Εξερεύνηση του κόσμου των υποβρύχιων οχημάτων στο MIT

Εκπαίδευση και καινοτομία στα υποβρύχια οχήματα

Όταν ο Michael Benjamin, επικεφαλής ερευνητής στο MIT Center for Ocean Engineering, έφτασε στο MIT πριν από 25 χρόνια, η πρόσβαση στα υποβρύχια οχήματα του τμήματος ήταν προνόμιο μόνο των καθηγητών και των μεταδιδακτορικών ερευνητών. Τα οχήματα αυτά ήταν ακριβά και απαιτούσαν εκτεταμένη εκπαίδευση για τη λειτουργία τους. Όπως εξηγεί ο Benjamin, υπήρχε μεγάλος φόβος για την απώλεια ή τη ζημιά τους, και δεν υπήρχε εκπαιδευτική υποδομή για να εκπαιδεύσει τους φοιτητές.

Η εισαγωγή του μαθήματος 2.680 (Marine Autonomy, Sensing, and Communication) άλλαξε το τοπίο, δημιουργώντας ένα περιβάλλον όπου φοιτητές προπτυχιακού και μεταπτυχιακού επιπέδου μπορούσαν να μάθουν να γράφουν κώδικα αυτονομίας και να δοκιμάζουν το λογισμικό τους σε ρομπότ στον ποταμό Charles. Το μάθημα 2.S01 (Introduction to Autonomous Underwater Vehicles), που προστέθηκε πέρυσι, προχώρησε ακόμη περισσότερο τις ευκαιρίες πρακτικής εκπαίδευσης.

Η επιστροφή στις ρίζες και η πρακτική εκπαίδευση

Ο Benjamin αναφέρει ότι το 2.S01 είναι μια επιστροφή στις ρίζες μας: τα υποβρύχια οχήματα. Στόχος ήταν η δημιουργία ενός μαθησιακού περιβάλλοντος όπου κάθε φοιτητής θα χειρίζεται ένα ρομπότ χωρίς φόβο απώλειας. Κάθε φοιτητής λαμβάνει ένα κιτ ηλεκτρονικών, το οποίο ο Benjamin αποκαλεί την “καρδιά του ρομπότ”. Οι φοιτητές μπορούν να πειραματιστούν όσο θέλουν στο δωμάτιό τους, και αν το καταστρέψουν, θα τους δοθεί άλλο κιτ.

Τα AUV και τα κιτ δοκιμών των φοιτητών στο 2.S01 σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν από τον Supun Randeni, ερευνητή στη μηχανολογία και κύριο διδάσκοντα του μαθήματος, και τον Captain Michael Sacarny από το MIT Sea Grant. Ο Benjamin αναφέρει ότι ο Randeni και ο Sacarny είναι οι “ιδιοφυΐες” πίσω από το μάθημα, καθώς διευθύνουν τις πρακτικές εργαστηριακές ασκήσεις.

Εμβάθυνση στη σχεδίαση και λειτουργία AUVs

Το μάθημα 2.S01 παρέχει στους φοιτητές μια εις βάθος κατανόηση των αυτόνομων υποβρύχιων οχημάτων (AUVs), εισάγοντας θεωρητικές και πρακτικές πτυχές της διαδικασίας σχεδίασης. Αυτό περιλαμβάνει τις βασικές αρχές της ναυπηγικής αρχιτεκτονικής, του σχεδιασμού ηλεκτρικών συστημάτων, του μηχανικού σχεδιασμού και του σχεδιασμού λογισμικού. Οι φοιτητές συναρμολογούν τα δικά τους AUVs χρησιμοποιώντας ένα κιτ εξαρτημάτων και καθοδήγηση από τους εκπαιδευτές, ξεκινώντας από τα βασικά ηλεκτρονικά και κατασκευάζοντας ένα πλήρες όχημα για ανάπτυξη στον ποταμό Charles στις τελευταίες εβδομάδες.

