"Η Συμβολή της Επιστήμης των Υπολογιστών στη Ρομποτική και τη Βιοϊατρική", υποδοχή της κυρίας Λυδίας Καβράκη

Κατά τη διάρκεια δημόσιας συνεδρίας της ολομέλειας της Ακαδημίας Αθηνών, την Τρίτη, 11 Δεκεμβρίου 2018 και ώρα 7 μ.μ. θα πραγματοποιηθεί η υποδοχή του νέου Αντεπιστέλλοντος Mέλους της, κυρίας Λυδίας Καβράκη, Καθηγήτριας της επιστήμης των υπολογιστών και της εμβιομηχανικής του Πανεπιστημίου Rice.

Το νέο Μέλος θα προσφωνήσει ο Πρόεδρος της Ακαδημίας κ. Αντώνιος Κουνάδης και, στη συνέχεια, ο Ακαδημαϊκός κ. Αθανάσιος Φωκάς θα παρουσιάσει το επιστημονικό έργο της τιμώμενης Καθηγήτριας.

Η κυρία Καβράκη θα ομιλήσει με θέμα: «Η συμβολή της επιστήμης των υπολογιστών στη  ρομποτική  και  τη  βιοϊατρική».

Ακολουθεί Βιογραφικό Σημείωμα της κυρίας Λυδίας Καβράκη:

Η Δρ. Λυδία Ε. Καβράκη είναι καθηγήτρια στην έδρα Noah Harding, στα τμήματα Επιστήμης Υπολογιστών και Εμβιομηχανικής (Bioengineering) του Πανεπιστημίου Rice στο Χιούστον του Τέξας. Επίσης, διδάσκει και συνεργάζεται με το τμήμα Ηλεκτρολόγων και Μηχανικών Υπολογιστών και το τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του ίδιου Πανεπιστημίου. Είναι πρόεδρος του Κέντρου Keck, το οποίο αποτελεί τμήμα του Gulf Coast Consortia, ενός οργανισμού για τη δια-πανεπιστημιακή συνεργασία σε θέματα υγείας. Mε αυτή την ιδιότητα έχει την εποπτεία της συνεργατικής εκπαίδευσης και έρευνας στις εφαρμοσμένες επιστήμες υγείας ανάμεσα στο Πανεπιστήμιο του Rice και σε έξι ακόμη ιδρύματα στην περιοχή του Χιούστον. Η Δρ. Καβράκη τελείωσε τις προπτυχιακές της σπουδές στο Πανεπιστήμιο της Κρήτης το 1989, ενώ ολοκλήρωσε τις μεταπτυχιακές και διδακτορικές της σπουδές στο Πανεπιστήμιο Stanford των ΗΠΑ το 1992 και το 1995, αντίστοιχα. Διετέλεσε ερευνητική συνεργάτης στο Πανεπιστήμιο Stanford, πριν ενταχθεί στην ακαδημαϊκή κοινότητα του Rice το 1996.

Τα ερευνητικά ενδιαφέροντα της Δρ. Καβράκη εμπίπτουν στον τομέα της ρομποτικής όπως, επίσης, και της υπολογιστικής δομικής βιολογίας και της βιοπληροφορικής. Με τη δουλειά της έχει αναπτύξει μια ενοποιημένη θεωρία για την επίλυση προβλημάτων με δεδομένα υψηλών διαστάσεων, τα οποία απαντώνται στο φυσικό κόσμο, και η εργασία της έχει δώσει το έναυσμα για καθοριστικές τεχνολογικές εξελίξεις στην επιστήμη των υπολογιστών και στην βιοϊατρική.

