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Apr 13, 2024

Zwei

Als Teilnehmer des Engineers for Exploration (E4E)-Programms an der University of California San Diego in diesem Sommer arbeiten Josie Dominguez, Jordan Reichhardt und Emily Thorpe als Teil eines Teams

Als Teilnehmer des Engineers for Exploration (E4E)-Programms an der University of California San Diego in diesem Sommer arbeiten Josie Dominguez, Jordan Reichhardt und Emily Thorpe als Teil eines Teams daran, herauszufinden, wie die nächste Generation der „Smartfin“-Technologie entwickelt werden kann , ein auf einem Surfbrett montierter Sensor, der Informationen sammelt und hochlädt, um den Zustand unserer Ozeane zu verfolgen.

Die Studierenden sind von der Möglichkeit begeistert. „Das Größte, was ich dabei mitbekomme, sind praktische Erfahrungen mit eingebetteten Systemen und dem Design von Leiterplatten“, sagte Dominguez, eine Studentin an der UC Santa Cruz, die aufgrund ihres E4E-Praktikums nun über eine Abschlussarbeit in Biomedizintechnik nachdenkt. „Diese Fähigkeiten werden normalerweise nicht in der Schule vermittelt, obwohl sie für eine Karriere im Hardware-Bereich sehr wichtig sind.“

Das E4E-Programm bringt Studierende wie diese mit realen Forschungsprojekten von Wissenschaftlern aus nah und fern zusammen.

Ryan Kastner, Professor für Informatik und Ingenieurwesen an der Jacobs School of Engineering der UC San Diego, stellte fest, dass das Programm sowohl Studenten als auch Forschern zugute gekommen ist, seit er es gemeinsam mit dem Forschungswissenschaftler Albert Lin vom Qualcomm Institute (QI) im Jahr 2010 gegründet hat Das erste Projekt beteiligte Studenten an Lins von National Geographic finanzierter Suche nach dem Grab von Dschingis Khan. Von da an startete das Programm.

„Ich denke, die Schüler haben viel davon“, sagte Kastner. „Das sind echte Systeme mit Benutzern, die wirklich daran interessiert sind, sie zu nutzen, die Technologien zu entwickeln und veröffentlichungsfähige Daten zu erhalten, um ihre wissenschaftlichen Probleme besser zu verstehen.“

„Die realen Probleme verleihen den technischen Herausforderungen eine zusätzliche Tiefe“, fügte Curt Schurgers hinzu, Fakultätsmitglied für Elektrotechnik und Informationstechnik und QI-Partner, der das Programm gemeinsam mit Kastner leitet. „Im Gegensatz zu Hausaufgaben sind die Schüler Problemen ausgesetzt, für die es möglicherweise eine Lösung gibt oder auch nicht. Studierende haben die Möglichkeit, einen Beitrag zu Anliegen zu leisten, die ihnen am Herzen liegen – beispielsweise die Rettung eines gefährdeten Tieres oder die Überwachung eines Ökosystems. Man muss sie nicht davon überzeugen, dass es wichtig ist – das ist fest verankert.“

E4E-Praktikant Reichhardt, der die California Polytechnic State University in San Luis Obispo besucht, stimmte zu. Durch die Arbeit an Smartfin, das aus einer Partnerschaft zwischen der Surfrider Foundation und der UC San Diego Scripps Institution of Oceanography (unter der Leitung von Alumnus Philip Bresnahan, jetzt Fakultätsmitglied an der University of North Carolina Wilmington) entwickelt wurde, helfen Reichhardt und ihre Teamkollegen dabei, wichtige Daten zu sammeln In Küstennähe in der sogenannten Brandungszone, wo der Meeresboden zu flach und die Bedingungen zu rau für andere Datenerfassungsmethoden sind, beispielsweise Offshore-Bojen.

„Diesen Sommer kann ich meine Leidenschaft für den Umweltschutz weiter ausbauen und gleichzeitig wichtige Fähigkeiten im Bereich Elektrotechnik entwickeln“, sagte Reichardt.

