Em 2022, Randall Pietersen, engenheiro civil da Força Aérea dos EUA, iniciou uma missão de treinamento para avaliar os danos em uma pista de aeroporto, praticando o protocolo de “recuperação base” após um ataque simulado. Por horas, sua equipe passou por cima da área em equipamentos de proteção química, rádio em geocoordinas enquanto documentavam danos e procuravam ameaças como munições não explodidas.
O trabalho é padrão para todos os engenheiros da Força Aérea antes de implantarem, mas possuía um significado especial para Pietersen, que passou os últimos cinco anos desenvolvendo abordagens mais rápidas e seguras para avaliar os campos aéreos como um estudante de mestrado e agora um candidato a doutorado e pesquisador do Mathworks no MIT. Para Pietersen, o trabalho intensivo, meticuloso e potencialmente perigoso ressaltou o potencial de sua pesquisa para permitir avaliações remotas de aeródromo.
“Essa experiência foi realmente reveladora”, diz Pietersen. “Disseram-nos por quase uma década que um novo sistema baseado em drones está em andamento, mas ainda é limitado por uma incapacidade de identificar munições não explodidas; Do ar, eles se parecem muito com pedras ou detritos. Mesmo as câmeras de alta resolução simplesmente não têm um bom desempenho o suficiente. A avaliação rápida e remota do aeródromo ainda não é a prática padrão. Ainda estamos preparados apenas para fazer isso a pé, e é aí que entra minha pesquisa. ”
O objetivo de Pietersen é criar sistemas automatizados baseados em drones para avaliar danos no aeroporto e detectar munições não explodidas. Isso o levou a vários caminhos de pesquisa, do aprendizado profundo a pequenos sistemas aéreos underados a imagens “hiperespectrais”, que captura a radiação eletromagnética passiva em um amplo espectro de comprimentos de onda. A imagem hiperespectral está ficando mais barata, mais rápida e mais durável, o que poderia tornar a pesquisa de Pietersen cada vez mais útil em uma série de aplicações, incluindo agricultura, resposta a emergências, mineração e avaliações de construção.
Encontrando ciência da computação e comunidade
Crescendo em um subúrbio de Sacramento, Califórnia, Pietersen gravitou em direção a matemática e física na escola. Mas ele também period um atleta de cross nation e um escoteiro, e queria uma maneira de reunir seus interesses.
“Gostei do desafio multifacetado que a Academia da Força Aérea apresentou”, diz Pietersen. “Minha família não tem um histórico de servir, mas os recrutadores conversaram sobre a educação holística, onde os acadêmicos eram uma parte, mas o mesmo aconteceu com a aptidão e a liderança atléticas. Essa abordagem completa da experiência da faculdade me atraiu. ”
Pietersen se formou em engenharia civil como graduação na Academia da Força Aérea, onde começou a aprender a realizar pesquisas acadêmicas. Isso exigia que ele aprendesse um pouco de programação de computador.
“No meu último ano, os laboratórios de pesquisa da Força Aérea tiveram alguns projetos relacionados ao pavimento que caíram no meu escopo como engenheiro civil”, lembra Pietersen. “Embora meu conhecimento de domínio tenha ajudado a definir os problemas iniciais, ficou muito claro que o desenvolvimento das soluções certas exigiria uma compreensão mais profunda da visão computacional e do sensoriamento remoto”.
Os projetos, que lidaram com as avaliações de pavimentos de aeroporto e a detecção de ameaças, também levaram Pietersen a começar a usar imagens hiperespectrais e aprendizado de máquina, que ele construiu quando chegou ao MIT para perseguir seu mestrado e doutorado em 2020.
“O MIT foi uma escolha clara para minha pesquisa, porque a escola tem uma história tão forte de parcerias de pesquisa e pensamento multidisciplinar que ajuda a resolver esses problemas não convencionais”, diz Pietersen. “Não há lugar melhor no mundo do que o MIT para trabalho de ponta como este.”
