211service.com
Grenzen doorbreken
Als het gaat om afdelingen elektrotechniek, staat MIT op nummer één, volgens: US News en World Report. Het is een passende prestatie voor de school die als eerste in de Verenigde Staten lessen in elektrotechniek introduceerde en sindsdien de bakermat is geweest van ontwikkelingen zoals stroboscooplampen en Rivest, Shamir en Adleman- of RSA-public key-encryptie, 's werelds meest alomtegenwoordig encryptiesysteem.
Tegenwoordig is de afdeling Elektrotechniek en Informatica een kolos van zo'n 120 docenten en 2.000 studenten. Ze werken en studeren in de schaduw van reuzen als Vannevar Bush, die de eerste bruikbare computermachine ontwikkelde, en Marvin Minsky, een pionier op het gebied van kunstmatige intelligentie die enkele van de eerste mechanische handen bouwde.
Maar de afdeling wordt nooit overschaduwd door haar verleden of overweldigd door haar huidige reputatie. Terwijl het deze maand zijn honderdjarig bestaan viert, blijft de afdeling kijken naar een toekomst van het doorbreken van grenzen in onderzoek en onderwijs - van het werken in verschillende disciplines tot het gebruik van technologie om de manier waarop cursussen worden gegeven te herzien.
Levensgebonden onderzoek
Net als de rest van het Instituut, wordt Cursus VI overspoeld met interdisciplinair onderzoek. De meest prominente interacties betreffen het werken aan biologische projecten.
Deze eeuw is de eeuw van de biologie, zoals de vorige eeuw de eeuw van de natuurkunde was, zegt universitair hoofddocent Rahul Sarpeshkar, wiens onderzoeksgroep werkt aan een aantal op biologie gerichte projecten. Een daarvan is de ontwikkeling van een processor voor een bionisch oor. Cochleaire implantaten kunnen rechtstreeks op de gehoorzenuw worden aangesloten, waardoor horen een realiteit wordt voor doven die de gehoorzenuw nog intact hebben. De groep van Sarpeshkar creëert een analoge processor met een zeer laag vermogen om geluidssignalen te interpreteren. Vanwege het extreem lage stroomverbruik zal het tientallen jaren functioneren als het eenmaal in iemands oor is geïmplanteerd. En omdat het siliconenimplantaat de natuurlijke cochleaire structuur van het oor nabootst, zal het beter zijn dan conventionele hoortoestellen in het onderscheiden van geluiden te midden van irrelevante achtergrondruis. Binnen een jaar of twee zegt Sarpeshkar dat zijn processor klaar zal zijn voor gebruik, en dan weet je niet eens dat de persoon doof is.
Tegelijkertijd neemt de groep aanwijzingen uit de natuur bij de ontwikkeling van andere systemen. Sarpeshkar maakt bijvoorbeeld gebruik van de neurale activiteit van de hersenen en de neigingen van de linker- en rechterhersenhelft om zijn werk te informeren op een hybride computer, een machine die zowel analoge als digitale processen gebruikt om te berekenen. Om bewegingschips te ontwikkelen die over een paar jaar kunnen worden gebruikt voor het volgen van doelen, beveiligingscamera's en robotica, trekt Sarpeshkar ook lessen van huisvliegen, wiens ogen van nature zeer gevoelig zijn voor beweging.
Maar dit is niet het enige biologie-geassocieerde project dat impact heeft. Professor Eric Grimson, associate director van het Artificial Intelligence Lab, heeft samen met artsen van het Brigham and Women's Hospital in Boston gewerkt aan beeldgestuurde chirurgische processen. Zijn computersystemen gebruiken preoperatieve scans van een patiënt om een nauwkeurig grafisch model van het operatiegebied te bouwen. Vóór de operatie bestuderen artsen het model om de minst ingrijpende manier te plannen om hun taken uit te voeren. In de operatiekamer projecteren ze het grafische model op het lichaam van de patiënt om hen te helpen navigeren. Ook volgen de systemen van Grimson tijdens de operatie de chirurgische instrumenten, waardoor de artsen de exacte locatie van de punt van elk instrument kunnen zien en ze het zeer nauwkeurig kunnen leiden naar de belangrijkste structuren die ze willen bereiken.
