در سال ۲۰۲۲، راندال پیترسن، مهندس عمران در نیروی هوایی ایالات متحده، مأموریتی آموزشی را برای ارزیابی خسارات در باند فرودگاهی آغاز کرد و پروتکل «بازیابی پایگاه» را پس از یک حمله شبیهسازیشده تمرین کرد. تیم او ساعتها با لباس محافظ شیمیایی در منطقه قدم زدند و در حین مستندسازی خسارات و جستجوی تهدیداتی مانند مهمات منفجر نشده، مختصات جغرافیایی را مخابره میکردند.
این کار برای همه مهندسان نیروی هوایی قبل از اعزام استاندارد است، اما اهمیت ویژهای برای پیترسن داشت، که پنج سال گذشته را صرف توسعه رویکردهای سریعتر و ایمنتر برای ارزیابی فرودگاهها به عنوان دانشجوی کارشناسی ارشد و اکنون دانشجوی دکترا و همکار MathWorks در MIT کرده است. برای پیترسن، کار سخت، طاقتفرسا و بالقوه خطرناک، پتانسیل تحقیقات او را برای فعال کردن ارزیابیهای از راه دور فرودگاه نشان داد.
پیترسن میگوید: «این تجربه واقعاً چشمانداز جدیدی را باز کرد. تقریباً یک دهه است که به ما گفته شده یک سیستم جدید مبتنی بر پهپاد در دست ساخت است، اما همچنان به دلیل ناتوانی در شناسایی مهمات منفجر نشده محدود است. از هوا، آنها خیلی شبیه سنگ یا آوار به نظر میرسند. حتی دوربینهای فوقالعاده با وضوح بالا نیز به اندازه کافی خوب عمل نمیکنند. ارزیابی سریع و از راه دور فرودگاه هنوز رویه استاندارد نیست. ما هنوز فقط آماده انجام این کار به صورت پیاده هستیم و اینجاست که تحقیقات من وارد عمل میشود.»
هدف پیترسن ایجاد سیستمهای خودکار مبتنی بر پهپاد برای ارزیابی آسیب فرودگاه و تشخیص مهمات منفجر نشده است. این امر او را به مسیرهای تحقیقاتی متعددی کشانده است، از یادگیری عمیق گرفته تا سیستمهای هوایی کوچک بدون سرنشین تا تصویربرداری «فراطیفی» که تابش الکترومغناطیسی غیرفعال را در طیف وسیعی از طول موجها ثبت میکند. تصویربرداری فراطیفی ارزانتر، سریعتر و بادوامتر میشود، که میتواند تحقیقات پیترسن را بهطور فزایندهای در طیف وسیعی از کاربردها از جمله کشاورزی، واکنش اضطراری، معدنکاری و ارزیابی ساختمان مفید سازد.
یافتن علوم کامپیوتر و جامعه
پیترسن که در حومه ساکرامنتو، کالیفرنیا بزرگ شد، در مدرسه به سمت ریاضی و فیزیک گرایش پیدا کرد. اما او همچنین یک ورزشکار کراس کانتری و یک عقاب پیشاهنگ بود و میخواست راهی برای جمع کردن علایق خود پیدا کند.
پیترسن میگوید: «من از چالش چندوجهی که آکادمی نیروی هوایی ارائه میکرد خوشم آمد. خانواده من سابقه خدمت ندارند، اما استخدامکنندگان در مورد آموزش جامع صحبت میکردند، جایی که دانشگاهیان یک بخش بودند، اما آمادگی جسمانی و رهبری نیز وجود داشت. این رویکرد همه جانبه به تجربه کالج برای من جذاب بود.»
پیترسن در رشته مهندسی عمران به عنوان دانشجوی کارشناسی در آکادمی نیروی هوایی تحصیل کرد، جایی که برای اولین بار یاد گرفت چگونه تحقیقات علمی انجام دهد. این امر مستلزم آن بود که او کمی برنامهنویسی کامپیوتر یاد بگیرد.
پیترسن به یاد میآورد: «در سال آخر، آزمایشگاههای تحقیقاتی نیروی هوایی پروژههایی مرتبط با روسازی داشتند که در دامنه من به عنوان یک مهندس عمران قرار میگرفت. در حالی که دانش من در این زمینه به تعریف مسائل اولیه کمک کرد، بسیار واضح بود که توسعه راه حلهای مناسب مستلزم درک عمیقتری از بینایی رایانه و سنجش از دور است.»
این پروژهها که به ارزیابی روسازی فرودگاه و تشخیص تهدید میپرداختند، همچنین پیترسن را به استفاده از تصویربرداری فراطیفی و یادگیری ماشین سوق دادند، که او در سال ۲۰۲۰ هنگام ورود به MIT برای ادامه تحصیلات کارشناسی ارشد و دکترا، آن را توسعه داد.
پیترسن میگوید: «MIT انتخاب واضحی برای تحقیقات من بود زیرا این مدرسه دارای سابقه قوی در مشارکتهای تحقیقاتی و تفکر چند رشتهای است که به شما کمک میکند این مسائل غیرمتعارف را حل کنید. هیچ جایی در جهان بهتر از MIT برای کارهای پیشرفته مانند این وجود ندارد.»
