Cada primavera, el sótano del Ray and Maria Stata Center se convierte en una pista de carreras para pequeños autos autónomos que atraviesan los pasillos uno por uno. Corriendo detrás de cada automóvil a pie hay un equipo de tres a seis estudiantes, a veces con enrutadores inalámbricos o computadoras portátiles abiertas extendidas como antorchas olímpicas. Alineados en las paredes del sótano, sus compañeros de clase los animan, sabiendo el esfuerzo que llevó programar los algoritmos que guían los autos por el recorrido durante esta competencia anual de carreras autónomas del MIT.

El concurso es el proyecto final para el Curso 6.141 / 16.405 (Robótica: Ciencia y Sistemas). Es un evento de fin de semestre que acelera los pulsos, y se otorgan premios por terminar diferentes carreras con los tiempos más rápidos de 20 equipos.

Con el campus evacuado esta primavera debido a la pandemia de Covid-19, sin embargo, ni un solo automóvil robótico quemó goma en el sótano del Stata Center. En cambio, estaba en marcha una nueva carrera como Luca Carlone, el profesor asistente de Starper Draper Charles Stark de Aeronáutica y Astronáutica y miembro del Instituto de Datos, Sistemas y Sociedad; Nicholas Roy, profesor de aeronáutica y astronáutica; y los asistentes de enseñanza (TA), incluidos Marcus Abate, Lukas Lao Beyer y Caris Mariah Moses, solo tuvieron cuatro semanas para descubrir cómo llevar la emoción de esta carrera tan esperada en línea.

Debido a que el laboratorio a veces usa un simulador simple para otra investigación, Carlone dice que consideraron tomar la carrera en esa dirección. Con este simple simulador, los estudiantes podían ver cómo sus autos autónomos se deslizaban alrededor de un mapa plano, como un automóvil representado por un punto que se mueve a lo largo de un sistema de navegación GPS. Finalmente, decidieron que esa no era la ruta correcta. La competición de carreras tenía que ser ruidosa. Realista. Emocionante. La dinámica del automóvil tenía que ser casi tan compleja como los automóviles robóticos que los estudiantes habían planeado usar. A partir de su investigación previa en colaboración con el Laboratorio Lincoln del MIT, Abate trabajó con Lao Beyer y la estudiante graduada de ingeniería Sabina Chen para desarrollar un nuevo simulador fotorrealista en el último minuto.

La carrera había comenzado de nuevo, y Carlone estaba impresionado por cómo todo, desde el paisaje urbano hasta los elegantes diseños de automóviles, parecía "lo más realista posible".

"Las modificaciones implicaron la introducción de un entorno al aire libre basado en activos de código abierto, la construcción de dinámicas de automóviles realistas para el agente y la adición de sensores lidar", dice Abate. "También tuve que renovar la interfaz con Python y Robot Operating System (ROS) para que todo fuera plug-and-play para los estudiantes".

Lo que eso significa es que la carrera se parecía mucho a un juego de carreras, como Gran Turismo o Forza. Solo que en lugar de sentarse en su sofá tocando el joystick para dirigir el automóvil, los estudiantes desarrollaron algoritmos para anticipar cada obstáculo y agacharse. Para los estudiantes, la programación para este nuevo entorno fue quizás el mayor ajuste. "El simulador utilizó una escena al aire libre y un automóvil de tamaño completo con un modelo dinámico muy diferente al del automóvil de carrera real en el sótano de Stata", dice Abate.

Los asistentes técnicos también tuvieron que adaptarse a las complicaciones tras bambalinas del nuevo escenario de la carrera. “Se hizo un gran esfuerzo en el nuevo simulador, así como en la logística de obtener y evaluar el software de los estudiantes”, dice Lao Beyer. “Por lo general, los equipos pueden configurar el software en su auto de carrera como quieran, pero es muy difícil adaptarse a tal diversidad de configuraciones de software en la carrera virtual”.

Una vez que el simulador estuvo listo, no hubo tiempo para solucionar problemas, por lo que los TA se pusieron a disposición para depurar sobre la marcha cualquier problema que surgiera. "Creo que eso salvó el día para el proyecto final y la carrera final", dice Carlone.

Sin embargo, programar su código de carrera autónomo no fue la única forma en que los estudiantes personalizaron su experiencia de carrera. La co-instructora Jane Abbott trajo la escritura, la retórica y la comunicación profesional (WRAP) al curso. Como coordinadora del equipo de comunicación intensiva que se centró en ayudar a los equipos a trabajar de manera efectiva, dice que le preocupaba que el silencio que a menudo se cierne sobre Zoom absorba toda la energía de la carrera. Ella sugirió que los TA agregaran una banda sonora.

