هذه الطالبة الجامعية تزود روبوتات ناسا بمهارات التجميع

مثل العديد من المهندسين، قالت سارة داونز إنها كانت تعرف أنها تريد pursuing مسيرة مهنية في STEM منذ نعومة أظافرها. كمراهقة، اكتشفت الروبوتات من خلال مدرسة المتوسطة في تولسا، أوكلا، وفقدت نفسها في هذا المجال، كما تقول. شاركت داونز في برنامج الروبوتات الدولي من 2014 إلى 2016. مشاهدة برامج PBS الخاصة بروبوتات ناسا مارز سبيريت وأوبورتونيتي، ورؤية البث المباشر لإطلاق روبوت كورياسيتي في عام 2011، ألهمت المراهقة لتطمح لوظيفة تعمل مع ناسا. سارة داونز عضوة في IEEE طالب دراسات عُليا من جامعة تكساس A&M في كوليدج ستيشن تخصصها الهندسة الكهربائية. هذا العام، حققت عضو الدراسات العُليا في IEEE ذلك الحلم. لمشروعها النهائي كطالبة ماجستير في الهندسة الكهربائية في جامعة تولسا، عملت على خوارزمية بالتعاون مع ناسا وسلاح الجو الأمريكي. تمكنت الخوارزمية التي طورتها روبوتًا يجمع الأقمار الصناعية في الفضاء من إدخال هوائي في المكان الصحيح، مما يعالج مشكلة الـ peg-in-hole الكلاسيكية في الروبوتات المتمثلة في إدخال شيء في ثقب يتناسب معه. الآن، بعد أن أصبحت طالبة دكتوراه في الهندسة الكهربائية في جامعة تكساس A&M في كوليدج ستيشن، تواصل داونز أبحاثها حول تجميع الأقمار الصناعية والتلاعب بها “لكن على نطاق أكبر بكثير”، كما تقول. انطلقت داونز في دربها المهني من شغف الطفولة. نشأت في منطقة تولسا. توفي والدها، الذي كان مستشارًا سلامة في صناعة النفط والغاز، بسبب أزمة قلبية في عام 2015 عندما كانت في الثالثة عشر من عمرها. كانت والدتها تربي ابنها الذي يعاني من التوحد في المنزل. بعد وفاة والدها، عادت والدتها إلى الكلية للحصول على درجة البكاليوس في إدارة الأعمال حتى تتمكن من دعم الأسرة. "لم يكن لدينا الكثير من الدخل، وكانت والدتي دائمًا قلقة بشأن المال"، تقول داونز. "هذا جعلني أكثر وعيًا بضرورة الحصول على مهنة ناجحة، من الناحية المادية". منذ ذلك الحين، كلما فكرت في مهنتها المستقبلية، كانت الرواتب الجيدة لدعم الأسرة عالية في قائمتها. من خلال متابعتها مسيرة مهنية في الروبوتات، تقول إنها يمكنها اتباع شغفها مع تحقيق الأمن المالي. في المدرسة الثانوية، انضمت داونز إلى نادي الروبوتات FIRST، حيث وجدت نفسها تنجذب إلى المكونات الكهربائية المستخدمة في الآلات التي بنوها زملاؤها في الصف. خلال السنتين الأخيرتين من المدرسة الثانوية، شاركت في برنامج مكمل في تولسا تك، وهو مدرسة تدريب. قضت نصف يومها في الفصول الدراسية الثانوية والنصف الآخر تأخذ مواد الهندسة في المدرسة المهنية. بعد تخرجها في عام 2020، قبلت منح دراسية للالتحاق بجامعة تولسا. بدأت عامها الجامعي في UTulsa دون معرفة ما إذا كانت تريد التخصص في الهندسة الكهربائية أو الميكانيكية، كما تقول، مضيفة أن حبها للعمل مع الأنظمة الصغيرة ساعدها في اختيار الهندسة الكهربائية. لمشروع مرحلتها الجامعية النهائي، صممت هي وزميلتان لها معرضًا لمركبة الهبوط القمرية لمتحف تولسا للفضاء. أنشأوا لعبة تفاعلية تحاكي مهام على الأسطح القمرية والمريخية. تم سرد أربعة أجسام سماوية—القمر، الزهرة، المريخ، وتيتان—عبر ثلاثة شاشات حاسوبية. باستخدام وحدة تحكم لعبة، يمكن للزوار استكشاف السطح الافتراضي لكل واحد. المعرض لا يزال معروضًا. حصلت داونز على درجة البكاليوس في الهندسة الكهربائية في عام 2024 وواصلت