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Como participantes en el programa Ingenieros para la Exploración (E4E) de la Universidad de California en San Diego este verano, Josie Domínguez, Jordan Reichhardt y Emily Thorpe están trabajando como parte de un equipo para descubrir cómo crear la próxima generación de tecnología "Smartfin". , un sensor montado en una tabla de surf que recopila y carga información para rastrear la salud de nuestros océanos.

Los estudiantes están entusiasmados con la oportunidad. "Lo más importante que estoy obteniendo de esto es experiencia práctica con sistemas integrados y diseño de placas de circuito impreso", dijo Domínguez, estudiante de pregrado en UC Santa Cruz que ahora está considerando realizar un posgrado en ingeniería biomédica debido a su pasantía en E4E. "Estas habilidades generalmente no se enseñan en la escuela, aunque son muy importantes para una carrera en hardware".

El programa E4E reúne a estudiantes como estos con proyectos de investigación del mundo real de científicos cercanos y lejanos.

Ryan Kastner, profesor de Ciencias de la Computación e Ingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego, señaló que el programa ha beneficiado tanto a estudiantes como a investigadores desde que él y el científico investigador del Instituto Qualcomm (QI), Albert Lin, lo fundaron por primera vez en 2010. El primer proyecto involucró a estudiantes universitarios en la búsqueda de Lin, financiada por National Geographic, para encontrar la tumba de Genghis Khan. El programa despegó a partir de ahí.

“Creo que los estudiantes sacan mucho provecho de esto”, dijo Kastner. "Estos son sistemas reales con usuarios que están realmente interesados ​​en utilizarlos, desarrollar tecnologías y obtener datos publicables para comprender mejor sus problemas científicos".

"Los problemas del mundo real dan una profundidad adicional a los desafíos de ingeniería", agregó Curt Schurgers, miembro de la facultad de Ingeniería Eléctrica e Informática y afiliado de QI que codirige el programa con Kastner. “A diferencia de las tareas, los estudiantes están expuestos a problemas que pueden tener o no solución. Los estudiantes tienen la oportunidad de contribuir a causas que les apasionan, por ejemplo, salvar un animal en peligro de extinción o monitorear un ecosistema. No es necesario convencerlos de que esto es importante; eso está integrado”.

Reichhardt, pasante de E4E y que asiste a la Universidad Estatal Politécnica de California en San Luis Obispo, estuvo de acuerdo. Al trabajar en Smartfin, desarrollado a partir de una asociación entre la Fundación Surfrider y el Instituto de Oceanografía Scripps de UC San Diego (dirigido por el ex alumno Philip Bresnahan, ahora miembro de la facultad de la Universidad de Carolina del Norte en Wilmington), Reichhardt y sus compañeros de equipo están ayudando a recopilar datos cruciales. cerca de la costa en lo que se conoce como la zona de surf, donde el fondo marino es demasiado poco profundo y las condiciones demasiado difíciles para otros métodos de recopilación de datos, como las boyas en alta mar.

"Este verano, voy a ampliar mi pasión por el ambientalismo, al mismo tiempo que desarrollo habilidades críticas en ingeniería eléctrica", dijo Reichardt.

Si bien Engineers for Exploration se ejecuta durante todo el año, con 50 o 60 estudiantes de pregrado y maestría de UC San Diego trabajando a tiempo parcial durante el año académico, el verano es un momento crítico en el ciclo de vida del programa.

"En verano, los becarios trabajan a tiempo completo, 40 horas a la semana", afirma Kastner. “Los veranos son cuando todo se junta. Es un buen momento, un momento divertido para nosotros, porque están sucediendo muchas cosas y se ha progresado mucho”.

Debido a que muchos de los pasantes de verano comparten espacio en el dormitorio y trabajan juntos en proyectos, Schurgers señala que existe un sentido de solidaridad entre los pasantes de verano. "Hay una sensación de cohorte", dijo.

Una subvención de Experiencias de Investigación para estudiantes universitarios de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF), que se renovó recientemente por undécimo año, es una piedra angular de la financiación de verano y apoya a 10 de los 18 a 20 pasantes de verano con un salario, alojamiento y un presupuesto de viaje. Otros fondos para E4E provienen de fuentes de UC San Diego, incluidos QI y la Escuela Jacobs (tanto los departamentos de Ingeniería y Ciencias de la Computación como de Ingeniería Eléctrica e Informática), así como patrocinadores de la industria como Northrop Grumman, National Instruments y MathWorks.

