunta se tornou: como um robô pode ser feito para pegar algo? Foi quando um colega de estágio lhe contou sobre o curso de Manipulação Robótica do MIT.

“Fiquei super empolgado, porque era exatamente isso que estava faltando: agora que você pode manipular seu robô, só 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 através da paisagem mental do próprio 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 necessário para avançar a robótica 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 robótica é justamente 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 robótica diretamente relacionados à sua pesquisa. “Eu meio que queria explorar um pouco o campo e sentir os problemas técnicos”, diz Guha.

Tedrake diz que há um interesse desenfreado da indústria por engenheiros especializados em manipulação, e essa demanda ajudou a motivá-lo a lançar o curso. “A manipulação está meio que explodindo no campo”, diz Tedrake, acrescentando que recentemente, “é menos uma área de nicho, todo mundo está de olho em fazer robôs fazerem coisas com as mãos”. Neste momento, as grandes empresas estão investindo.

Eles não são os únicos que investiram no futuro para robôs. Como havia muito interesse dos alunos no curso, Tedrake decidiu abrir as matrículas de Manipulação Robótica 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 robótica 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 oceanógrafos, ajudando a construir sistemas robóticos autônomos capazes de mergulhar na água para coletar dados científicos.

“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 robô de arremesso como o TossingBot do Google. Colaborando com um parceiro para construir seu próprio robô de arremesso de bola em um simulador, eles foram capazes de documentar claramente os efeitos que tiraram o robô 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 braço de arremesso do robô era limitada porque a física exata de como a bola interagia com a garra do robô ainda era desconhecida.

“Você pode pensar que pegar algo com os dedos é bastante simples”, diz Yang. “Mas quando você tenta traduzir isso em simulação, há muita 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-cabeça usando um sistema de câmera que detecta o posicionamento e a orientação corretos da imagem para cada peça do quebra-cabeça.

“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 necessários 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 qualquer nível equivale a um grande sucesso neste campo de rápido crescimento que está faminto por soluções.

“Mesmo que seja um algoritmo que eu conheça bem, mas vejo com o que eles lutaram, ou como eles fizeram funcionar, isso aguça 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 às vezes ele traz os alunos com ele. Foi o que aconteceu com von Wrangel, cujo entusiasmo pelo curso levou Tedrake a recrutá-lo para ajudar a refinar algoritmos para o Robot Locomotion Group da Tedrake.

Yang e Suh concordam com Tedrake que o futuro da manipulação robótica está chegando rápido e o curso de Manipulação Robótica ajudará a treinar engenheiros para estabilizar o campo à medida que avança.

“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 específico”, diz Yang.

Suh acha que as pessoas começarão a ver mais avanços na vida cotidiana e, à medida que isso acontecer, o curso de Manipulação Robótica estará lá como um recurso. Sua visão do futuro vê robôs em todos os lugares.

“Será uma espécie de manipulação na natureza, onde teremos robôs entrando em lugares arbitrários, como casas ou cozinhas das pessoas, e realizando tarefas de manipulação muito delicadas que normalmente esperaríamos que humanos fizessem”, diz Suh.

Para von Wrangel, o futuro da manipulação robótica nos ajudará a ir muito além do aparente luxo de carros autônomos e coelhos-robôs. “Gosto muito da exploração espacial e dos humanos se tornarem espécies multiclimáticas e multiplanetárias”, diz von Wrangel. “E acredito que os robôs podem nos ajudar a construir nosso futuro em Marte.”

Em seu segundo ano, a Manipulação Robótica segue inspirando ideias maiores e mais ousadas de alunos, que enchem TAs como Suh com perguntas às vezes esotéricas 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 único, servirá para impulsionar a inovação no campo.

“Alguns anos, com projetos de alunos, é mais como, eu quero experimentar este papel e torná-lo um pouco melhor”, diz Tedrake. “E este ano, é como, eu quero um robô que vai amarrar meus sapatos.”

 

.
.

Leia mais a seguir