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Apr 26, 2023

El nuevo globo de la NASA

La NASA está utilizando una técnica impulsada por IA llamada "diseño generativo" para

La NASA está utilizando una técnica impulsada por IA llamada "diseño generativo" para acelerar drásticamente el proceso de diseño de hardware para las próximas misiones, y una de las primeras misiones diseñadas por IA utilizará un globo enorme para elevar un telescopio a la estratosfera.

La necesidad:El peso es una de las consideraciones más importantes cuando los ingenieros de la NASA están diseñando piezas para una nueva nave espacial: cuanto más pesado sea el objeto final, más combustible se necesitará para lanzarlo y más costosa será la misión.

Sin embargo, los ingenieros no pueden sacrificar la fuerza en nombre de mantener el peso bajo: si una pieza se rompe una vez que está en el espacio, reemplazarla o repararla generalmente no es una opción.

El reto:Diseñar hardware que sea lo más liviano posible pero que aún sea capaz de soportar el entorno espacial de alto estrés es un proceso largo y tedioso en la NASA.

Tradicionalmente, cuando comienza a desarrollar un nuevo instrumento, los ingenieros reciben un conjunto de requisitos para cada parte, hasta los soportes y montajes de instrumentos más pequeños. Luego pensarán en el aspecto que podría tener una pieza y crearán un modelo de ella utilizando un software de diseño.

"Diseñaremos cosas literalmente durante años antes de construir algo para probar".

Después de eso, discutirán el diseño con un analista de estrés, lo refinarán si es necesario y luego lo enviarán a un maquinista, quien realmente construirá la pieza, posiblemente después de dar sus propios comentarios sobre el diseño.

"En la medida en que esas personas se están dando retroalimentación, mejora, pero esos ciclos de retroalimentación son muy, muy lentos porque la gente se va de vacaciones, la gente se capacita", dijo el ingeniero de investigación de la NASA, Ryan McClelland, al podcast Small Steps, Giant Leaps.

"Muchas veces en el mundo de la NASA, diseñamos cosas literalmente durante años antes de construir algo para probar", agregó.

"Una IA presenta un montón de opciones diferentes para el aspecto que podría tener ese diseño".

Diseño generativo: Durante la pandemia, McClelland comenzó a explorar la idea de usar IA para acelerar este proceso. Encontró un enfoque llamado "diseño generativo", con algún software comercial creado en torno al concepto, que puede trabajar hacia atrás desde los requisitos hasta un diseño.

"Empiezas con los requisitos para tu estructura, lo que tiene que soportar, qué tipo de carga tiene que ver... y luego una IA presenta un montón de opciones diferentes para el aspecto que podría tener ese diseño y, de hecho, desarrolla un diseño óptimo". estructura", explicó McClelland.

"A medida que desarrolla una estructura óptima, tiene en cuenta cómo se fabricará", continuó. "Se asegura de que si va a mecanizarlo, se puede mecanizar con las herramientas que tiene a mano".

"Las estructuras tienden a funcionar mucho mejor... en algún lugar del orden de tres veces mejor".

El impacto:McClelland llama a las piezas creadas usando diseño generativo "estructuras evolucionadas" y dice que la técnica está ayudando a los ingenieros de la NASA a diseñar mejor hardware, más rápidamente.

"Es mucho más rápido llegar a la estructura, aproximadamente 10 veces más rápido, y luego las estructuras tienden a funcionar mucho mejor, por lo que tienen un rendimiento del orden de tres veces mejor", dijo a Small Steps.

"Y cuando me refiero al rendimiento, me refiero realmente a la relación entre rigidez y peso", continuó, "por lo que son muy rígidos y muy livianos, y también son un poco más fuertes que las estructuras diseñadas por humanos".

Diseños "alienígenas":Los diseños también pueden tener un aspecto un poco más extraño que las estructuras diseñadas por humanos: McClelland describe algunas de las partes como si fueran los huesos de una especie alienígena, lo que se ha sumado al desafío de lograr que algunas personas en la NASA acepten el diseño generativo. .

"Existe una especie de miedo a lo desconocido, de probar algo que no ha sido probado... Creo que esa es una de las barreras, solo que se ven extraños", dijo McClelland.

Pero la NASA está viendo rápidamente que los beneficios del diseño generativo superan cualquier reacción instintiva a la apariencia de las creaciones de la IA.

Según McClelland, la agencia espacial está incorporando estructuras evolucionadas en varias misiones próximas, incluida Dragonfly, una misión a Titán programada para lanzarse en 2027, y la misión Mars Sample Return propuesta para recuperar muestras del Planeta Rojo.

El diseño generativo también se utilizó para desarrollar partes del EXoplanet Climate Infrared TElescope (EXCITE): en 2024, un globo del tamaño de un estadio de fútbol elevará el telescopio del tamaño de un SUV 25 millas sobre la superficie de la Tierra para que pueda obtener imágenes de "Júpiteres calientes". ."

"Tenemos un par de áreas con requisitos de diseño muy complicados", dijo Peter Nagler, líder de la misión EXCITE. "Hubo combinaciones de interfaces específicas y especificaciones de carga exigentes que demostraron ser un desafío para nuestros diseñadores".

"Me imagino que en toda la NASA... hay miles de este tipo de estructuras en las que se está trabajando que son únicas".

El panorama:El diseño generativo no va a reemplazar a los ingenieros de la NASA: la IA ocasionalmente sugiere que las piezas que un ingeniero puede ver de inmediato serían demasiado delgadas, según McClelland, y el software tampoco puede diseñar estructuras de varias partes.

Sin embargo, él ve que la técnica tiene un papel cada vez más importante en la NASA, donde casi todos los diseños son personalizados.

"Me imagino que en toda la NASA, hay, en cualquier momento, miles de este tipo de estructuras en las que se está trabajando que son únicas... Creo que estas tecnologías realmente se adaptan de manera única al trabajo que hacemos en la NASA, y creo que es tan poderoso", dijo.

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