Η Δρ. Καβράκη είναι μέλος της Εθνικής Ακαδημίας Ιατρικής των ΗΠΑ καθώς και της Ακαδημίας Ιατρικής, Μηχανικής και Επιστήμης του Τέξας. Είναι εταίρος του Association for Computing Machinery (ACM), του Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), του Association for the Advancement of Artificial Intelligence, του American Institute for Medical and Biological Engineering, του American Association for the Advancement of Science και του World Technology Network. Επίσης, διετέλεσε εταίρος του οργανισμού Sloan και διακεκριμένη ερευνήτρια του οργανισμού Whitaker, ενώ η επιστημονική προσφορά της έχει αναγνωριστεί και τιμηθεί με πολλαπλά βραβεία. Πιο συγκεκριμένα, έχει βραβευτεί με το Grace Murray Hopper Award από τον οργανισμό ACM, με το οποίο έχουν διακριθεί παγκοσμίως, από το 1971, 44 μόνο ερευνητές στον τομέα της Επιστήμης Υπολογιστών, μεταξύ των οποίων και ο Stephen Wozniak για την εφεύρεση του υπολογιστή της Apple και o Robert Metcalfe για την ανάπτυξη του Ethernet. Ο ίδιος οργανισμός ονόμασε την Δρ. Καβράκη ως την 2018 Athena Lecturer, μια τιμητική διάκριση που απονέμεται κάθε χρόνο σε μία μόνο ερευνήτρια της Επιστήμης των Υπολογιστών. Ακόμα, στη Δρ. Καβράκη έχουν απονεμηθεί το ΑΒΙΕ Technical Leadership Award του Ινστιτούτου Anita Borg, το βραβείο για “Εξέχουσες Γυναίκες του Τέξας στην Επιστήμη”, το IEEE Early Career Award in Robotics and Automation, το βραβείο Career από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστήμης (National Science Foundation - NSF) των ΗΠΑ, όπως και το Presidential Mentoring Award και το Charles Duncan Award for Outstanding Academic Achievement από το Πανεπιστήμιο του Rice. Έχει χαρακτηριστεί ως μία από τους “10 Λαμπρούς Επιστήμονες”, από το περιοδικό Popular Science και ως μία από τους “100 Κορυφαίους Νέους Ερευνητές στον Κόσμο”, από το περιοδικό Technology Review του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασαχουσέτης (ΜΙΤ).