تعليمها في برنامج درجة الماجستير في EE بالجامعة. عندما بدأت داونز دراستها العليا، كان من المفترض أن تكون جزءًا من مشروع ناسا للروبوتات لمدة عامين. لكن عندما أدى التأخير في التمويل الحكومي لتأجيل بدء المشروع، قضت عامها الأول بدلاً من ذلك في معهد الجامعة للروبوتات والاستقلالية، الذي تم إطلاقه مؤخرًا. يركز بشكل أساسي على تطوير الروبوتات لمساعدة الأشخاص الذين لديهم تحديات في الحركة. مستلهمة من جدتها، التي كانت تعاني من التهاب المفاصل الشديد وتحتاج إلى كرسي متحرك، طورت داونز ذراعًا روبوتية تساعد كبار السن ومستخدمي الكراسي المتحركة على العيش بشكل مستقل. كانت الذراع قادرة على تحديد ووضع الأشياء في الأماكن المناسبة داخل المنزل، مثل تفريغ بعض التوابل من حقيبة التسوق ووضعها على رف أو في حاويات منفصلة. قبل بدء عامها الدراسي الثاني في عام 2025، حصل مشروع ناسا أخيرًا على تمويل حكومي. طورت روبوتًا يحقق مهمة peg-in-hole دون استخدام أي أنظمة بصرية. عادةً ما تساعد الكاميرات في توجيه عمل الروبوتات في تجميع الأقمار الصناعية. لكن في البيئة القاسية والبعيدة في الفضاء الخارجي، قد تتعطل الكاميرات أو تواجه تأخيرات. "لا تتوقف عن طرح الأسئلة. خاصة في الهندسة، لا تتظاهر أنك تعرف كل شيء، لأن العلم يتعلق بالاستمرار في التعلم والاستماع". بدلاً من استخدام الكاميرات، تستخدم ذراع داونز الروبوتية عملية إدخال تعتمد على القوة لإحساس موضع واتجاه الأشياء في بيئة الذراع. يمسك الروبوت بهوائي بشكل غير محكم، ومع وجود مستشعر عزم الدوران على ممسكه، "يشعر" بتغذية مرتدة عن القوة حيث يكون القمر الصناعي والهوائي بالنسبة لبعضهما البعض. ثم يوجه الروبوت تجميع الهوائي إلى فتحة مستهدفة على قمره الصناعي ويحافظ على الموضع أثناء الالتصاق. مما يزيد من التعقيد، يؤدي الروبوت مهمته في عدم وجود جاذبية. "بدون جاذبية، يجب أن تأخذ في الحسبان عزم ردود فعل الذراع على القمر الصناعي لتجنب دفعه إلى الفضاء"، تقول داونز. أي حركة من الذراع أثناء عملية الإدخال، خاصةً من زيادة القوى، قد تتسبب في استمرار حركة القمر الصناعي في ذلك الاتجاه. لمواجهة ذلك، تقوم داونز بإجراء حسابات للمشروع لتوجيه دفعات عكسية مستهدفة وتعويض قوة حركات الروبوت. يلتقط مشروع دراستها العليا الطبيعة البسيطة والمعقدة للروبوتات التي تجدها مذهلة، كما تقول. "أعتقد أن الروبوتات أكثر وأقل تعقيدًا مما يعتقده الناس"، تقول. "في الواقع، كل ما تحتاجه لتبدأ في برمجة روبوت هو معلمات دينافيت-هارتنبرغ، ويمكنك أن تفعل الكثير بذلك"، تقول، مشيرة إلى القيم الأربعة المستخدمة لوصف موضع واتجاه ذراع الروبوت والمناورات. حتى مع قواطع مختلفة ودرجات من الحرية، "أساسياً، يبدأ جميع المناورات الروبوتية من هناك"، تقول. "لكن"، تضيف، "لا زلنا نتعلم الكثير عن كيفية تفاعل الروبوتات مع بيئتها. حتى شيء بسيط بالنسبة لنا، مثل تحريك قلم، لا يزال معقدًا للغاية بالنسبة للروبوتات." تكمل داونز أطروحة دكتوراهها في مشروع المحاكي الفضائي للروبوتات في مختبر تصميم الروبوتات والأتمتة (RAD) في تكساس A&M، الذي يتخصص في تطوير آلات يمكن أن تعيش في بيئات قاسية. يتعاون هذا المختبر مع ناسا. مشرف أطروحاتها هو روبرت أمبروز، أحد قدامى المحاربين في ناسا الذي أطلق مختبر RAD في عام 2022. من المقرر أن تشغل عضوة IEEE منصب المديرة المساعدة للمعهد الفضائي للمدرسة، الذي سيبدأ هذا