Como muchos ingenieros, Sarah Downs dice que sabía que quería seguir una carrera de STEM desde una edad joven. Como adolescente, descubrió robótica a través de su Tulsa, Okla., escuela media First Lego League equipo, y ella se enamoró del campo, dice. Downs participó en el programa internacional de robótica de 2014 a 2016.
Mirando PBS especiales en NASA Marte Rovers Espíritu y Oportunidad, y ver la transmisión en vivo de la Curiosidad Rover lanzamiento en 2011, inspiró al adolescente a soñar con una carrera trabajando con la NASA.
Sarah Downs
MEMBER GRADE
Miembro del estudiante de posgrado
UNIVERSITY
Texas A ritmoM University in College Station
MAJOR
Ingeniería eléctrica
Este año el estudiante graduado de IEEE logró ese sueño. Para su proyecto final como candidato de maestría en ingeniería eléctrica en el University of Tulsa, trabajó en un algoritmo en colaboración con la NASA y Estados Unidos. Fuerza aérea.
El algoritmo que desarrolló permite que un robot ensamblar satélites en el espacio para insertar una antena en el lugar correcto, abordando el problema clásico de peg-in-hole de la robótica de insertar un objeto en su agujero correspondiente.
Ahora un doctorado en ingeniería eléctrica Texas A pacienteM University En College Station, Downs continúa su investigación sobre el ensamblaje y manipulación de satélites “pero a una escala mucho mayor”, dice.
Siguiendo una pasión infantil
Downs creció en la zona de Tulsa. Su padre, que murió de un ataque al corazón en 2015 cuando tenía 13 años, era asesor de seguridad en la industria del petróleo y el gas. Su madre se quedó en casa para cuidar de su hermano, que tiene autismo. Después de que su padre murió, su madre volvió a la universidad para ganar un título de licenciatura en negocios para que pudiera apoyar a la familia.
“No teníamos muchos ingresos, y mi madre siempre estaba preocupada por el dinero”, dice Downs. “Eso me hizo más consciente de tener una carrera exitosa, en un sentido monetario”.
Desde entonces, cada vez que consideraba su carrera futura, tener un salario decente para apoyar a la familia era alto en su lista.
Al realizar una carrera en robótica, dice, puede seguir su pasión al obtener seguridad financiera.
En la secundaria, Downs se unió a la Primera club robótico, donde se encontró atraído a los componentes eléctricos utilizados en las máquinas que ella y sus compañeros de clase construyeron.
Durante sus dos últimos años de secundaria, participó en una programa de extensión a Tulsa TechUna escuela de entrenamiento. Pasó la mitad de su día en clases de secundaria y la otra mitad tomando cursos de ingeniería en la escuela profesional.
Después de graduarse en 2020, aceptó becas para asistir a la Universidad de Tulsa. Comenzó su primer año en UTulsa sin saber si quería ser importante en ingeniería eléctrica o mecánica, dice, agregando que su amor por trabajar con sistemas pequeños la ayudó a elegir EE.
Por ella proyecto de capstone, ella y dos de sus compañeros de clase diseñaron una exposición de lander lunar para la Tulsa Air and Space Museumcrearon un juego interactivo que simula misiones en superficies lunares y marcianas. Cuatro cuerpos celestes —la luna, Venus, Marte y Titan— se enumeran en tres monitores de computadora. Utilizando un controlador de juego, los visitantes del museo pueden explorar la superficie virtual de cada uno. El exposición sigue en exhibición.
Downs obtuvo su licenciatura en ingeniería eléctrica en 2024 y continuó su educación en el programa de titulación de EE de la universidad.
Tanto más como menos complicado de lo que la gente piensa
Cuando Downs comenzó sus estudios de posgrado, se suponía que formaba parte de un proyecto robótico de la NASA durante dos años. Pero cuando un retraso en la financiación del gobierno pospuso el comienzo del proyecto, ella pasó su primer año en la escuela Institute for Robotics and Autonomy, luego recién lanzado. Su objetivo principal es desarrollar robots para ayudar a las personas que tienen problemas de movilidad.
Inspirada por su abuela, con silla de ruedas debido a la artritis severa, Downs desarrolló un brazo robótico que ayuda a las personas mayores y a los usuarios de sillas de ruedas a vivir independientemente. El brazo fue capaz de identificar y colocar objetos en los lugares apropiados dentro de la casa, tales como descargar ciertos comestibles de una bolsa de compras y colocarlos en un estante o en contenedores separados.
Antes del comienzo de su segundo año en 2025, el proyecto de la NASA finalmente obtuvo financiación gubernamental. Desarrolló un robot que logra la tarea de peg-in-hole sin usar ningún sistema de visión. Típicamente, las cámaras ayudan a guiar el trabajo por satélite de robots. Pero en el entorno duro y remoto del espacio exterior, las cámaras pueden funcionar mal o encontrar retrasos.
“No dejes de hacer preguntas. Especialmente en ingeniería, no finjas que lo sabes todo, porque la ciencia es sobre querer constantemente aprender y escuchar.”
En lugar de usar cámaras, el brazo robótico de Downs implementa un proceso de inserción basado en la fuerza para sentir posición y orientación de objetos en el ambiente del brazo. El robot agarra flojamente una antena y, con un sensor de par en su agarre, “sentirá” la reacción de la fuerza de donde el satélite y la antena están en relación entre sí. El robot entonces guía el montaje de la antena en una apertura de destino en su satélite y mantiene la posición durante la adhesión.
Añadiendo a la complejidad, el robot realiza su tarea en gravedad cero.