Cientos de solicitudes llegan de todo el país para las pasantías de verano apoyadas por la NSF. Según las prioridades de la subvención, muchas de las plazas se destinan a estudiantes de instituciones con oportunidades más limitadas para realizar investigaciones que la UC San Diego, una universidad de investigación de primer nivel.

Thorpe, una pasante que asiste al Macalester College en Minnesota, valora la forma en que el programa ha ampliado sus horizontes en el trabajo interdisciplinario y en campos que no ofrece su pequeña institución de artes liberales: “Realmente disfruto el trabajo en equipo en un proyecto que reúne ingeniería eléctrica, ingeniería mecánica e informática”, dijo sobre su trabajo en Smartfin, y agregó que ahora está pensando en realizar una maestría en robótica y un doctorado. en Ingeniería.

Los líderes de proyectos estudiantiles de UC San Diego, quienes a menudo han estado inmersos en una línea particular de investigación durante años, brindan continuidad entre el año académico y la sesión de verano.

"Esos líderes del proyecto se han graduado para gestionar el proyecto, gestionar a otros estudiantes universitarios e interactuar con nuestros colaboradores, junto con Curt y yo", dijo Kastner. “Los líderes del proyecto son los que realmente impulsan el progreso. Y obtienen grandes habilidades en términos de cómo gestionar personas y cómo gestionar proyectos”.

Los colaboradores científicos del programa llegan a Engineers for Exploration de boca en boca con problemas críticos de tecnología de investigación que deben resolverse.

"Normalmente tenemos entre ocho y diez proyectos diferentes en marcha", dijo Kastner. “Casi todos los proyectos giran en torno a algún tipo de detección remota: la construcción de algún tipo de plataforma de detección con el objetivo de implementar esa plataforma para recopilar datos. Trabajamos mucho con San Diego Zoo Wildlife Alliance, que tiene un laboratorio de investigación de conservación cerca del Safari Park. Debido a que seguimos iterando los sistemas con retroalimentación del campo, muchos de estos proyectos han estado en marcha durante cinco o incluso diez años. Un proyecto exitoso ayuda a nuestros colaboradores y mejora sus vidas”.

Un proyecto actual con San Diego Zoo Wildlife Alliance es el esfuerzo de Identificación Acústica de Especies, que busca comprender y monitorear el ecosistema de la selva tropical en el norte de Perú a través de su paisaje sonoro. El equipo de investigación del zoológico utilizó docenas de pequeñas grabadoras para recolectar muestras de audio de toda la región. Ahora los estudiantes de E4E están aprovechando el aprendizaje automático y el procesamiento de señales digitales para ayudar a decodificar los terabytes de datos, desentrañando, visualizando y enumerando los sonidos de diferentes aves, mamíferos y otras criaturas, así como voces, disparos y motores acelerados que indican la presencia de humanos.

La mayor parte de los demás colaboradores provienen de toda UC San Diego. En un proyecto importante, llamado FishSense, E4E une fuerzas con el profesor asociado del Instituto Scripps de Oceanografía, Brice Semmens, y la Fundación de Educación Ambiental de Arrecifes para comprender las poblaciones de peces. En ese proyecto, los estudiantes de E4E están construyendo cámaras submarinas que pueden utilizar los buceadores (tanto científicos profesionales como científicos ciudadanos) para registrar encuentros con peces. Kastner explica que en última instancia esperan desarrollar una cámara submarina que, a través de fotografías o videos, pueda detectar automáticamente un pez, su especie, su tamaño, su masa y cualquier marca individual distintiva, todo a bajo costo y con tecnología fácil de usar.

Otros proyectos en curso de E4E incluyen Mangrove Monitoring, que trabaja con el profesor de oceanografía de Scripps, Octavio Aburto Oropeza, para monitorear paisajes en Baja México con estudios aéreos y reconstrucción 3D; Baboons on the Move, que se une a la antropóloga biológica Shirley C. Strum, profesora emérita y miembro fundador del cuerpo docente del Departamento de Antropología de UC San Diego, y al profesor asociado de Ciencias Cognitivas Federico Rossano, para rastrear el movimiento de las tropas de babuinos en las llanuras del Meseta de Laikipia en Kenia; y Radio Collar Tracker, que apoya a San Diego Zoo Wildlife Alliance al ofrecer una solución de bajo costo para rastrear collares de radio para vida silvestre desde el aire.

E4E cuenta con más de dos docenas de publicaciones académicas de estos proyectos.