Στον τομέα της ρομποτικής, η Δρ. Καβράκη εισήγαγε μια νέα γενιά αλγορίθμων για τον σχεδιασμό κίνησης ρομπότ, με χαρακτηριστικό παράδειγμα τον αλγόριθμο Probabilistic Roadmap Method (PRM). Η μέθοδος PRM βασίζεται στη δειγματοληψία του χώρου και συνδυάζει την τυχαιότητα, ως ένα μέσο εξερεύνησης χώρων υψηλής διάστασης, με τοπικές γεωμετρικές τεχνικές, οι οποίες προσδίδουν γνώση σχετική με το υπό-εξέταση ρομπότ. Η μέθοδος υπολογίζει μονοπάτια που μπορεί να ακολουθήσει ένα ρομπότ, για να εκτελέσει μια εργασία, αποφεύγοντας, παράλληλα, συγκρούσεις με το περίπλοκο περιβάλλον στο οποίο κινείται. Η αρχική, και σημείο αναφοράς, δημοσίευση της μεθόδου (στο περιοδικό “Transactions on Robotics and Automation” το 1996) έχει περισσότερες από 4.500 αναφορές. Με τον αλγόριθμο PRM αλλά και τη μετέπειτα δουλειά της, η Δρ. Καβράκη έχει εδραιώσει μία νέα ερευνητική κατεύθυνση για το σχεδιασμό κίνησης ρομπότ, η οποία είναι, πλέον, κυρίαρχη στον τομέα. Σήμερα, υπάρχουν θεματικές ενότητες σε κορυφαία συνέδρια ρομποτικής, εξ ολοκλήρου αφιερωμένες σε μεθόδους σχετικές με τη μέθοδο PRM. Η μεθοδολογία που έχει αναπτύξει, έχει υιοθετηθεί τόσο από τον ακαδημαϊκό χώρο όσο και από το χώρο της βιομηχανίας. Η Δρ. Καβράκη έχει αποδείξει πως οι αρχές στις οποίες βασίζεται η μέθοδος PRM, μπορούν να επεκταθούν από το χώρο των καθαρά γεωμετρικών προβλημάτων, σε προβλήματα που συμπεριλαμβάνουν κινηματικούς και δυναμικούς περιορισμούς, καθώς και περιορισμούς λόγω των φυσικών ιδιοτήτων και της υψηλής διάστασης των χώρων λύσεων. Έχει δουλέψει σε προβλήματα τα οποία κυμαίνονται από το σχεδιασμό κίνησης για μικρά επαναδιαμορφούμενα ρομπότ, μέχρι την πρόσδεση διαστημοπλοίων στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Αυτή την περίοδο, δουλεύει σε συνεργασία με την National Aeronautics and Space Administration (NASA) των ΗΠΑ πάνω στο σχεδιασμό κίνησης του ανθρωποειδούς ρομπότ της NASA, Robonaut 2. Το ρομπότ αυτό έχει 31 βασικούς βαθμούς ελευθερίας, κάτι το οποίο καθιστά το σχεδιασμό της κίνησής του ένα άκρως απαιτητικό πρόβλημα. Με τη δουλειά αυτή αναπτύσσει αλγορίθμους που ενσωματώνουν δειγματοληψία χώρου, μηχανική μάθηση και βελτιστοποίηση, με στόχο το Robonaut 2 να εξελιχθεί σε ρομπότ-βοηθό για διαστημικές αποστολές. Πέρα από το σχεδιασμό κίνησης, η Δρ. Καβράκη έχει δουλέψει πάνω στο θέμα του χειρισμού αντικειμένων, τόσο άκαμπτων όσο και εύκαμπτων, χρησιμοποιώντας αρθρωτούς ρομποτικούς βραχίονες, καθώς και πολύ μικρών αντικειμένων, χρησιμοποιώντας μικρο-ηλεκτρομηχανικές συσκευές. Έχει ακόμα ασχοληθεί με την αυτοματοποίηση της μεταποίησης και της συναρμολόγησης στη βιομηχανία και ηγείται της ομάδας του Rice που συμμετέχει στο νεοϊδρυθέν Ινστιτούτο Εξελιγμένης Ρομποτικής Βιομηχανίας, το οποίο πρόσφατα έλαβε χρηματοδότηση ύψους 250 εκ. δολαρίων από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ. Επιπλέον, έχει εργαστεί στο συνδυασμό του σχεδιασμού ρομποτικής κίνησης με τον προγραμματισμό διακριτών εργασιών, όπως αυτές έχουν αναπτυχθεί στον τομέα της Τεχνητής Νοημοσύνης, κάτι το οποίο οδηγεί στην εξαγωγή ρομποτικής κίνησης από υψηλού επιπέδου προδιαγραφές, ορισμένες σε τυπική γλώσσα. Τέλος, χρησιμοποιεί έλεγχο μοντέλων και μεθόδους επαλήθευσης, για να διασφαλιστεί η ασφάλεια και η αξιοπιστία των ρομποτικών συστημάτων, με απώτερο σκοπό τη δημιουργία συνεργατικών ρομπότ, ρομπότ, δηλαδή, που θα ενεργούν ως βοηθοί για επαναλαμβανόμενες, επικίνδυνες ή σωματικά απαιτητικές εργασίες.