Al final, la carrera remota duró casi cuatro horas, reuniendo a más de 100 personas en una llamada de Zoom con comentaristas y música de Mario Kart. “Pudimos ver la solución de cada estudiante con un código de visualización genial que mostraba la trayectoria y cualquier obstáculo encontrado”, dice Samuel Ubellacker, un estudiante de ingeniería eléctrica e informática que corrió este año. “Pudimos ver cómo la solución de cada equipo funcionaba mucho más claramente en el simulador porque la cámara siempre seguía al auto de carrera”.

Para Yorai Shaoul, otro estudiante de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en la carrera, salir del sótano lo ayudó a comprometerse más con los proyectos de otros equipos. "Antes de abandonar el campus, nos encontramos trabajando largas horas en el sótano de Stata", dice Shaoul. "Tan concentrados en nuestro robot, no nos dimos cuenta de que otros equipos estaban allí junto a nosotros todo el tiempo".

Durante la carrera, se hicieron evidentes otras soluciones de programación que su equipo había pasado por alto. "Los TA mostraron y narraron la carrera de cada equipo, lo que finalmente nos permitió ver los diversos enfoques que otros equipos estaban desarrollando", dice Shaoul.

“Una cosa que fue agradable: cuando lo hicimos en vivo en los túneles, solo se puede ver una parte”, dice Abbott. “Te quedas parado en un punto fijo y ves pasar el coche. Es como ver el maratón: ves a los corredores a 100 yardas y luego se van ".

A través de Zoom, los participantes pudieron ver cada crucero impresionante y accidente espectacular mientras ocurría, además de repeticiones. Muchos se quedaron a mirar, y Lao Beyer dice: "Logramos retener tanta emoción y suspenso sobre el desafío final como fue posible". Ubellacker está de acuerdo: "¡Sin duda fue una experiencia inolvidable!"

Para aquellos estudiantes que no se cruzan con Mario, también pueden elegir la música que desean para acompañar sus carreras. "Cerca, lejos, donde quiera que estés", estas letras de la elección de un equipo para usar el tema de la película "Titanic" "My Heart Will Go On" son un guiño al desafío adicional de colaborar como equipos a distancia.

Uno de los maestros de ceremonias de la carrera de 2020, Marwa Abdulhai '20, fue asistente técnico el año pasado y dice que un beneficio obvio de la carrera en línea es que es mucho más fácil averiguar por qué se estrelló su automóvil. “Las ventajas de este enfoque virtual han sido permitir a los estudiantes correr por la pista varias veces sabiendo que el rendimiento del automóvil se debió principalmente al algoritmo y no a restricciones físicas”, dice Abdulhai.

Sin embargo, para Ubellacker, en realidad fue una estafa: "El elemento más importante que extrañé sin tener un automóvil físico fue no poder experimentar las diferencias entre la simulación y la vida real". Él dice: "Parte de la diversión para mí es diseñar un sistema que funcione perfectamente en el simulador, ¡y luego descubrir todas las formas locas en que fallará en el mundo real!"

Shaoul dice que en lugar de trabajar en un automóvil, a veces parecía que estaban trabajando en cinco automóviles individuales que vivían en la computadora de cada miembro del equipo. "Con un automóvil, era fácil ver qué tan bien funcionaba y qué requería reparación, mientras que virtualmente era más ambiguo", dice Shaoul. "Enfrentamos desafíos con el seguimiento de las versiones actualizadas del código y también la comunicación simple".

A Carlone le preocupaba que los estudiantes no estuvieran tan interesados ​​en sus algoritmos sin la experiencia de ver el rendimiento del automóvil en la vida real para motivarlos a esforzarse más. "Cada año, el tiempo récord en esa pista de Stata Center era cada vez mejor", dice. "Este año, estábamos un poco preocupados por el rendimiento".

Afortunadamente, muchos estudiantes todavía estaban en la carrera, con algunos equipos superando las predicciones más optimistas, a pesar de tener que adaptarse a las nuevas condiciones de carrera y a los mayores desafíos colaborando como un equipo completamente en línea. Los estudiantes ganadores completaron las carreras a veces tres veces más rápido que otros equipos, sin colisiones. "Fue más allá de lo esperado", dice Carlone.

Aunque este cambio en el proyecto final cambió un poco las conclusiones del curso, Carlone dice que la experiencia aún avanzará las habilidades algorítmicas para los estudiantes que trabajan en robótica, así como también les presentará la intensidad de la comunicación requerida para trabajar de manera efectiva como equipos remotos. "Muchos grupos de robótica están investigando mediante simulación fotorrealista, porque puedes probar condiciones que no puedes probar en el robot real", dice. El co-instructor Roy dice que funcionó tan bien que el nuevo simulador podría convertirse en una característica permanente del curso, no para reemplazar la carrera física, sino como un elemento adicional. "La experiencia de la robótica fue buena", dice Carlone sobre la carrera 2020, pero aún así: "La experiencia humana es, por supuesto, diferente".