De reden waarom dit soort chirurgen doorgaans de operatietijden met de helft verminderen, zegt Grimson. Het laat de chirurgen operaties uitvoeren die ze anders als onbruikbaar zouden beschouwen.
Het systeem van Grimson wordt alleen gebruikt in het Brigham and Women's Hospital, maar hij merkt op dat soortgelijke, hoewel minder geavanceerde systemen op de markt zijn verschenen. Hij verwacht dat dergelijke systemen binnen twee tot drie jaar, in afwachting van goedkeuring door de regering, wijdverbreid zullen zijn.
Andere opmerkelijke projecten zijn het onderzoek van professor David Gifford en universitair hoofddocent Tommi Jaakkola. Hun werk verbindt informatica met onderzoek naar het menselijk genoom. Ook heeft professor Jim Fujimoto een pioniersrol gespeeld in een nieuw onderzoeksgebied - optische coherentietomografie - dat zich richt op diagnostisch onderzoek van het netvlies. En assistent-professor Vladimir Bulovic, die apparaten ontwikkelt die organische materialen als halfgeleiders gebruiken, heeft geholpen bij het produceren van organisch aangedreven kristallen die in verschillende kleuren gloeien. Deze kristallen zouden kunnen worden gebruikt om computermonitoren te maken die veel minder stroom zouden verbruiken dan de huidige modellen.
Elektrotechniek, als een van de meest volwassen technische gebieden, heeft veel bij te dragen aan de biologie in termen van hoe je denkt over en problemen aanpakt, zegt assistent-professor Joel Voldman, die samen met assistent-professor Jongyoon Han werkt aan biologische micro-elektronische mechanische systemen. Voldman heeft een elektronische methode ontwikkeld om cellen op hun plaats te houden, zodat ze kunnen worden bestudeerd.
Uiteindelijk vat afdelingshoofd John Guttag de groeiende focus van zijn afdeling samen: als je naar de afdeling van vandaag kijkt, is die veel meer betrokken bij zowel biologie als geneeskunde dan ooit tevoren. we zullen in die richting blijven evolueren.
Tech-linked onderwijs
De sterke nadruk van de afdeling op het onderwijzen van studenten is een kenmerk dat het onderscheidt van andere instellingen, zegt professor Jeffrey Shapiro, directeur van het Research Laboratory of Electronics. En tegenwoordig worden faculteitsleden opgemerkt vanwege hun specifieke gebruik van technologie om hen te helpen effectiever les te geven.
Grimson en zijn collega professor Tomas Lozano-Perez experimenteren de afgelopen jaren met een online tutor voor drie cursussen. Hun leerlingen kunnen probleemreeksen invullen en hun antwoorden via het web indienen voor onmiddellijke feedback. De online tutor somt de problemen op die onjuist waren en geeft hints over hoe ze op te lossen. Studenten kunnen de opgaven keer op keer uitwerken en hun sets zo vaak als ze willen opnieuw inleveren. Ik vind het prettig dat hierdoor de probleemsets worden omgezet in leermogelijkheden in plaats van cijfermogelijkheden, en de studenten lijken dat ook te waarderen, zegt Lozano-Perez, die van plan is de tutor de komende maanden in aanvullende cursussen te gebruiken.
Het paar heeft ook geëxperimenteerd in 6.001, Structuur en interpretatie van computerproblemen, met nog een idee-online-lezingen. In het verleden werden de lessen van 200 tot 400 studenten onder meer gegeven via grote colleges. Tegen het einde van de termijn, merkt Grimson op, was de opkomst gewoonlijk gedaald tot ongeveer 60 procent. Daarom schrapten Grimson en Lozano-Perez de meeste live collegesessies en verplaatsten ze de collegereeks online. Nu kunnen studenten op hun gemak PowerPoint-presentaties met audio-annotaties bekijken, en de meesten doen dit meer dan eens. Experimentele onderzoeken die we hebben uitgevoerd, laten zien dat de studenten de stof beter, of minstens even goed, leren bij online colleges dan bij bijbehorende live colleges, zegt Lozano-Perez. Beide professoren merken echter op dat online colleges misschien niet de beste optie zijn voor andere cursussen.
