从爱好者到专家：机器人抓取技术的科研之路
艾丽卡·阿杜，一位在某个机器人中心工作的研究科学家，在宾夕法尼亚大学大二时修读了《机器人学导论》课程后，便被机器人领域深深吸引。
今天，她作为一名研究科学家，致力于解决机器人技术领域的重大挑战，而这一切都源于那堂决定性的大学课程。
物品操作的挑战
任何机器人专家都会告诉你，对于机器人而言，操纵物品在技术上具有挑战性。仅仅是抬起一个包裹，这些末端执行器或臂端工具有时就需要能够补偿不同的重量，并检测压力和纹理的微小差异。艾丽卡·阿杜正在应对的正是这类问题。
阿杜对工程学有着长期的兴趣——这始于她的童年。她的第一个家在尼日利亚，后来随家人搬到了摩天大楼林立的迪拜。“那里有各种各样构造精巧的建筑，”她说，“我发现自己不仅被它们的宏伟所吸引，也对设计和建造它们所需的计算感到着迷。”
这种着迷（以及她对数学和物理学的热爱）促使阿杜在2010年前往美国，在宾夕法尼亚大学攻读机械工程。宾大的工程系有两个领域让阿杜感兴趣：产品设计和机器人学。“我发现自己对机械设计极其感兴趣，”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——工程系的几个人后来也加入了。
爱上机器人学
大二时修读《机器人学导论》课程后，她便迷上了机器人学。该课程侧重于物品操作，与她现在从事的工作类似。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，她再次被机器人学吸引。“我在那门课上投入了大量的时间，因为我就是被它迷住了，”她说。
在参与了一系列建造不同类型机器人的小型项目，并享受将电气、机械和软件结合的乐趣之后，“我知道机器人学中有一些东西我真的想亲手去实践。”她的最终项目是：创造一个可以自主玩曲棍球的机器人。“我只记得和队友们在实验室里度过了无数个小时——那真是太棒了，”她回忆道。
那些深夜工作将她推向了机器人领域，随后她在宾大攻读硕士学位时也继续以此为方向。她对研究的热爱意味着她面临着是否要继续攻读博士学位的问题。她不确定，因此当她在某个机器人中心获得了一个研究生实习机会时，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的知识。“在那次实习结束时，我非常确定我想留在工业界，而不是重返学术界，”阿杜说。她于2016年初作为机械工程师加入了该机构。
重返研究领域
几年后，阿杜意识到她对研究的热情仍然在燃烧：“虽然我非常喜欢我的团队并学到了很多东西，但我意识到我想重新回到研究领域。”
于是她开始了转型，旁听研究团队的会议，并承担一些小任务。“当我加入操控研究组织时，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主题并在研究领域内发展专长的机会。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·马尔切斯教她建模和仿真。“安迪在机器人操控的几乎每个领域都非常出色且技能娴熟，”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。”
这一转型被证明对机构很有成果。“艾丽卡拥有通过系统的实验和细致的分析来增进理解的非凡能力。她不断地将模糊不清的问题分解为可检验的假设——这是科学过程的真正体现，”马尔切斯说。
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作的解析模型——包括物理和机器人系统建模。“这可以是描述机器人工作站某个组件的物理计算，也可以是模拟整个机器人系统的编程仿真，”她解释道。
与团队合作，她在仿真平台内开发这些模型。她还与一个高保真物理模拟器合作，在那里也开发模型。“我也会创建自己的仿真，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。
这可能会让她离开工作站系统，进入车间层面的仿真，这些仿真可以用来检验一种方法与另一种方法相比如何影响吞吐量。最终目标是可靠、安全地将包裹送达目的地。
阿杜用Python或MATLAB编写她的脚本，因为她只是创建模型来描述系统，但她有时也会将自己的想法应用于真实的机器人（既是为了培养直觉，也是为了验证她的模型）。尽管COVID-19大流行使她在2020年大部分时间无法进入办公室在真实机器人上工作，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，然后后来再用机器人进行验证测试。
“从仿真到现实世界的能力至关重要，”某个机器人中心的工程和机器人副总裁帕里斯·韦尔曼指出。“这对我们的组织及其发布真正酷的东西的能力都有重大影响。它使我们能够吸纳聪明的软件工程师和科学家，让他们在没有太大风险的情况下学习如何做机器人。”
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解决模糊问题正确方法的反馈和想法——他们非常非常有帮助，”她说。
阿杜解决问题的创造性方式也使她成为了机构的宝贵资产。
“自从我认识她以来，艾丽卡一直热衷于研究真正模糊的问题——机构希望进入但我们的技术和/或解决方案未经证实的领域，”马尔切斯说。他表示她提出并回答难题的能力“影响着我们操控技术的下一步发展方向。她的科学探索严谨，但成果交付及时。”
除了导师，阿杜说，乐于在自己已知领域之外工作也很重要。“很多时候，我觉得自己是在自己舒适区之外的事情上工作，”阿杜说。“而这就是我能够成长的方式。”
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