למידת מכונה ואלחוטי: פרופסור נכנס ב-Duke מכוון לטכנולוגיות מתפתחות
תאריך פרסום:כריסט ריצ'מונד יצטרף לפקולטה של המחלקה להנדסת חשמל ומחשבים באוניברסיטת דיוק החל מה-1 בינואר 2022. עם עשרות שנות ניסיון בתכנון ובדיקת טכנולוגיות ואלגוריתמים חדשים לשיפור יישומים אלחוטיים כגון מכ"ם ותקשורת, ריצ'מונד יצטרף לעמיתים ותיקים ב- דיוק ביישום טכניקות מתפתחות כמו למידת מכונה לשטח.
לאחר שרכש תואר ראשון בהנדסת חשמל באוניברסיטת מרילנד בקולג' פארק ובמתמטיקה באוניברסיטת בואי סטייט, ריצ'מונד השלים תכניות לתואר שני ודוקטורט במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס. במשך יותר משני עשורים, ריצ'מונד עבד כחבר צוות בכיר בקבוצת טכניקות חיישן מתקדמים במעבדת MIT לינקולן לפני שהצטרף לפקולטה באוניברסיטת אריזונה סטייט ב-2017.
במהלך כל עבודתו, ריצ'מונד דחק את הגבולות של מה שהטכנולוגיה המודרנית יכולה לעשות עם גלים אלקטרומגנטיים ואקוסטיים. בעוד שרוב האנשים מכירים יותר את הספקטרום של גלים אלקטרומגנטיים שאנו יכולים לראות - אור נראה - תדרים אחרים משמשים למגוון רחב של מטרות כגון רדיו, מכ"ם, WiFi, בלוטות', תקשורת לוויינית, טלפונים סלולריים, מכשירי 5G ועוד. . אם זה נשמע כמו חלל צפוף לשחק בו, זה בגלל שהוא כן.
"חשבו על הספקטרום האלקטרומגנטי כעל מגרש חניה וכל אחד מרצועות התדרים הללו כמקומות חניה", אמר ריצ'מונד. "בדיוק כמו נדל"ן, מקומות מסוימים אטרקטיביים יותר מאחרים, וכולם רוצים את הטובים."
הסוכנות שמחליטה מי מקבל אילו חללים היא ועדת התקשורת הפדרלית, או FCC. לדברי ריצ'מונד, ה-FCC שמרה היסטורית את המקומות הטובים ביותר לצבא ולארגונים אזרחיים עם מטרות חשובות, כמו תצפית אטמוספרית. אבל לפני כמה עשורים, חלק גדול מהתדרים היקרים האלה נמכר לתאגידים פרטיים מתוך הבטחה שחוקרים יוכלו להבין איך לעשות יותר עם פחות נדל"ן אלקטרומגנטי.
מהר קדימה להיום, וריצ'מונד הוא אחד החוקרים שעדיין בונים את הגשרים האלה. יחד עם עמיתים רוברט קלדרבנק, הפרופסור המכובד למדעי המחשב ומנהל יוזמת המידע ב-Duke, ו-Charles S. Sydnor. והיד טארוך, פרופסור משפחת רודס להנדסת חשמל ומחשבים, ריצ'מונד עובד על הצעה שתאפשר למשתמשי ספקטרום לחלוק את אותו רצועת תדרים, או אולי אפילו להתקיים במקביל באותו רצועה (או בשפת המכוניות והחניות, אלה מכוניות יחלקו מקומות חניה, או אולי אפילו יחנו אחד על השני).
"אנחנו צריכים להבין איך לגרום לכל האותות האלה לרקוד ביחד בצורה מתואמת מבלי לדרוך אחד על השני", אמר ריצ'מונד. "זה דורש שהרדאר ידבר עם אותות הלוויין דרך מחשבים ואלגוריתמים. אבל אם נוכל לגרום להם לעבוד יחד כהרחבה אחד של השני, אולי נוכל לגרום לשניהם לעבוד טוב יותר כצוות מאשר כיחידים".
קו המחקר העיקרי האחר של ריצ'מונד, שהוא גם שיתוף פעולה עם Calderbank ו-Tarokh, כולל יישום טכניקות למידת מכונה מתפתחות לתקשורת אלחוטית. לשלישייה כבר יש התחלה בריצה. באוקטובר 2020, הצוות זכה במענק של חמש שנים, $5 מיליון מחיל האוויר לפיתוח פרוטוקולי תקשורת ורשת מבוססי בינה מלאכותית מהירים ואמינים מספיק כדי להתמודד עם דרישות חיל האוויר.
כדי לעזור להסביר את המאמצים שלהם בזירה זו, ריצ'מונד אומר שיש לקחת בחשבון שכל אלגוריתמי התקשורת האלחוטית של ימינו מבוססים על מודל של איך הגלים צריכים להתנהג. כל עוד האות חזק והמודל המשוער מתקיים, אז הטכנולוגיה יכולה לפענח את הנתונים הנכנסים. אבל כשהגלים הנכנסים כבר לא נראים כצפוי בגלל הפרעות או התדרדרות לאורך זמן ומרחב, המודל מתקלקל והאות אובד.
"אנחנו מתרחקים מלפתח אלגוריתמים שמבוססים על מודל ובמקום זאת מבססים אותם על AI", אמר ריצ'מונד. "סוגים אלה של גישות מסתמכים על נתונים ולא על מודל. אז כל עוד אתה מאמן אותו עם מספיק נתונים ממגוון רחב של תרחישים פחות אידיאליים, הוא יכול להתאים את עצמו לשינויים בסביבה. הפוטנציאל באמת מדהים".
עם משתפי פעולה חזקים ב-Duke ומרכז של מיליוני דולרים כבר בעבודות, זה אולי היה רק שאלה של מתי ריצ'מונד הצטרף לפקולטה ולא אם. בכל מקרה, ריצ'מונד אומר שהוא נרגש מההזדמנויות שהמהלך ייצור עבורו במגוון רחב של נושאים.
"הייתי בקשר עם הרבה אנשים עכשיו בדיוק במשך זמן רב. הם כל הזמן אמרו לי שגם אני צריך לחשוב על לבוא לכאן, וברגע שהסתכלתי על מה שקורה, זה היה מאוד אטרקטיבי בהרבה מובנים", אמר ריצ'מונד. "אמרו לי שהתלמידים טובים מאוד, אז אני נרגש מזה. יש גם הרבה סגל צעיר פנטסטי ואני מתעניין בחבורה של פרויקטים שמתרחשים גם בבית הספר לרפואה. אני חושב שככל שאהיה כאן יותר זמן, כך אמצא יותר הזדמנויות לשיתופי פעולה חדשים”.