De afdeling heeft een andere nieuwe benadering gekozen: laboratoriummogelijkheden uitbreiden naar internet. In 1998 ontwikkelde professor Jesus del Alamo het Microelectronics WebLab, waarmee studenten van een undergraduate en een graduate cursus, evenals studenten van de Singapore-MIT Alliance, laboratoriumexperimenten op afstand kunnen voltooien. De studenten voeren online metingen uit door labapparatuur aan te sturen via internet.
Ik wilde dat mijn studenten zouden ervaren hoe transistors en andere micro-elektronische apparaten echt werken en dat vergelijken met de modellen en het gedrag dat ik in de klas leer, zegt del Alamo, die uitlegt dat studenten daarvoor geen ervaring uit de eerste hand hadden kunnen hebben omdat de apparatuur is duur, de ruimte is beperkt en laboratoria zijn moeilijk te beheren. Nu hebben echter meer dan 800 bachelor- en masterstudenten die ervaring opgedaan via WebLab.
Vervolgens is del Alamo van plan om de ervaring te verbeteren door mechanismen toe te voegen voor samenwerking op lange afstand en voor het uitvoeren van simulaties. Del Alamo zegt ook dat een nieuwe systeemarchitectuur het lab gemakkelijker te onderhouden zal maken.
Links binnen
Als het gaat om het aantrekken van de beste studenten, zegt Guttag dat zijn afdeling uniek gepositioneerd is om competitief te zijn. Elektrotechniek en informatica zijn tegenwoordig beide zeer diverse vakgebieden, en we zijn een van de weinige afdelingen waar dan ook die op veel aspecten van die gebieden kritische massa kunnen brengen, zegt hij. Tegelijkertijd zijn studenten meer geïnteresseerd geraakt in het studeren van zowel elektrotechniek als informatica, in plaats van het een of het ander. De inschrijving voor Course VI-2, de track die deze disciplines combineert, is de afgelopen jaren flink gestegen. Ondertussen schiet de inschrijving van afgestudeerde studenten van de afdeling omhoog, met dit jaar bijna 3.000 aanvragen voor het doctoraatsprogramma.
Met de verhuizing naar het Stata Center dit najaar zal de interactie tussen beide kanten van de afdeling toenemen. Voor het eerst in onze geschiedenis zullen elektrotechniek en informatica geografisch gezien samenkomen, zegt Guttag. Ik denk dat het een zeer grote impact zal hebben op hoe we lesgeven en welk onderzoek we doen als we fysiek allemaal dicht bij elkaar zijn. Bovendien zullen het Laboratorium voor Informatica, het Laboratorium voor Kunstmatige Intelligentie en het Laboratorium voor Informatie- en Beslissystemen, dat fysiek van de rest van de afdeling was gescheiden, binnenkort worden gevestigd op een steenworp afstand van de academische afdeling die het grootste deel van de hun onderzoekers.
Victor Zue, directeur van het Laboratorium voor Computerwetenschappen, zegt dat de verhuizing naar het Stata Center enorm belangrijk is. In termen van interactie met de rest van de campus, zegt hij, maakt nabijheid het verschil. Ons verhuizen naar dat deel van de wereld zal zeker een impact hebben op een betere samenwerking met de elektrotechnische kant van de afdeling.
Er zijn ook plannen in de maak om het Laboratorium voor Computerwetenschappen en het Kunstmatige Intelligentie Lab, die al samenwerken aan een aanzienlijke hoeveelheid onderzoek, samen te voegen, zegt Zue. De fusie en de daaropvolgende naamsverandering van het nieuwe, gecombineerde lab zou halverwege het jaar moeten plaatsvinden.
Met een grotere samenwerking, zowel binnen de afdeling als met andere disciplines in het hele Instituut, moeten elektrotechniek en informatica het tempo blijven bepalen in onderzoek en onderwijs. Op 23 mei viert de afdeling zowel haar verleden als haar huidige prestaties tijdens een honderdjarig jubileum. Het evenement omvat een symposium van een dag in het Kresge Auditorium dat onderwijs- en onderzoeksinitiatieven zal belichten. Aansluitend is er een receptie en een galadiner in het Park Plaza Hotel.