蠕虫、蛇和水母等无脊椎动物的运动方式，或能启发新一代柔性“软体”机器人。
水母没有中枢神经系统这一特点，也启发了一位麻省理工学院学生；她正致力于构建一种控制软体机器人系统的去中心化理论。
这些新颖的控制策略或可使软体机器人用于狭窄或精细的环境，例如手术工具或搜救任务。
Juncal Arbelaiz Mugica是西班牙人，在那里章鱼是常见的餐桌菜肴。不过，Arbelaiz 从不同角度欣赏章鱼和类似生物：她研究的是软体机器人理论。
章鱼超过一半的神经分布在它的八条腕足中，每条腕足都具有一定程度的自主性。这种分布式感知与信息处理系统引起了 Arbelaiz 的兴趣。她正在研究如何为嵌入感知与计算能力的人造系统设计去中心化智能。在麻省理工学院，Arbelaiz 是一名应用数学专业学生；距离今秋完成博士学位只剩最后几周，她正在研究最优分布式控制与估计的基础问题。
她从章鱼和水母等无脊椎动物的生物智能中汲取灵感，最终目标是为柔性“软体”机器人设计新颖的控制策略，使其能够应用于狭窄或精细的环境，例如手术工具或搜救任务。
“软体机器人的柔韧性使它们能够动态适应不同环境。想想蠕虫、蛇或水母，再将它们的运动和适应能力与脊椎动物相比，”Arbelaiz 说。“这是一种有趣的具身智能表现——没有僵硬的骨架，在某些应用中反而具有优势，也有助于更有效地应对现实世界中的不确定性。但额外的柔软性也带来了新的系统理论挑战。”
在生物世界中，“控制器”通常与大脑和中枢神经系统相关联——它会向肌肉发出运动指令，以实现动作。水母和少数其他柔软生物没有中枢神经中枢，也没有大脑。受这一现象启发，她正在构建一种理论，探索如何利用去中心化的感官信息共享来控制软体机器人系统。
“当感知和驱动功能分布在机器人身体各处，而机载计算能力有限时，实现集中式智能可能会很困难，”她说。“因此，我们需要这类去中心化方案：尽管感官信息只在局部共享，却能保证实现预期的整体行为。一些生物系统，例如水母，就是去中心化控制架构的绝佳范例——它们没有（集中式）大脑，却能实现运动。与人造机器所能实现的能力相比，这一点非常令人着迷。”
顺利转入麻省理工学院
她在圣塞巴斯蒂安纳瓦拉大学攻读研究生期间，开始与麻省理工学院教授John Bush合作研究流体动力学。2015 年，他邀请 Arbelaiz 以访问学生身份来到麻省理工学院，研究液滴间的相互作用。这项工作促成了他们 2018 年发表在论文上的《Physical Review Fluids》，她也因此决定在麻省理工学院攻读博士学位。
2018 年，她的博士研究转向跨学科的社会技术系统研究中心（SSRC），目前由Ali Jadbabaie指导。他是 JR East 工程学教授兼土木与环境工程系主任；另一位导师是工程学院副院长Anette “Peko” Hosoi，她是 Neil 和 Jane Pappalardo 机械工程学教授，也担任应用数学教授。Arbelaiz 还经常与加州大学圣巴巴拉分校控制、动力系统与计算中心副主任 Bassam Bamieh 合作。她表示，与这支导师团队共事，让她得以自由探索过去五年来一直深感兴趣的多学科研究项目。
例如，她运用系统理论方法，为具有时空动态特性的系统设计新颖的最优控制器和估计器，并深入理解为了最优控制这些系统所需的感官反馈通信拓扑。在软体机器人应用中，这意味着要评估哪些感官测量对于最有效地触发机器人的各个“肌肉”至关重要。当每个执行器只能获取距离最近的感官测量时，机器人的性能是否会下降？她的研究刻画了空间分布式系统中闭环性能、不确定性与复杂性之间的权衡。
“我决心弥合机器自主性、系统理论与生物智能之间的鸿沟，”她说。
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为期两年的施密特科学奖学金资助青年研究人员在与研究生阶段不同的领域开展博士后研究。毕业后，这项奖学金将使 Arbelaiz 能够进一步探索生物智能与机器智能的交汇点。
她计划在普林斯顿大学与 Naomi Leonard 教授共度博士后时光，并与系统生物学、计算机科学和机器人学领域的研究人员合作，探索生物与人工集群的可靠性和稳健性。具体而言，她希望了解生物系统如何高效适应不同环境，以便将这些知识应用于人造系统，例如自主机器；这些机器容易受到噪声和不确定性的影响，因而会产生安全问题。
“我预见，自主智能机器领域即将迎来一场前所未有的革命，而系统理论、计算与（神经）生物学之间富有成效的协同将推动这场革命，”她说。
回馈社会
Arbelaiz 在西班牙长大，深知自己有机会获得比父母更好的教育是一种特权。她的父亲一边工作养家，一边通过自学获得经济学学位。女儿继承了他的坚韧。
“父母经历的艰辛让他们珍视自学、终身学习和批判性思维，”她说。“他们把这些价值观传给了我，因此我成长为一个好奇而坚韧的人，热爱科学，也随时准备抓住每一个受教育的机会。”
为了把这些传递给他人，她为缺乏指导或资源的 STEM 学生提供导师支持。“我坚信，我们应该在各处发掘人才，而导师指导可能是鼓励代表性不足的少数群体投身 STEM 职业的关键力量，”她说。
作为 STEM 领域女性的倡导者，她曾是麻省理工学院研究生女性组织（GWAMIT）和麻省理工学院女性数学家组织执行委员会成员，并参与各种论坛和研讨会。她还为儿童开展现场实验，例如参加麻省理工学院博物馆的女孩日活动。
“作为科学家，我们有责任分享知识，向公众介绍科学发现及其影响，并提高人们对研究价值和投资研究必要性的认识。”
Arbelaiz 还支持麻省理工学院面向公众开展的 COVID-19 科普工作，包括举办讲座，介绍病毒的数学建模，以及将她昔日导师 John Bush 的麻省理工学院 COVID-19 室内安全应用翻译成巴斯克语。
她将 STEM 知识回馈社会的热忱，归功于自己在麻省理工学院接受的教育。
“迄今为止，麻省理工学院是我人生中最美好的经历之一：它让我在学术、职业和个人方面都取得了巨大成长，”她说。“我认同麻省理工学院对协作式、多学科研究的推崇，对智力挑战的热爱，以及推动科学技术进步、造福全人类的热忱。”
