機械学習とワイヤレス: デューク大学の次期教授は新興テクノロジーをターゲットにする

2021年12月6日

Christ Richmond は、2022 年 1 月 1 日からデューク大学の電気・コンピュータ工学部の教員に加わります。レーダーや通信などの無線アプリケーションを改善するための新しい技術とアルゴリズムの設計とテストに数十年の経験を持つリッチモンドは、長年の同僚に加わります。デュークは、機械学習などの新しい技術を現場に適用しています。

リッチモンドは、メリーランド大学カレッジパーク校で電気工学の学士号を取得し、ボウイ州立大学で数学の学士号を取得した後、マサチューセッツ工科大学で修士課程および博士課程を修了しました。リッチモンドは、2017 年にアリゾナ州立大学の教員に就任するまで、20 年以上にわたって MIT リンカーン研究所の先端センサー技術グループの上級スタッフとして働いていました。

リッチモンドは、彼のすべての仕事を通じて、現代テクノロジーが電磁波と音波を使ってできることの限界を押し広げてきました。ほとんどの人は、私たちが見ることができる電磁波 (可視光線) のスペクトルに精通していますが、他の周波数も、ラジオ、レーダー、WiFi、Bluetooth、衛星通信、携帯電話、5G デバイスなど、さまざまな目的に使用されています。。プレイするには混雑した空間のように聞こえるかもしれませんが、それは実際にそうなからです。

「電磁スペクトルを駐車場、これらの各周波数帯域を駐車スペースと考えてください」とリッチモンド氏は言います。「不動産と同じように、特定の場所が他の場所よりも魅力的であり、誰もが良い場所を望んでいます。」

誰がどのスペースを取得するかを決定する機関は、連邦通信委員会 (FCC) です。リッチモンド氏によると、FCCは歴史的に、大気観測などの重要な目的を持つ軍や民間組織に最適な場所を確保してきたという。しかし数十年前、これらの貴重な周波数の大部分が、研究者がより少ない電磁不動産でより多くのことを行う方法を発見できるという約束で民間企業に売却されました。

今日に遡ると、リッチモンドは現在もその橋を建設している研究者の一人です。同僚と一緒にロバート・カルダーバンク、チャールズ S. シドナーコンピューターサイエンス特別教授、デューク大学情報イニシアチブディレクター、ヴァヒド・タロックローズ家の電気・コンピュータ工学教授であるリッチモンド氏は、スペクトルのユーザーが同じ周波数帯域を共有できるようにする、あるいはおそらく同じ帯域内で同時に共存できるようにする提案に取り組んでいます（車や駐車スペースの言葉で言えば、これらは車は駐車スペースを共有するか、場合によっては互いに重ねて駐車することもあります）。

「これらすべての信号を、互いに踏み合わずに、調和のとれた方法で一緒に踊る方法を見つける必要がある」とリッチモンド氏は言う。「これには、レーダーがコンピューターとアルゴリズムを通じて衛星信号と通信する必要があります。しかし、もし私たちが互いの延長として彼らを協力させることができれば、両者を個人としてよりもチームとしてより良く機能させることができるかもしれません。」

リッチモンドのもう 1 つの主な研究分野は、同じく Calderbank および Tarokh との共同研究であり、進化する機械学習技術を無線通信に適用することに関係しています。トリオはすでにスタートを切っている。 2020年10月、チームは空軍から5年間の$500万の助成金を獲得し、空軍の要件に対応できるほど高速かつ信頼性の高いAI情報通信およびネットワーキングプロトコルを開発した。

この分野での彼らの取り組みを説明するために、リッチモンド氏は、今日の無線通信アルゴリズムはすべて、波がどのように振る舞うべきかのモデルに基づいていると考えてくださいと述べています。信号が強く、想定されたモデルが成立する限り、このテクノロジーは受信データを解読できます。しかし、時間と空間の経過による干渉や劣化により、到来する波が期待どおりに見えなくなると、モデルは故障し、信号が失われます。

「私たちはモデルに基づいたアルゴリズムの開発から離れ、代わりに AI に基づいています」とリッチモンド氏は言います。「この種のアプローチは、モデルではなくデータに依存します。したがって、理想的ではないさまざまなシナリオからの十分なデータを使用してトレーニングしている限り、環境の変化に適応できます。ポテンシャルは本当に素晴らしいです。」

デューク大学の強力な協力者と数百万ドル規模のセンターがすでに準備中であることから、リッチモンドが学部に加わるかどうかではなく、いつ加わるかだけが問題だったのかもしれない。いずれにせよ、リッチモンド氏は、この動きによってさまざまな分野でチャンスが生まれることに興奮していると述べています。

「私はデューク大学で多くの人々と長い間連絡を取り合ってきました。彼らは私に、私もここに来ることを考えるべきだと言い続けましたが、実際に何が起こっているかを見てみると、それは多くの点で非常に魅力的でした」とリッチモンドは語った。「生徒たちはとても優秀だと聞いていたので、とても楽しみにしています。素晴らしい若い教員もたくさんいるので、医学部で行われている多くのプロジェクトにも興味があります。ここに長くいればいるほど、新たなコラボレーションの機会が増えると思います。」