العام في هيوستن. يتم بناء مرفق البحث بجوار مركز جونسون للفضاء. بعد الحصول على شهادتها الدكتوراه، تقول داونز إنها تأمل يومًا ما أن تعمل مع ناسا، تطوير الروبوتات التي تجمع العينات من المريخ أو الأذرع الروبوتية التي تقوم بمهام في محطات الفضاء. لمعرفة المزيد عن الروبوتات، تحقق من دليل IEEE Spectrum. الخروج من فقاعة الهندسة انضمت داونز إلى IEEE في عام 2020 كطالبة سنة أولى في UTulsa للتواصل بمزيد من الفعالية في أحداث الهندسة الكهربائية في الحرم الجامعي. في ذلك الوقت، أبقت جائحة COVID-19 الأندية والمنظمات من الاجتماع شخصيًا. كانت نشطة في فرع IEEE الطلابي في مدرستها وتم انتخابها رئيسة له من 2022-2024. تحت قيادتها، انتقل الفرع من وجود بعض الأحداث إلى استضافة حدث كل أسبوعين. شملت الأحداث ورشات تعليمية ودروس عشاء ربطت بين الطلاب ومهندسين محترفين وخريجي الجامعة. نظمت داونز أيضًا ورش عمل عملية عن اللحام، والطباعة ثلاثية الأبعاد، ونمذجة CAD، وبناء السير الذاتية. ساعدت جهودها على زيادة عدد أعضاء مجلس الإدارة التنفيذي في الفرع من حوالي خمسة طلاب إلى 25 في عام 2023. في نفس العام، جذبت ورشة العمل عن اللحام حوالي 80 طالبًا. تقول إنها استمتعت بالعمل مع IEEE، خاصةً "التفاعل مع الخريجين والتعلم من المهندسين." تعتبر IEEE مصدرًا رائعًا لفرص التواصل، كما تقول، مشيرة إلى أنه "أثناء جائحة COVID-19، بقوا طلاب الهندسة في فقاعاتهم." ساعدت أحداث IEEE الطلاب على تكوين روابط يمكن أن تكون مفيدة لهم، كما تقول. "التواصل مهم جدًا، خاصةً في سوق العمل الصعب اليوم"، تقول. "يتعلق الأمر كثيرًا بمن تعرفه وكيف يلاحظ الناس أخلاقيات عملك." قالت داونز، التي تعمل الآن مستشارة دراسات عليا في فرع UTulsa الطلابي، إنها شاهدت من خلال تجربتها كيف كانت شبكة فرع الطلاب في الجامعة تفيد أعضائها الطلاب. "لقد وجد الكثير منهم وظائف" بسبب IEEE، كما تقول. العمل والتواصل لمهندس "لاحظت كاستشارية دراسات عليا في فرع UTulsa الطلابي أن العديد من المتخرجين في الهندسة ينهون الكلية دون أي خبرة عملية، سواء كان ذلك مشروعًا أو تدريبًا". تقول: "سيرهم الذاتية متفرغة جدًا، وليس لديهم دليل على مهاراتهم التقنية". أكملت هي نفسها تدريبًا في مجال الهندسة في منشأة الصيانة الخاصة بشركة الخطوط الأمريكية في مطار تولسا الدولي بعد عامها الثاني في الجامعة. وكانت متدربة في الهندسة الكهربائية في Flight Safety International خارج تولسا بعد عامها الثالث وبعد تخرجها. تقوم الشركة بتصميم وبناء وصيانة محاكيات الطيران الخاصة بها. نصيحتها للطلاب الجامعيين هي تحسين وإثبات مهاراتهم الصعبة والناعمة من خلال العمل في مشاريع بحثية أو حتى مشاريع شغف شخصية. تقول: "لا تكلف Raspberry Pi الكثير، ويمكنك البدء في العمل به على الفور". يمكن للطلاب المشاركة أيضًا في مجموعات الاهتمام في الهندسة والمنظمات المهنية في مدرستهم، تضيف. "ضع نفسك في الخارج وانضم إلى فريق بحث"، تقول. "إنه وسيلة رائعة لإظهار للناس أنك شخص جيد للعمل معه وأنك ستقوم بعمل جيد في الميدان." تضيف أن هذه أيضًا وسيلة جيدة للاستمرار في التعلم—وهو ما جذبها إلى مجال تطور فقط خلال القرن الماضي. "ما زلنا نتعلم باستمرار عن الروبوتات"، تقول. "لا تتوقف عن طرح الأسئلة"، تنصح الطلاب. "خاصة في الهندسة، لا تتظاهر أنك تعرف كل شيء، لأن العلم يتعلق بالاستمرار في التعلم والاستماع."