تا زمانی که پیترسن به MIT رسید، ورزشهای افراطی مانند اولتراماراتن، چتربازی و صخرهنوردی را نیز پذیرفته بود. برخی از اینها ناشی از مشارکت او در مسابقات مهارتهای پیادهنظام به عنوان دانشجوی کارشناسی بود. این مسابقات چندروزه مسابقاتی با تمرکز نظامی هستند که در آن تیمهایی از سراسر جهان کوهها را طی میکنند و فعالیتهای درجهبندی شدهای مانند مراقبتهای تاکتیکی از تلفات رزمی، جهتیابی و تیراندازی را انجام میدهند.
پیترسن میگوید: «جمعیتی که من در کالج با آنها میدویدم واقعاً به این چیزها علاقه داشتند، بنابراین این تا حدودی یک نتیجه طبیعی از ایجاد رابطه بود. این رویدادها شما را به مدت ۴۸ یا ۷۲ ساعت میچرخانند، گاهی اوقات با کمی خواب مخلوط میشود، و شما میتوانید با دوستان خود رقابت کنید و اوقات خوبی داشته باشید.»
پیترسن از زمان ورود به MIT به همراه همسر و دو فرزندش، جامعه دوندگی محلی را پذیرفته است و حتی به عنوان مربی چتربازی سرپوشیده در نیوهمپشایر کار کرده است، اگرچه اعتراف میکند که زمستانهای ساحل شرقی برای او و خانوادهاش برای سازگاری سخت بوده است.
پیترسن بین سالهای ۲۰۲۲ تا ۲۰۲۴ از راه دور کار میکرد، اما تحقیقات خود را از آسایش یک دفتر کار خانگی انجام نمیداد. آموزشی که واقعیت ارزیابیهای فرودگاه را به او نشان داد، در فلوریدا برگزار شد و سپس به عربستان سعودی اعزام شد. او اتفاقاً یکی از نشریات مجله دکتری خود را از یک چادر در صحرا نوشت.
پیترسن که اکنون به MIT بازگشته و به پایان دکترای خود در بهار امسال نزدیک میشود، از همه افرادی که در طول سفرش از او حمایت کردهاند سپاسگزار است.
پیترسن میگوید: «کاوش در انواع مختلف رشتههای مهندسی، تلاش برای یافتن چیزها با کمک همه مربیان در MIT و منابع موجود برای کار بر روی این مسائل واقعاً خاص، سرگرمکننده بوده است.»
تحقیق با هدف
در تابستان سال ۲۰۲۰، پیترسن دوره کارآموزی را با HALO Trust، یک سازمان بشردوستانه که برای پاکسازی مینهای زمینی و سایر مواد منفجره از مناطق آسیبدیده از جنگ تلاش میکند، گذراند. این تجربه کاربرد قدرتمند دیگری را برای کار او در MIT نشان داد.
پیترسن میگوید: «ما مناطق پس از درگیری در سراسر جهان داریم که بچهها در تلاش برای بازی هستند و مینهای زمینی و مهمات منفجر نشده در حیاط خلوت آنها وجود دارد. اوکراین نمونه خوبی از این موضوع در اخبار امروز است. همیشه بقایای جنگ به جا میماند. در حال حاضر، مردم باید وارد این مناطق بالقوه خطرناک شوند و آنها را پاکسازی کنند، اما تکنیکهای جدید سنجش از دور میتواند این روند را تسریع بخشد و آن را بسیار ایمنتر کند.»
اگرچه کارشناسی ارشد پیترسن در درجه اول حول محور ارزیابی سایش و پارگی طبیعی سازههای روسازی میچرخید، اما دکترای او بر راههای تشخیص مهمات منفجر نشده و آسیبهای شدیدتر متمرکز شده است.
پیترسن میگوید: «اگر به باند فرودگاه حمله شود، بمبها و دهانههایی در سرتاسر آن وجود خواهد داشت. این امر محیطی چالشبرانگیز برای ارزیابی ایجاد میکند. انواع مختلف حسگرها انواع مختلفی از اطلاعات را استخراج میکنند و هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. هنوز کارهای زیادی باید در هر دو طرف سختافزار و نرمافزار انجام شود، اما تاکنون، دادههای فراطیفی به عنوان یک عامل متمایز امیدوارکننده برای آشکارسازهای شی یادگیری عمیق به نظر میرسند.»
پس از فارغالتحصیلی، پیترسن در گوام مستقر خواهد شد، جایی که مهندسان نیروی هوایی به طور مرتب همان شبیهسازیهای ارزیابی فرودگاهی را که او در فلوریدا در آن شرکت کرده بود، انجام میدهند. او امیدوار است که روزی این ارزیابیها نه توسط انسانها با لباس محافظ، بلکه توسط پهپادها انجام شود.
پیترسن میگوید: «در حال حاضر، ما به خطوط دید بصری تکیه میکنیم. اگر بتوانیم به سمت تصویربرداری طیفی و راهحلهای یادگیری عمیق حرکت کنیم، بالاخره میتوانیم ارزیابیهای از راه دور را انجام دهیم که همه را ایمنتر میکند.»