Η έρευνα της Δρ. Καβράκη έχει αναπτύξει αλγορίθμους για αναζήτηση σε πολύπλοκους χώρους υψηλών διαστάσεων, θέμα το οποίο αποτελεί ένα από τα θεμελιώδη προβλήματα στην Επιστήμη Υπολογιστών. Η δουλειά της αυτή επιτυγχάνει μία πρωτότυπη σύζευξη μεταξύ της γεωμετρίας και της φυσικής των προβλημάτων, η οποία έχει αποδειχθεί κρίσιμης σημασίας στη βιολογία και στην ιατρική. Η Δρ. Καβράκη έχει μελετήσει προβλήματα τα οποία σχετίζονται με τον υπολογισμό των πιθανών τρισδιάστατων μορφών στις οποίες μπορεί να βρεθεί ένα βιομόριο και οι οποίες επηρεάζουν την αλληλεπίδρασή του με άλλα βιομόρια. Υπήρξε από τους πρώτους οι οποίοι πρότειναν την εφαρμογή μεθόδων από το πεδίο της ρομποτικής στην ανάλυση της χωροταξικής δομής των πρωτεϊνών για το σχεδιασμό φαρμάκων, εγκαινιάζοντας μια καινούργια κατεύθυνση έρευνας για την ανακάλυψη νέων θεραπευτικών ουσιών. Πιο συγκεκριμένα, έχει αναπτύξει μια μέθοδο η οποία παράγει υπολογιστικά ένα σύνολο χωροταξικών δομών που χαρακτηρίζουν μία πρωτεΐνη σε φυσιολογικές συνθήκες, εμπεριέχοντας δομές που προκύπτουν από κινήσεις της πρωτεΐνης σε διαφορετικούς χρονικούς ορίζοντες. Τέτοια σύνολα είναι βασικής σημασίας για την κατανόηση της λειτουργίας των πρωτεϊνών και μέχρι πρόσφατα ήταν διαθέσιμα μόνο μέσω πειραματικών μεθόδων. Έχει, επίσης, εργαστεί στο θέμα της αναγνώρισης υπο-περιοχών μορίων, οι οποίες αλληλεπιδρούν με το ίδιο έτερο μόριο, κάτι το οποίο οδηγεί στον ορισμό τρισδιάστατων λειτουργικών μοτίβων στις πρωτεΐνες. Η δουλειά της αυτή χρησιμοποιείται για τη λειτουργική επισήμανση πρωτεϊνών και συμπεριλαμβάνεται στη λίστα “Faculty of 1000 Biology”, μία λίστα από προτεινόμενες δημοσιεύσεις οι οποίες έχουν επιλεγεί από κορυφαίους βιοεπιστήμονες. Η Δρ. Καβράκη μελετά την ευκαμψία πολύ μεγάλων βιομορίων, εισάγοντας καινοτόμες μεθόδους αναζήτησης, μείωση διαστασιμότητας, στατιστική ανάλυση και επεξεργασία υπολογιστικά απαιτητικών δεδομένων. Οι τεχνικές της έχουν εφαρμοστεί στη μελέτη του συστήματος του συμπληρώματος, το οποίο αποτελεί παράγοντα κλειδί για την έμφυτη ανοσία και είναι στόχος πολλών φαρμάκων. Επίσης έχουν χρησιμοποιηθεί, στη μελέτη ιών, όπου η Δρ. Καβράκη μοντελοποιεί την περίπλοκη διαδικασία μετατροπής των προ-καψιδίων σε λοιμογόνους παράγοντες. Αυτή την περίοδο αναπτύσσει υπολογιστικές μεθόδους για τη μελέτη της πρόσδεσης μεταξύ πεπτιδίων και υποδοχέων αντιγόνων ανθρώπινων λευκοκυττάρων, με απώτερο στόχο τη μείωση των τοξικών παρενεργειών κατά την θεραπεία του καρκίνου με ανοσοθεραπευτικές μεθόδους. Η Δρ. Καβράκη συνεργάζεται με το αντικαρκινικό κέντρο M.D. Anderson στο Χιούστον, προκειμένου να μεταφερθούν τα ευρήματα της έρευνας σε κλινικές μελέτες για τη βελτίωση της ανθρώπινης υγείας.