Während Engineers for Exploration das ganze Jahr über läuft und während des akademischen Jahres 50 oder 60 Bachelor- und Masterstudenten der UC San Diego in Teilzeit arbeiten, ist der Sommer eine kritische Zeit im Lebenszyklus des Programms.

„Im Sommer arbeiten die Praktikanten Vollzeit, 40 Stunden pro Woche“, sagte Kastner. „Im Sommer kommt alles zusammen. Es ist eine gute Zeit, eine lustige Zeit für uns, denn es ist so viel los und es gibt so viele Fortschritte.“

Da sich viele der Sommerpraktikanten den Raum im Wohnheim teilen und gemeinsam an Projekten arbeiten, herrscht unter den Sommerpraktikanten laut Schurgers ein Gefühl der Solidarität. „Es herrscht ein Kohortengefühl“, sagte er.

Ein Eckpfeiler der Sommerfinanzierung ist ein Stipendium der National Science Foundation (NSF) für Forschungserfahrungen für Studenten, das kürzlich zum elften Mal verlängert wurde. Es unterstützt 10 der 18 bis 20 Sommerpraktikanten mit einem Gehalt, einer Unterkunft und einem Reisebudget. Weitere Mittel für E4E werden von Quellen der UC San Diego bereitgestellt, darunter QI und die Jacobs School (beide Abteilungen für Informatik und Ingenieurwesen sowie Elektrotechnik und Informationstechnik) sowie von Industriesponsoren wie Northrop Grumman, National Instruments und MathWorks.

Hunderte Bewerbungen aus dem ganzen Land strömen für die von der NSF geförderten Sommerpraktika ein. Gemäß den Prioritäten des Stipendiums gehen viele der Plätze an Studierende von Institutionen mit begrenzteren Forschungsmöglichkeiten als an der UC San Diego, einer erstklassigen Forschungsuniversität.

Thorpe, eine Praktikantin, die das Macalester College in Minnesota besucht, schätzt die Art und Weise, wie das Programm ihren Horizont in interdisziplinärer Arbeit und in Bereichen erweitert hat, die von ihrer kleinen Einrichtung für Geisteswissenschaften nicht angeboten werden: „Ich genieße die Teamarbeit an einem Projekt, das Elektrotechnik, Maschinenbau und Informatik“, sagte sie über ihre Arbeit an Smartfin und fügte hinzu, dass sie jetzt darüber nachdenkt, einen Master in Robotik und einen Doktortitel anzustreben. im Ingenieurwesen.

Für die Kontinuität zwischen dem akademischen Jahr und der Sommersession sorgen die studentischen Projektleiter der UC San Diego, die sich oft schon seit Jahren mit einer bestimmten Forschungsrichtung beschäftigen.

„Diese Projektleiter haben es geschafft, gemeinsam mit Curt und mir das Projekt zu leiten, andere Studenten zu betreuen und mit unseren Mitarbeitern zu interagieren“, sagte Kastner. „Die Projektleiter sind diejenigen, die den Fortschritt wirklich vorantreiben. Und sie erwerben großartige Fähigkeiten im Umgang mit Menschen und im Management von Projekten.“

Die wissenschaftlichen Mitarbeiter des Programms wenden sich über Mundpropaganda an Engineers for Exploration mit kritischen Forschungstechnologieproblemen, die gelöst werden müssen.

„Normalerweise laufen bei uns acht bis zehn verschiedene Projekte“, sagte Kastner. „Fast alle Projekte drehen sich um irgendeine Art von Fernerkundung – den Aufbau einer Art Sensorplattform mit dem Ziel, diese Plattform zum Sammeln von Daten einzusetzen. Wir arbeiten viel mit der San Diego Zoo Wildlife Alliance zusammen, die in der Nähe des Safari Parks ein Forschungslabor für Naturschutz betreibt. Da wir die Systeme ständig mit dem Feedback aus der Praxis iterieren, laufen viele dieser Projekte schon seit fünf oder sogar zehn Jahren. Ein erfolgreiches Projekt hilft unseren Mitarbeitern und verbessert ihr Leben.“