Los proyectos de investigación de E4E se superponen con los intereses profesionales de Kastner en aceleración de hardware, seguridad de hardware y sistemas integrados y ciberfísicos. En su sitio web, Kastner describe el objetivo general de su laboratorio como “diseñar, construir y crear prototipos de sistemas informáticos que sean seguros, protegidos, de alto rendimiento, económicos y de bajo consumo. Si esto parece difícil, lo es, y estos desafíos impulsan nuestra investigación”.

Las actividades de E4E se han extendido al laboratorio de Kastner en buena medida. "[E4E] informa mi investigación mostrándome problemas realmente importantes en los que nadie ha estado pensando", dijo. “Debido a que estamos construyendo estos sistemas, descubrimos problemas subestimados que son desafiantes e importantes. Así que ha sido una forma de impulsar algunas de mis investigaciones más teóricas”.

Schurgers, que se centra en la enseñanza y la divulgación, también ha aprovechado E4E en su trabajo con el programa preuniversitario COSMOS para estudiantes de secundaria. "Nuestros estudiantes de Ingenieros para Exploración se presentan ante nuestros estudiantes de secundaria COSMOS para compartir el tipo de proyectos interesantes en los que pueden trabajar como estudiantes universitarios en campos STEM", dijo, señalando que las presentaciones también ofrecen un lugar para que los estudiantes de E4E practiquen sus habilidades de comunicación. aprenden en los seminarios E4E.

Para los propios estudiantes de E4E, la experiencia puede generar dividendos durante muchos años.

La trayectoria de Nathan Hui, por ejemplo, ha sido moldeada por E4E durante casi una década. Como estudiante de ingeniería eléctrica en UC San Diego, encontró que E4E era más relevante para problemas reales que las competencias de aviones autónomos que había probado. Después de trabajar en monitoreo aéreo con cámaras montadas en globos de helio para San Dieguito River Valley Conservancy, aceleró cuando se unió al proyecto Radio Collar Tracking, dedicándose al procesamiento de señales y la integración de drones, incluido el trabajo de campo.

“[En un viaje a la República Dominicana], de hecho volamos el dron rastreando a las crías de iguanas mientras dejaban sus nidos y se dispersaban”, dijo. “Ese año hice dos viajes a República Dominicana. Y durante todo ese tiempo, intentamos constantemente probar y mejorar el dron mientras estábamos en Estados Unidos. Lo que pasa con el trabajo de campo es que pudimos ver las luchas reales que enfrentamos, cómo funciona y no funciona el sistema en esas condiciones del mundo real”.

Además de las valiosas habilidades técnicas, el nombramiento de Hui como líder del proyecto estudiantil generó un crecimiento en el lado de la gestión y la tutoría.

"Un aspecto del liderazgo de proyectos es descubrir cómo utilizar mejor las habilidades de cada estudiante", dijo. “En E4E, no nos centramos en una única disciplina de ingeniería. Es muy interdisciplinario y se centra en la construcción de sistemas y la ingeniería de sistemas, por lo que los estudiantes tienen que adaptarse. Puede ser un desafío cuando tienen dificultades y debemos descubrir qué podemos hacer para ponerlos al día de manera eficiente. Y es fantástico ver cuando los estudiantes prosperan absolutamente”.

Hui obtuvo una maestría en ingeniería eléctrica en UC San Diego basada en su trabajo en E4E y consiguió un trabajo en Teledyne RD Instruments en Poway, donde trabajó durante varios años.

Sin embargo, Hui continuó ayudando en el programa E4E, y cuando surgió la oportunidad de regresar a UC San Diego como ingeniero (mitad a tiempo en E4E y mitad a tiempo en la Iniciativa de Ingeniería del Patrimonio Cultural en QI), Hui aprovechó la oportunidad.

Ahora, como miembro del personal de E4E, Hui trabaja con Kastner y Schurgers para apoyar el programa, sus estudiantes y sus colaboradores científicos. Está lleno de ideas sobre nuevas formas en que el equipo podría iterar sus propios procesos, como nuevas formas de abordar la gestión de datos y la documentación. También está nuevamente inmerso en la tutoría de estudiantes, descubriendo cómo cada estudiante puede aprovechar al máximo lo que E4E tiene para ofrecer.

Los estudiantes pueden sentir el compromiso con su crecimiento y la atmósfera de cooperación que está integrada en Ingenieros para la Exploración.

“Realmente estoy disfrutando no sólo de las habilidades técnicas que estoy aprendiendo y desarrollando”, dijo la pasante Domínguez al reflexionar sobre su experiencia de verano, “sino, más importante aún, de la gente en el programa. ¡Todos en E4E se apoyan increíblemente unos a otros! Para obtener más información sobre E4E, visite el sitio web del programa.

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