Η ερευνητική της δουλειά έχει υιοθετηθεί ευρέως από την ακαδημαϊκή κοινότητα και έχει βρει πρακτικές εφαρμογές. Η Δρ. Καβράκη υλοποίησε τους αλγορίθμους, που έχει προτείνει για το σχεδιασμό κίνησης ρομπότ με βάση τη δειγματοληψία του χώρου, σε μία ανοιχτού κώδικα βιβλιοθήκη, την Open source Motion Planning Library (OMPL). Η βιβλιοθήκη αυτή χρησιμοποιείται σε 65 διαφορετικά ρομποτικά συστήματα και έχει περισσότερους από 43,000 εγγεγραμμένους χρήστες. Αποτελεί τμήμα ενός ρομποτικού λειτουργικού συστήματος με την ονομασία ROS (Robot Operating System) καθώς και της βιομηχανικής έκδοσης του ROS. Η OMPL βιβλιοθήκη έχει βραβευτεί στον παγκόσμιο διαγωνισμό για λογισμικό ανοικτού κώδικα το 2012 (World Open Source Software Challenge Grand Prize). Οι αλγόριθμοι σχεδιασμού κίνησης ρομπότ που έχει αναπτύξει αποτελούν, πλέον, τμήμα της διδακτέας ύλης σε μαθήματα ρομποτικής. Επιπρόσθετα, ερευνητές από το αντικαρκινικό κέντρο M.D. Anderson καθώς και την ιατρική σχολή του Baylor College έχουν χρησιμοποιήσει τις μεθόδους μελέτης πρόσδεσης μορίων για την ανάπτυξη πεπτιδομιμητικών φαρμάκων κατά του άσθματος. Η Δρ. Καβράκη έχει προσκληθεί να παρουσιάσει τη δουλειά της σε κορυφαία συνέδρια καθώς και στο συμπόσιο “Frontiers of Engineering” της Εθνικής Ακαδημίας Μηχανικής των ΗΠΑ και στις “Διακεκριμένες Διαλέξεις” του Εθνικού Ιδρύματος Επιστήμης των ΗΠΑ. Μέχρι στιγμής, έχει δώσει πάνω από 210 προσκεκλημένες ομιλίες.

Η Δρ. Καβράκη έχει γράψει περισσότερα από 230 άρθρα σε επιστημονικά περιοδικά και πρακτικά συνεδρίων. Επίσης, είναι συγγραφέας ενός βιβλίου-ορόσημο στον τομέα της ρομποτικής, με τίτλο “Αρχές της Ρομποτικής Κίνησης” (Principles of Robot Motion), το οποίο έχει εκδοθεί από τις εκδόσεις του MIT. Αυτή τη στιγμή οι δημοσιεύσεις της μετρούν πάνω από 24.000 αναφορές, με αποτέλεσμα να κατέχει h-index 67. Η δουλειά της έχει υποστηριχθεί με περισσότερα από 15 εκ. δολάρια από ερευνητικές χρηματοδοτήσεις. Επιπλέον, έχει λάβει 3.6 εκ. δολάρια σε εκπαιδευτικές χορηγήσεις. Η Δρ. Καβράκη έχει δουλέψει με 17 μεταδιδακτορικούς ερευνητές, 20 διδακτορικούς φοιτητές, 34 μεταπτυχιακούς καθώς και ένα μεγάλο αριθμό προπτυχιακών φοιτητών. Από τους μαθητές της, έντεκα κατέχουν ακαδημαϊκές θέσεις. Η συνεισφορά της Δρ. Καβράκη στην ακαδημαϊκή κοινότητα είναι πολύπλευρη. Είναι ιδρυτικό στέλεχος του κορυφαίου συνεδρίου ρομποτικής “Robotics: Science and Systems” και κατέχει πολλαπλές ηγετικές θέσεις, μεταξύ των οποίων και η θέση της ως εκλεγμένο μέλος του σώματος που προεδρεύει την κοινότητα του IEEE Robotics and Autοmation Society. Η Δρ. Καβράκη έχει διατελέσει πρόεδρος σε κορυφαία συνέδρια και συμμετέχει σε εξωτερικές συμβουλευτικές επιτροπές σε αρκετά πανεπιστήμια και οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένου του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων στην Ελλάδα. Είναι μέλος της συντακτικής επιτροπής σε οκτώ διεθνή περιοδικά και στη σειρά βιβλίων Springer Star, στον τομέα της ρομποτικής. Διευθύνει ένα από τα δεκατέσσερα εκπαιδευτικά προγράμματα της Εθνικής Βιβλιοθήκης Ιατρικής των ΗΠΑ στη βιοπληροφορική. Συνεισφέροντας στη διεθνή συζήτηση πάνω στα οφέλη και τους κινδύνους της τεχνολογίας, η Δρ. Καβράκη ηγήθηκε της οργάνωσης του συνεδρίου “Άνθρωποι, μηχανές και το μέλλον της εργασίας” το 2016. Συμμετέχει στην ίδρυση ενός νέου Ινστιτούτου στο Rice με την ονομασία “Τεχνολογία, Κοινωνία και Πολιτισμός.”