Ein aktuelles Projekt mit der San Diego Zoo Wildlife Alliance ist die Initiative Acoustic Species Identification, die darauf abzielt, das Regenwald-Ökosystem im Norden Perus anhand seiner Geräuschkulisse zu verstehen und zu überwachen. Das Forschungsteam des Zoos setzte Dutzende kleiner Rekorder ein, um Audioproben aus der gesamten Region zu sammeln. Jetzt nutzen die E4E-Studenten maschinelles Lernen und digitale Signalverarbeitung, um die Terabytes an Daten zu entschlüsseln, indem sie die Geräusche verschiedener Vögel, Säugetiere und anderer Lebewesen herauskitzeln, visualisieren und aufzählen – sowie Stimmen, Schüsse und hochdrehende Motoren, die auf deren Anwesenheit hinweisen Menschen.

Der Großteil der anderen Mitarbeiter kommt aus der gesamten UC San Diego. In einem Großprojekt namens FishSense arbeitet E4E mit Brice Semmens, außerordentlicher Professor der Scripps Institution of Oceanography, und der Reef Environmental Education Foundation zusammen, um Fischpopulationen zu verstehen. In diesem Projekt bauen E4E-Studenten Unterwasserkameras, die von Tauchern – sowohl professionellen Wissenschaftlern als auch Bürgerwissenschaftlern – verwendet werden können, um Begegnungen mit Fischen aufzuzeichnen. Kastner erklärt, dass sie letztendlich eine Unterwasserkamera entwickeln wollen, die anhand von Fotos oder Videos einen Fisch, seine Art, seine Größe, seine Masse und alle markanten individuellen Markierungen automatisch erkennen kann – und das alles zu geringen Kosten und mit einfach zu bedienender Technologie.

Zu den weiteren laufenden E4E-Projekten gehören Mangrove Monitoring, das mit Octavio Aburto Oropeza, Professor für Ozeanographie an der Universität Scripps, zusammenarbeitet, um Landschaften in Baja Mexico mit Luftaufnahmen und 3D-Rekonstruktion zu überwachen; Baboons on the Move, das sich mit der biologischen Anthropologin Shirley C. Strum, einer emeritierten Professorin und Gründungsmitglied der Abteilung für Anthropologie der UC San Diego, und dem außerordentlichen Professor für Kognitionswissenschaft Federico Rossano zusammenschließt, um die Bewegung der Paviantruppen in den Ebenen der USA zu verfolgen Laikipia-Plateau in Kenia; und Radio Collar Tracker, das die San Diego Zoo Wildlife Alliance unterstützt, indem es eine kostengünstige Lösung zur Verfolgung von Wildtier-Funkhalsbändern aus der Luft anbietet.

E4E verfügt über mehr als zwei Dutzend wissenschaftliche Publikationen aus diesen Projekten.

Die E4E-Forschungsprojekte überschneiden sich mit Kastners beruflichen Interessen in den Bereichen Hardwarebeschleunigung, Hardwaresicherheit sowie eingebettete und cyber-physische Systeme. Auf seiner Website beschreibt Kastner das übergeordnete Ziel seines Labors als „Entwerfen, Bauen und Prototypen von Computersystemen, die sicher, leistungsstark, kostengünstig und stromsparend sind.“ Auch wenn dies schwierig erscheint, ist es das auch, und diese Herausforderungen treiben unsere Forschung voran.“

Die E4E-Aktivitäten haben sich positiv auf Kastners Labor ausgewirkt. „[E4E] informiert meine Forschung, indem es mir wirklich wichtige Probleme zeigt, über die noch niemand nachgedacht hat“, sagte er. „Weil wir diese Systeme aufbauen, entdecken wir unterschätzte Probleme, die herausfordernd und wichtig sind. Es war also eine Möglichkeit, einige meiner eher theoretischen Forschungen voranzutreiben.“

Schurgers, der sich auf Lehre und Öffentlichkeitsarbeit konzentriert, hat E4E auch bei seiner Arbeit mit dem COSMOS-Vorschulprogramm für Oberstufenschüler genutzt. „Unsere „Engineers for Exploration“-Studenten präsentieren unseren COSMOS-Highschool-Schülern einen Vortrag über die Art von coolen Projekten, an denen sie als Studenten in MINT-Fächern arbeiten können“, sagte er und wies darauf hin, dass die Präsentationen den E4E-Schülern auch einen Ort bieten, an dem sie ihre Kommunikationsfähigkeiten üben können sie lernen in E4E-Seminaren.