Quando Pietersen chegou ao MIT, ele também abraçou esportes extremos, como ultra-maratonas, paraquedismo e escalada. Parte disso surgiu de sua participação em competições de habilidades de infantaria como estudante de graduação. As competições de sexta-feira são corridas focadas nas forças armadas, nas quais equipes de todo o mundo atravessam as montanhas e realizam atividades graduadas, como cuidados de vítimas de combate tático, orientação e pontaria.
“A multidão com quem corri na faculdade realmente gostava dessas coisas, por isso foi uma conseqüência pure da construção de relacionamentos”, diz Pietersen. “Esses eventos o percorreriam por 48 ou 72 horas, às vezes com um pouco de sono misturado, e você pode competir com seus amigos e se divertir.”
Desde que chegou ao MIT com sua esposa e dois filhos, Pietersen abraçou a comunidade native e até trabalhou como instrutor de paraquedismo em New Hampshire, embora ele admita que os invernos da Costa Leste têm sido difíceis para ele e sua família se adaptarem.
Pietersen ficou remoto entre 2022 e 2024, mas ele não estava fazendo sua pesquisa no conforto de um escritório em casa. O treinamento que lhe mostrou a realidade das avaliações de aeroporto ocorreu na Flórida e depois ele foi destacado para a Arábia Saudita. Por acaso, ele escreveu uma de suas publicações de PhD Journal de uma barraca no deserto.
Agora, de volta ao MIT e se aproximando da conclusão de seu doutorado nesta primavera, Pietersen agradece por todas as pessoas que o apoiaram durante toda a sua jornada.
“Foi divertido explorar todos os tipos de disciplinas de engenharia diferentes, tentando descobrir as coisas com a ajuda de todos os mentores do MIT e os recursos disponíveis para trabalhar nesses problemas realmente de nicho”, diz Pietersen.
Pesquisa com um propósito
No verão de 2020, Pietersen fez um estágio no Halo Belief, uma organização humanitária trabalhando para limpar minas terrestres e outros explosivos de áreas afetadas pela guerra. A experiência demonstrou outra aplicação poderosa para seu trabalho no MIT.
“Temos regiões pós-conflito em todo o mundo, onde as crianças estão tentando brincar e há minas terrestres e munições não explodidas em seus quintais”, diz Pietersen. “A Ucrânia é um bom exemplo disso nas notícias hoje. Sempre há restos de guerra deixados para trás. No momento, as pessoas precisam entrar nessas áreas potencialmente perigosas e limpá-las, mas novas técnicas de sensoriamento remoto podem acelerar esse processo e torná-lo muito mais seguro. ”
Embora o trabalho do mestre de Pietersen gire principalmente em torno da avaliação do desgaste regular das estruturas de pavimentos, seu doutorado se concentrou em maneiras de detectar munições não explodidas e danos mais graves.
“Se a pista for atacada, haveria bombas e crateras por toda parte”, diz Pietersen. “Isso contribui para um ambiente desafiador para avaliar. Diferentes tipos de sensores extraem diferentes tipos de informações e cada um tem seus prós e contras. Ainda há muito trabalho a ser feito no lado do {hardware} e no software program, mas até agora, os dados hiperespectrais parecem ser um discriminador promissor para detectores de objetos de aprendizado profundo. ”
Após a graduação, Pietersen estará estacionado em Guam, onde os engenheiros da Força Aérea realizam regularmente as mesmas simulações de avaliação de aeroporto que ele participou da Flórida. Ele espera um dia em breve, essas avaliações não serão feitas por seres humanos em equipamentos de proteção, mas por drones.
“No momento, contamos com linhas visíveis de website”, diz Pietersen. “Se pudermos mudar para imagens espectrais e soluções de aprendizado profundo, podemos finalmente realizar avaliações remotas que tornam todos mais seguros”.