“Sin gravedad, ahora tienes que considerar los torques de reacción del brazo en el satélite para evitar meterlo en el espacio”, dice Downs. Cualquier moción del brazo durante el proceso de inserción, especialmente del aumento de las fuerzas, podría hacer que el satélite continúe su movimiento en esa dirección.
Para combatirlo, Downs está realizando cálculos para que el proyecto dirija empujes inversos dirigidos y contrarrestar la fuerza de los movimientos del robot.
Su proyecto de posgrado captura la naturaleza simple pero compleja de la robótica que encuentra fascinante, dice.
“Creo que los robots son tanto más y menos complicados de lo que la gente piensa”, dice. “En realidad, todo lo que necesitas para empezar a programar un robot es su Parámetros de Denavit-Hartenberg, y usted puede hacer mucho con eso», dice, haciendo referencia a los cuatro valores utilizados para describir la posición y orientación de un brazo robótico y manipuladores. Incluso con diferentes garras y grados de libertad, “fundamentalmente, todos los manipuladores robot comienzan allí”, dice.
Pero, añade, todavía estamos aprendiendo mucho sobre cómo los robots interactúan con su entorno. Incluso algo sencillo para nosotros, como manipular un bolígrafo, sigue siendo increíblemente complejo para los robots”.
Downs está completando su tesis doctoral en la Robotic Space Simulator proyecto en Texas A Diseño de robótica y automatización (RAD), que se especializa en el desarrollo de máquinas que pueden sobrevivir en ambientes extremos. Colabora con la NASA.
Su asesor de tesis es Robert AmbroseUn veterano de la NASA que lanzó el Laboratorio RAD en 2022. El miembro de IEEE está establecido para servir como director asociado del Instituto Espacial de la escuela, debido a la apertura de este año en Houston. La instalación de investigación está siendo construida junto a Johnson Space Center.
Después de ganar su doctorado, dice Downs, espera trabajar un día para la NASA, desarrollando rovers que recoge muestras de Marte o brazos robóticos que realizan tareas en estaciones espaciales.
Para saber más sobre robots, echa un vistazo IEEE Spectrum’ guía.
Salir de la burbuja de ingeniería
Downs joined IEEE en 2020 como estudiante de primer año en UTulsa para involucrarse más en eventos de ingeniería eléctrica en el campus. En ese momento, el COVID-19 pandemia mantuvo a clubes y organizaciones de reunirse en persona.
Ella estaba activa en su escuela IEEE estudiante rama y fue elegido como su presidente 2022-2024. Bajo su liderazgo, la rama pasó de tener algunos eventos a acoger uno cada dos semanas.
Incluyen sesiones de almuerzo y comida y cenas que conectan a estudiantes con ingenieros profesionales y alumnos de la universidad. Downs también organizó talleres prácticos sobre soldadura, Impresión 3D, modelado CAD, y résumé-building.
Sus esfuerzos ayudaron a aumentar la composición de la junta ejecutiva de la rama de aproximadamente cinco estudiantes a 25 en 2023. El mismo año, su taller de soldadura atrajo a unos 80 estudiantes.
Dice que disfrutó trabajando con IEEE, especialmente “conectándose con ex alumnos y aprendiendo de ingenieros”.
IEEE es un gran recurso para las oportunidades de networking, dice, señalando que “durante la pandemia COVID-19, los estudiantes de ingeniería se quedaron en sus burbujas”. Los eventos de IEEE ayudaron a los estudiantes a hacer conexiones que podrían servirles bien, dice.
“La red es muy importante, especialmente en el mercado de trabajo duro de hoy”, dice. “Es mucho acerca de quién sabe y cómo la gente observa su ética de trabajo”.
Downs, que ahora sirve como asesor graduado de IEEE para la rama estudiantil de UTulsa, dice que ha visto de primera mano cómo la red estudiantil de la escuela ha beneficiado a sus miembros estudiantiles.
“Muchos de ellos han encontrado trabajo” debido a IEEE, dice.
El trabajo y la creación de redes de un ingeniero
Como asesor graduado de IEEE para la rama estudiantil de UTulsa, Downs notó que muchos estudiantes de ingeniería terminan la universidad sin ningún tipo de experiencia práctica, ya sea un proyecto o una pasantía.
“Sus résumés son muy escasos, y no tienen pruebas de sus habilidades técnicas”, dice. Ella misma completó una pasantía de ingeniería en instalaciones Tulsa Aeropuerto Internacional’ American Airlines mantenimiento de instalaciones después de su segundo año de universidad. Y ella era una interna de ingeniería eléctrica en Flight Safety International fuera de Tulsa después de su primer año y después de graduarse. La empresa diseña, construye y mantiene sus propios simuladores de vuelo.
Su consejo para los pregrados es perfeccionar y demostrar sus habilidades duras y suaves al trabajar en proyectos de investigación o incluso proyectos de pasión personal.
“ A Raspberry Pi no cuesta tanto, y puedes empezar a trabajar con eso inmediatamente”, dice. Los estudiantes también pueden participar en grupos de interés de ingeniería y organizaciones profesionales en su escuela, añade.
“Ponte ahí fuera y únete a un equipo de investigación”, dice. “Es una gran manera de mostrar a la gente que eres una buena persona con la que trabajar y que harías un buen trabajo en el campo”.
Añade que también es una buena manera de seguir aprendiendo, lo que la llevó a un campo que sólo se ha desarrollado en el siglo pasado.
“Todavía estamos constantemente aprendiendo sobre robots”, dice.
“No dejes de hacer preguntas”, aconseja a los estudiantes. “Especialmente en ingeniería, no finjas que lo sabes todo, porque la ciencia es constantemente querer aprender y escuchar.”
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