Für die E4E-Studenten selbst kann sich die Erfahrung über viele Jahre hinweg auszahlen.

Der Werdegang von Nathan Hui wird seit fast einem Jahrzehnt von E4E geprägt. Als Student der Elektrotechnik an der UC San Diego fand er E4E relevanter für reale Probleme als die autonomen Flugzeugwettbewerbe, die er ausprobiert hatte. Nachdem er für das San Dieguito River Valley Conservancy an der Luftüberwachung mit auf Heliumballons montierten Kameras gearbeitet hatte, kam er richtig in Fahrt, als er sich dem Radio Collar Tracking-Projekt anschloss und sich der Signalverarbeitung und Drohnenintegration, einschließlich Feldarbeit, widmete.

„[Bei einer Reise in die Dominikanische Republik] haben wir die Drohne tatsächlich herumgeflogen und die Leguanbabys verfolgt, als sie ihre Nester verließen und sich zerstreuten“, sagte er. „Ich habe in diesem Jahr zwei Reisen in die Dominikanische Republik unternommen. Und während dieser Zeit haben wir in den USA ständig versucht, die Drohne zu testen und zu verbessern. Das Besondere an der Feldforschung ist, dass wir sehen konnten, mit welchen tatsächlichen Problemen wir konfrontiert waren und wie das System unter diesen realen Bedingungen funktioniert und was nicht.“

Zusätzlich zu den wertvollen technischen Fähigkeiten sorgte Huis Ernennung zum studentischen Projektleiter für Wachstum auf der Management- und Mentoring-Seite.

„Ein Aspekt der Projektleitung besteht darin, herauszufinden, wie man die Fähigkeiten jedes Schülers am besten nutzt“, sagte er. „Bei E4E konzentrieren wir uns nicht auf eine einzelne Ingenieursdisziplin. Es ist sehr interdisziplinär und konzentriert sich auf Systembau und Systemtechnik, daher müssen sich die Studierenden anpassen. Es kann eine Herausforderung sein, wenn sie Schwierigkeiten haben, und wir müssen herausfinden, was wir tun können, um sie effizient auf den neuesten Stand zu bringen. Und es ist toll zu sehen, wenn die Schüler wirklich Erfolg haben.“

Hui erwarb auf der Grundlage seiner E4E-Arbeit einen Master-Abschluss in Elektrotechnik an der UC San Diego und bekam einen Job bei Teledyne RD Instruments in Poway, wo er mehrere Jahre arbeitete.

Hui unterstützte jedoch weiterhin das E4E-Programm, und als sich die Gelegenheit bot, als Ingenieur an die UC San Diego zurückzukehren – zur Hälfte bei E4E und zur Hälfte bei der Cultural Heritage Engineering Initiative am QI –, ergriff Hui die Chance.

Als E4E-Mitarbeiter arbeitet Hui nun mit Kastner und Schurgers zusammen, um das Programm, seine Studenten und seine wissenschaftlichen Mitarbeiter zu unterstützen. Er steckt voller Ideen zu neuen Möglichkeiten, wie das Team seine eigenen Prozesse iterieren könnte, beispielsweise zu neuen Ansätzen für die Datenverwaltung und -dokumentation. Er beschäftigt sich auch wieder mit der Betreuung von Studenten und findet heraus, wie jeder Student das Beste aus dem Angebot von E4E herausholen kann.

Die Studierenden können das Engagement für ihre Weiterentwicklung und die Atmosphäre der Zusammenarbeit spüren, die in Engineers for Exploration verankert ist.

„Ich genieße nicht nur die technischen Fähigkeiten, die ich lerne und entwickle, wirklich“, sagte Praktikantin Dominguez im Rückblick auf ihre Sommererfahrung, „sondern vor allem die Menschen im Programm.“ Bei E4E unterstützen sich alle gegenseitig unglaublich!“ Um mehr über E4E zu erfahren, besuchen Sie die Website des Programms.

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