En 2022, Randall Pietersen, un ingeniero civil de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, se dirigió a una misión de entrenamiento para evaluar el daño en una pista de aviación, practicando el protocolo de «recuperación de la base» después de un ataque simulado. Durante horas, su equipo caminó sobre el área en equipo de protección química, por radio en geocoordinados mientras documentaban daños y buscaban amenazas como municiones sin explotar.
El trabajo es estándar para todos los ingenieros de la Fuerza Aérea antes de desplegarse, pero tuvo especial importancia para Pietersen, quien ha pasado los últimos cinco años desarrollando enfoques más rápidos y seguros para evaluar los aeródromos como estudiante de maestría y ahora candidato a doctorado y compañero de MathWorks en el MIT. Para Pietersen, el trabajo intensivo, minucioso y potencialmente peligroso subrayó el potencial de su investigación para permitir evaluaciones remotas de aeródromo.
«Esa experiencia fue realmente reveladora», dice Pietersen. «Se nos ha dicho durante casi una década que se está trabajando en un sistema nuevo basado en drones, pero todavía está limitado por la incapacidad de identificar municiones sin explotar; Desde el aire, se parecen demasiado a rocas o escombros. Incluso las cámaras ultra alta resolución simplemente no funcionan lo suficientemente bien. La evaluación rápida y remota del aeródromo aún no es la práctica estándar. Todavía estamos preparados para hacer esto a pie, y ahí es donde entra mi investigación «.
El objetivo de Pietersen es crear sistemas automatizados basados en drones para evaluar el daño del aeródromo y detectar municiones sin explotar. Esto lo ha llevado a una serie de caminos de investigación, desde el aprendizaje profundo hasta los pequeños sistemas aéreos no improvisados y las imágenes «hiperespectrales», que captura la radiación electromagnética pasiva en un amplio espectro de longitudes de onda. Las imágenes hiperespectrales se están volviendo más baratas, más rápidas y duraderas, lo que podría hacer que la investigación de Pietersen sea cada vez más útil en una variedad de aplicaciones, incluidas la agricultura, la respuesta de emergencia, la minería y las evaluaciones de edificios.
Encontrar ciencias de la computación y comunidad
Al crecer en un suburbio de Sacramento, California, Pietersen gravitó hacia las matemáticas y la física en la escuela. Pero también era un atleta de cross country y un Eagle Scout, y quería una forma de armar sus intereses.
«Me gustó el desafío multifacético que presentó la Academia de la Fuerza Aérea», dice Pietersen. “Mi familia no tiene antecedentes de servir, pero los reclutadores hablaron sobre la educación holística, donde los académicos eran una parte, pero también lo fue el estado físico y el liderazgo. Ese enfoque bien redondeado para la experiencia universitaria me atrajo ”.
Pietersen se especializó en ingeniería civil como estudiante en la Academia de la Fuerza Aérea, donde comenzó a aprender a realizar investigaciones académicas. Esto requirió que aprendiera un poco de programación de computadoras.
«En mi último año, los laboratorios de investigación de la Fuerza Aérea tenían algunos proyectos relacionados con el pavimento que cayeron en mi alcance como ingeniero civil», recuerda Pietersen. «Si bien el conocimiento de mi dominio ayudó a definir los problemas iniciales, estaba muy claro que el desarrollo de las soluciones correctas requeriría una comprensión más profunda de la visión por computadora y la teledetección».
Los proyectos, que se ocuparon de las evaluaciones del pavimento del aeródromo y la detección de amenazas, también llevaron a Pietersen a comenzar a usar imágenes hiperespectrales y aprendizaje automático, en el que construyó cuando llegó al MIT para perseguir a su maestría y doctorado en 2020.
«El MIT fue una opción clara para mi investigación porque la escuela tiene una historia tan fuerte de asociaciones de investigación y pensamiento multidisciplinario que lo ayuda a resolver estos problemas no convencionales», dice Pietersen. «No hay mejor lugar en el mundo que el MIT para el trabajo de vanguardia como este».