Πρακτικές δοκιμές και αποστολές αυτονομίας

Μεταξύ των δραστηριοτήτων, οι φοιτητές συμμετέχουν σε δοκιμές στεγανότητας, δοκιμές υποσυστημάτων πριν την εκτόξευση και δοκιμές εξισορρόπησης στην ακτή, ακολουθούμενες από ρυθμίσεις ελέγχου σε χαμηλό επίπεδο στο νερό. Οι φοιτητές κατασκευάζουν αποστολές αυτονομίας, πρώτα σε προσομοίωση και στη συνέχεια σε πραγματικές συνθήκες στο νερό, για τη διεξαγωγή περιβαλλοντικής έρευνας στον ποταμό Charles. Τα τελικά εργαστήρια του μαθήματος περιλαμβάνουν ομαδικούς διαγωνισμούς με προκλήσεις στο νερό. Για τη δεύτερη επανάληψη του μαθήματος, που ξεκινάει στα τέλη Μαρτίου, οι εκπαιδευτές σχεδιάζουν να προσθέσουν περισσότερα εργαστήρια που επιτρέπουν στους φοιτητές να εξερευνήσουν τις λεπτομέρειες των ηλεκτρονικών, περισσότερες επιλογές προσομοίωσης και περισσότερο χρόνο στο νερό.

Εμπειρίες φοιτητών και μελλοντικές προοπτικές

Η Adowyn Bryne, φοιτήτρια δεύτερου έτους στη μηχανολογία, παρακολούθησε το μάθημα πέρυσι ως μέλος της πρώτης ομάδας, αλλά αυτή δεν ήταν η πρώτη της εμπειρία με υποβρύχια οχήματα. Είχε συμμετάσχει σε ένα πρόγραμμα SeaPerch στο λύκειο. “Επέλεξα το 2.S01 γιατί ήθελα να μάθω για πιο σύνθετα υποβρύχια οχήματα,” λέει η Bryne. “Δεν ανακάλυψα μέχρι αργότερα στο εξάμηνο ότι το SeaPerch ξεκίνησε στο MIT Sea Grant!”

Ο Benjamin ελπίζει ότι οι πρωτοετείς φοιτητές θα αποκομίσουν μερικά σημαντικά στοιχεία από τη συμμετοχή τους στο 2.S01: πρώτον, την κατανόηση ότι η θαλάσσια ρομποτική είναι μια πολυεπιστημονική προσπάθεια, που περιλαμβάνει μηχανολογία, ηλεκτρολογία, θεωρία ελέγχου, πληροφορική και θαλάσσια επιστήμη. Δεύτερον, την ευκαιρία να δουν την προσπάθεια ως πύλη για την εξερεύνηση και κατανόηση του ωκεανού. Οι φοιτητές λένε ότι είναι αυτό και πολλά περισσότερα.

Ανακαλύπτοντας νέους ορίζοντες

Η Isabella Yeung, φοιτήτρια τρίτου έτους στο Course 12, παρακολούθησε το μάθημα κατά τη δεύτερη χρονιά της μετά τη συμμετοχή της στο MIT Undergraduate Research Opportunities Program (UROP) στο MIT Sea Grant Bio Lab με την Carolina Bastidas. Η Bastidas είναι ερευνήτρια στην ομάδα Marine Advisory Services του MIT Sea Grant.

“Κατά τη διάρκεια του UROP, είχα δει πολλά AUVs και άλλα έργα που αναπτύσσονταν στο MIT Sea Grant,” λέει η Yeung. “Ήμουν περίεργη να μάθω περισσότερα και να αποκτήσω μια βαθύτερη κατανόηση του τι έκαναν. Αυτό το μάθημα ήταν μια εξαιρετική ευκαιρία να εισέλθω στον κόσμο της θαλάσσιας ρομποτικής χωρίς να έχω υπόβαθρο στο Course 2.”

Η ίδια αποκάλεσε το μάθημα “εύκολα ένα από τα πιο πρακτικά (και εξαιρετικά διασκεδαστικά) μαθήματα” που έχει παρακολουθήσει ποτέ, προσθέτοντας ότι εκτίμησε την ευκαιρία να συναρμολογήσει και να αναπτύξει το AUV.

“Ως κάποια που απολαμβάνει να πειραματίζεται, εκτίμησα την ευκαιρία να λερώσω τα χέρια μου — κυριολεκτικά, με γράσο και νερό του Charles,” λέει η Yeung. “Ανυπομονούσα για όλα τα μαθήματα, ειδικά για τις συνεδρίες ανάπτυξης. Τίποτα δεν συγκρινόταν με την αδρεναλ