从入门到精通：科研人员亲述机器人操纵技术之路

埃里卡·阿杜如何学会爱上机器人

任何机器人专家都会告诉你，当涉及机器人时，操作物品在技术上可能具有挑战性。仅仅举起一个包裹，这些末端执行器或臂端工具有时需要能够补偿不同的重量，以及检测压力和纹理的微小差异。某中心机器人部门的研究科学家埃里卡·阿杜正在解决这类问题。

阿杜长期以来一直对工程学感兴趣——这种兴趣始于她的童年。她的第一个家在尼日利亚，后来她和家人搬到了高楼林立的迪拜。“那里有各种各样的复杂建筑，”她说，“我发现自己不仅被它们的宏伟所吸引，也被设计和建造它们所需的计算所吸引。”

这种着迷（以及她对数学和物理的热爱）引导阿杜在2010年前往美国，在宾夕法尼亚大学攻读机械工程。宾夕法尼亚大学工程系有两个阿杜感兴趣的领域：产品设计和机器人技术。“我发现自己对机械设计非常感兴趣，”阿杜说。在那里，她建立了自己的作品集，甚至创办了一个产品创新俱乐部——工程系的几个人最终都加入了这个俱乐部。

学会爱上机器人技术

她在大二修读了《机器人学入门》课程后，便迷上了机器人技术。这门课专注于物品操作，类似于她现在从事的工作。她发现这个主题非常吸引人。后来，当她修读一门关于机电一体化的课程时，她再次被机器人技术吸引。“我在那门课上投入了大量时间，因为我对此非常着迷，”她说。

在参与了一系列构建不同类型机器人的小项目，并愉快地结合了电气、机械和软件之后，“我知道机器人技术中有一些我非常想亲身投入的东西。”她的毕业项目是：创建一个能够自主打曲棍球的机器人。“我只记得我和队友们在实验室里花了无数个小时——那真是太棒了，”她回忆道。

那些深夜工作将她推向了机器人技术领域，随后她在宾夕法尼亚大学攻读硕士学位时也继续从事这方面研究。她对研究的热爱意味着她面临着是否继续攻读博士学位的疑问。她当时不确定，所以当她获得某中心机器人部门的博士后实习机会时，她接受了——并且非常喜欢。她与其他实习生一起进行了一个探索性项目，让他们能够运用所学知识。“在那个实习期结束时，我相当确定我想留在工业界，而不是回到学术界，”阿杜说。她于2016年初加入某中心，成为一名机械工程师。

回归研究

几年后，阿杜意识到她对研究的热情依然在燃烧：“虽然我非常喜欢我的团队并学到了很多，但我意识到我想重新回到研究领域。”

于是她开始转型，旁听研究团队的会议，并承担一些小任务。“当我加入操纵研究组织时，我向贝丝·马库斯汇报，她非常出色且鼓舞人心。她给了我探索一系列研究课题并形成研究重点的机会。这很棒，因为这正是我进入科学研究领域并成长为一名科学家所需要的，”阿杜说。

她的另一位导师安德鲁·马凯西教她建模和仿真。“安迪在机器人操纵的几乎每个领域都才华横溢、技艺高超，”她说，“有机会向他学习至关重要，他是我转型进入科学世界的主要原因。”

事实证明，这种转型对某中心来说是卓有成效的。“埃里卡具有通过系统的实验和细致的分析来推进理解的深刻能力。她不断地将模糊不清的问题分解成可检验的假设——真正体现了科学过程，”马凯西说。

阿杜的团队目前专注于推进机器人如何运输和移动包裹。她正在开发用于机器人物品操纵的分析模型——这包括物理学和机器人系统建模。“这可以是从描述机器人工作单元某个组件的物理计算，到模拟整个机器人系统的编程仿真，”她解释道。

她与团队合作，在一个仿真平台内开发这些模型。她也使用高保真物理模拟器，在那里同样开发模型。“我还创建自己的仿真，以便能够回答高层次的业务问题，并通过白皮书向领导和同事传达我的发现，”阿杜说。

这可能会让她走出工作单元系统，进入楼层级别的模拟，这些模拟可用于检查一种方法相对于另一种方法如何影响吞吐量。最终目标是可靠且安全地将包裹送达目的地。

阿杜使用Python或MATLAB编写脚本，因为她只是创建描述系统的模型，但有时也会将她的想法应用到真实的机器人上（既是为了培养直觉，也是为了验证她的模型）。尽管COVID-19疫情导致她在2020年大部分时间无法进入办公室操作真实机器人，但她找到了替代方法。她的解决方案是：观看机器人执行她正在研究的特定动作的视频来建立直觉，然后稍后使用机器人进行验证测试。

“从仿真过渡到现实世界的能力至关重要，”某中心机器人部门的工程与机器人副总裁帕里斯·韦尔曼指出。“这对我们组织及其推出真正酷炫事物的能力有重大影响。它让我们能够带领聪明的软件工程师和科学家，让他们在风险不大的情况下学习如何做机器人技术。”

职业建议

对于任何有兴趣追随阿杜脚步的人，她说找到好的导师对她的成功“极其关键”。“通过他们，我能够学习并获得他们对处理模糊问题的正确方法的反馈和想法——他们真是非常有帮助，”她说。

阿杜解决问题的创造性方式也使她成为某中心的宝贵财富。

“自从我认识她以来，埃里卡一直对非常模糊的问题感兴趣——业务希望前进但我们的技术和/或解决方案尚未得到证实的领域，”马凯西说。他说她提出和回答难题的能力“影响着我们操纵技术下一步的发展方向。她在科学探索上严谨，但在交付成果时及时。”

除了导师，阿杜说，能够舒适地在你已知领域之外工作也很重要。“很多时候，我觉得我是在处理超出我舒适区的事情，”阿杜说。“而这就是我能够成长的方式。”