Cuando Pietersen llegó al MIT, también había abrazado deportes extremos como ultra maratones, paracaidismo y escalada en roca. Algo de eso surgió de su participación en las competiciones de habilidades de infantería como estudiante universitario. Las competiciones de varios días son carreras centradas en el ejército en las que equipos de todo el mundo Traverse montañas y realizan actividades graduadas como el cuidado de víctimas de combate táctico, la orientación y la puntería.
«La multitud con la que corrí en la universidad estaba realmente interesada en esas cosas, por lo que fue una consecuencia natural de la construcción de relaciones», dice Pietersen. «Estos eventos te costarán durante 48 o 72 horas, a veces con un poco de sueño mezclado, y puedes competir con tus amigos y pasar un buen rato».
Desde que llegó a MIT con su esposa y sus dos hijos, Pietersen ha abrazado a la comunidad local de carreras e incluso ha trabajado como instructor de paracaidismo en interiores en New Hampshire, aunque admite que los inviernos de la costa este han sido difíciles de que él y su familia se adaptaran.
Pietersen se remontaba entre 2022 y 2024, pero no estaba investigando la comodidad de una oficina en casa. La capacitación que le mostró la realidad de las evaluaciones de aeródromo tuvo lugar en Florida, y luego fue desplegado en Arabia Saudita. Él escribió una de sus publicaciones de PhD Journal de una tienda de campaña en el desierto.
Ahora de vuelta en el MIT y acercándose a la finalización de su doctorado esta primavera, Pietersen está agradecida por todas las personas que lo han apoyado durante su viaje.
«Ha sido divertido explorando todo tipo de disciplinas de ingeniería diferentes, tratando de resolver las cosas con la ayuda de todos los mentores del MIT y los recursos disponibles para trabajar en estos problemas realmente de nicho», dice Pietersen.
Investigar con un propósito
En el verano de 2020, Pietersen realizó una pasantía con Halo Trust, una organización humanitaria que trabaja para eliminar las minas terrestres y otros explosivos de las áreas afectadas por la guerra. La experiencia demostró otra poderosa aplicación para su trabajo en el MIT.
«Tenemos regiones posteriores al conflicto en todo el mundo donde los niños están tratando de jugar y hay minas terrestres y artilleras sin explotar en sus patios traseros», dice Pietersen. “Ucrania es un buen ejemplo de esto en las noticias de hoy. Siempre quedan restos de guerra. En este momento, las personas tienen que entrar en estas áreas potencialmente peligrosas y despejarlas, pero las nuevas técnicas de detección remota podrían acelerar ese proceso y hacer que sea mucho más seguro «.
Aunque el trabajo del maestro de Pietersen giró principalmente en torno a la evaluación del desgaste normal de las estructuras de pavimento, su doctorado se ha centrado en formas de detectar municiones sin explotar y un daño más grave.
«Si la pista es atacada, habría bombas y cráteres por todas partes», dice Pietersen. “Esto lo convierte en un entorno desafiante para evaluar. Los diferentes tipos de sensores extraen diferentes tipos de información y cada uno tiene sus pros y contras. Todavía hay mucho trabajo por hacer tanto en el lado de hardware como en el software, pero hasta ahora, los datos hiperespectrales parecen ser un discriminador prometedor para los detectores de objetos de aprendizaje profundo «.
Después de la graduación, Pietersen estará estacionado en Guam, donde los ingenieros de la Fuerza Aérea realizan regularmente las mismas simulaciones de evaluación del aeródromo en las que participó en Florida. Espera que algún día pronto, esas evaluaciones no sean realizadas por humanos en equipo de protección, sino por drones.
«En este momento, confiamos en líneas visibles del sitio», dice Pietersen. «Si podemos pasar a imágenes espectrales y soluciones de aprendizaje profundo, finalmente podemos realizar evaluaciones remotas que hacen que todos sean más seguros».
