NASA se poohlíží po tvarech od umělé inteligence

Jako kosti mimozemšťanů mohou pro někoho vypadat součástky kosmického hardwaru navržené umělou inteligencí. Při jejich návrhu však byl vzhled vedlejší – hlavní je, že váží méně, snáší větší zatížení a jejich vývoj trvá ve srovnání s částmi, které navrhují lidé, jen zlomek času. „Vypadají tak nějak divně a mimozemsky,“ říká s nadsázkou vývojový inženýr Ryan McClelland a dodává: „Ovšem jakmile je uvidíte v akci, tak všechno začne dávat smysl.“ Právě McClelland vyšlapal cestu k návrhů specializovaných a jedinečných dílů s využitím komerčně dostupných programů s umělou inteligencí. Na Goddardově středisku v marylandském Greenbeltu tak začal vznikat hardware, který sám McClelland označuje jako vyvinuté struktury (evolved structures).

K vytvoření těchto částí je zapotřebí, aby odborník na počítačem asistovaný design (CAD – computer-assisted design) začal vytvořením požadavků mise a nakreslil na povrch místa, kde se daný díl dotýká přístroje či sondy samotné. Stejně tak musí definovat parametry a umístění všech šroubů, ale i rozhraní pro elektroniku a další hardware. Odborník také může zakázat generování konstrukce v určité oblasti, aby algoritmus například nevytvořil díl, který by blokoval dráhu laseru či výhled optického senzoru. A nakonec (u komplexních součástek) je potřeba zohlednit i prostor, který zaberou ruce technika, který bude daný díl usazovat na správné místo.

Jakmile jsou všechny tyto limity definovány, začne umělá inteligence „propojovat jednotlivé body,“ jak říká McClelland a během sotva dvou hodin vytvoří komplexní návrh dané struktury. „Algoritmy potřebují dohled člověka,“ říká McClelland a dodává: „Lidská intuice podvědomě tuší, co vypadá správně, ale když se algoritmus nechá napospas sám sobě, může někdy vytvořit příliš řídké struktury.“ Tyto vyvinuté struktury mohou ušetřit až dvě třetiny hmotnosti ve srovnání s tradičními díly a jejich výrobu mohou zajistit komerční firmy. „Můžete provést návrh, analýzu a výrobu prototypu, který si můžete vzít do ruky během ani ne jednoho týdne,“ zdůrazňuje McClelland a dodává: „Může to být výrazně rychlejší než to, na co jsme v oboru zvyklí.“

Díly jsou také analyzovány ověřovacím softwarem a procesy, které splňují standardy NASA a jejichž úkolem je identifikovat potenciální problémy. „Zjistili jsme, že tato metoda ve skutečnosti snižuje riziko. Po těchto analýzách zatížení jsme zjistili, že díly vytvořené těmito algoritmy nemají místa s koncentrací namáhání, která se objevují v návrzích od lidí. Faktory namáhání jsou téměř desetkrát nižší než u dílů, které navrhují lidé-experti,“ připomíná McClelland. Není divu, že jeho vyvinuté díly byly zapracovány do misí NASA v různých fázích designové či výrobní fáze, ale i na astrofyzikálních balónových observatořích, snímačích zemské atmosféry, detektorech kosmického počasí, kosmických teleskopech a dokonce i v programu Mars Sample Return.

Fyzik Peter Nagler z Goddardova střediska se na vyvinuté struktury obrátil kvůli vývoji mise EXCITE (EXoplanet Climate Infrared TElescope). Jde o teleskop na balónu, jehož úkolem má být studium exoplanet, takzvaných horkých Jupiterů. Celý projekt je zatím ve fázi stavby a testů. V rámci programu EXCITE by měl být použit spektrograf pracující v blízké infračervené oblasti, který by prováděl nepřetržitá pozorování oběžné dráhy každé exoplanety. „Máme hned několik oblastí s velmi náročnými požadavky na design,“ přiznává Nagler a dodává: „Pro naše konstruktéry byly výzvou především kombinace specifických rozhraní a náročných specifikací zatížení.“

McClelland navrhl titanovou opěrnou konstrukci pro zadní část teleskopu EXCITE, kde se infračervený přijímač usazen v hliníkové kryokomoře připojuje k desce z uhlíkového kompozitu, která nese primární zrcadlo. „Tyto materiály mají velmi odlišné vlastnosti z hlediska tepelné roztažnost,“ říká Nagler a dodává: „Potřebujeme mít mezi nimi rozhraní, které nebude žádný materiál namáhat.“ Jak uvádí NASA, k vynesení mise EXCITE o velikosti automobilu SUV by měl být použit osvědčený design NASA Super-Pressure Balloon. Inženýrské testovací lety by mohly začít už letos na podzim.

Design dílů s využitím umělé inteligence je obor, který stále roste a objevují se už nejen jednotlivé díly, ale i celé konstrukce automobilů či motocyklů, které vytvořily počítače. Podle McClelland je to pro NASA obzvláště výhodné: „Pokud jste firma, která se zabývá výrobou motocyklů nebo automobilů, tak může existovat pouze jedna konstrukce podvozku, kterou budete vyrábět ve velkém. Tady v NASA vyrábíme tisíce dílů na míru každý rok.“ Metody 3D tisku z pryskyřic či kovů otevírají designu s využitím umělé inteligence novou budoucnost. Jak uvedl McClelland, bude možné vyrábět větší díly (například strukturální nosníky), nebo části schopné pohybu a rozkládání, případně se bude moci vyrobit pokročilá a přesná optika. „Tyto technologie mohou umožnit NASA i jejím komerčním partnerům stavět větší díly i na oběžné dráze. Jde o díly, které by se jinak do tradiční rakety nevešly. Případně se může jednat o výrobu na Měsíci či Marsu, kde by se daly využít tamní materiály.“

Spojení AI-designu s 3D tiskem a využitím místních surovin může být revolucí v dlouhodobé snaze o kosmické servisování sestavování a výrobu, která se označuje zkratkou ISAM (In-space Servicing, Assembly, and Manufacturing). Právě schopnosti ISAM jsou klíčovou prioritou pro vývoj americké kosmické infrastruktury, což bylo definováno Národní strategii ISAM a Implementačním plánem ISAM od Úřadu pro vědu a technologickou politiku Bílého domu.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/gsfc_20230105_pspd_000036.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/mcclelland2.jpg
https://www.spiedigitallibrary.org/…/FigureImages/00001_PSISDG10702_107025G_3_1.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/excite.jpg