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Jul 31, 2023

NASAの新しい気球

La NASA utilizza una tecnica basata sull'intelligenza artificiale chiamata "design generativo".

NASA は、「ジェネレーティブ デザイン」と呼ばれる AI を利用した技術を使用して、今後のミッションに向けたハードウェアの設計プロセスを劇的にスピードアップしています。AI によって設計された最初のミッションの 1 つは、巨大な気球を使用して望遠鏡を成層圏まで持ち上げます。

必要なもの：NASA のエンジニアが新しい宇宙船の部品を設計する際、重量は最も重要な考慮事項の 1 つです。最終的な物体が重ければ重いほど、打ち上げに必要な燃料が多くなり、ミッションの費用も高くなります。

しかし、エンジニアは重量を抑えるという名目で強度を犠牲にすることはできません。宇宙に出て部品が壊れた場合、通常は交換または修理することはできません。

チャレンジ：NASA では、できるだけ軽量でありながら高応力の宇宙環境に耐えられるハードウェアを設計するのは、長くて退屈なプロセスです。

従来、新しい機器の開発を開始する際、エンジニアには最も小さなブラケットや機器マウントに至るまで、各部品に対する一連の要件が与えられました。 次に、部品がどのようなものになるかを考え、設計ソフトウェアを使用してそのモデルを作成します。

「私たちはテストするものを作る前に、文字通り何年もかけて設計します。」

その後、設計について応力分析者と話し合い、必要に応じて改良し、場合によっては設計に独自のフィードバックを加えた後、実際に部品を構築する機械工に送信します。

「人々がお互いにフィードバックを与え合う限り、状況は改善しますが、人々が休暇に行ったり、人々がトレーニングを受けたりするため、フィードバックループは本当に、本当に遅くなります」とNASAの研究エンジニア、ライアン・マクレランド氏はポッドキャスト「Small Steps, Giant Leaps」で語った。

「NASA​​の世界では、テストするものを作る前に文字通り何年もかけて設計することがよくあります」と彼は付け加えた。

「AI は、そのデザインがどのようなものになるかについて、さまざまなオプションをたくさん考え出します。」

ジェネレーティブ デザイン :パンデミックの間、マクレランド氏は AI を使用してこのプロセスを加速するというアイデアを検討し始めました。 彼は、「ジェネレーティブ デザイン」と呼ばれるアプローチに出会いました。このアプローチは、要件から設計まで逆算して作業できる、このコンセプトに基づいて構築された商用ソフトウェアです。

「まず、構造の要件、構造が何を保持する必要があるか、どのような負荷を考慮する必要があるかを検討します。その後、AI がその設計がどのようなものになるかについてさまざまなオプションを多数考え出し、実際に最適な設計を進化させます。構造です」とマクレランド氏は説明した。

「最適な構造を進化させる際には、どのように製造されるかが考慮されます」と彼は続けた。 「機械加工する場合、手元にある工具で確実に機械加工できるようになります。」

「構造ははるかに優れたパフォーマンスを発揮する傾向があります…およそ 3 倍程度優れています。」

インパクト：マクレランド氏は、ジェネレーティブ デザインを使用して作成された作品を「進化した構造」と呼び、この技術は NASA エンジニアがより優れたハードウェアをより迅速に設計するのに役立っていると述べています。

「構造を思いつくのははるかに速く、約10倍速く、その後構造のパフォーマンスははるかに良くなる傾向があるため、パフォーマンスは3倍程度優れています」と彼はSmall Stepsに語った。

「そして、私がパフォーマンスを意味するとき、実際には剛性と重量の比率を意味します。つまり、それらは非常に硬く、非常に軽く、人間が設計した構造よりもかなり強いものでもあります。」と彼は続けた。

「エイリアン」のデザイン:また、デザインは人間が設計した構造物よりもかなり奇妙に見える可能性があり、マクレランド氏は一部の部品が外来種の骨のように見えると説明しています。このことが、NASA の一部の人々にジェネラル デザインを支持してもらうのにさらなる課題をもたらしています。 。

「未知のものに対する恐怖、テストされていないものを試すことに対する恐怖のようなものがあります…それが障壁の1つだと思います。奇妙に見えるというだけです」とマクレランド氏は語った。

しかし、NASA は、ジェネレーティブ デザインの利点が、AI の作品の外観に対する反射的な反応を上回ることをすぐに認識しています。

マクレランド氏によると、宇宙機関は、2027年に打ち上げ予定のタイタンへのミッションであるドラゴンフライや、火星からサンプルを回収する計画中の火星サンプルリターンミッションなど、今後のいくつかのミッションに進化した構造を組み込んでいるという。

ジェネレーティブ デザインは、系外惑星気候赤外線望遠鏡 (EXCITE) の部品の開発にも使用されました。2024 年には、フットボール スタジアムほどの大きさの気球が SUV サイズの望遠鏡を地表から 40 マイル上空に持ち上げ、「熱い木星」を撮影できるようにする予定です。 。」

「非常に難しい設計要件を持つ領域がいくつかあります」と EXCITE ミッションのリーダー、ピーター ナグラー氏は述べています。 「特定のインターフェイスと厳密な負荷仕様の組み合わせがあり、設計者にとっては課題であることが判明しました。」

「NASA​​全体で、何千ものこの種のユニークな構造物が開発されていると想像します。」

大きな絵：マクレランド氏によると、ジェネレーティブ デザインは NASA のエンジニアに取って代わるものではありません。マクレランド氏によると、AI はエンジニアがすぐにわかる部品が薄すぎると提案することがあります。また、ソフトウェアはまだ複数の部品からなる構造を設計することもできません。

しかし、ほぼすべてのデザインがオーダーメイドである NASA では、この技術がますます重要な役割を果たしていると彼は見ています。

「NASA​​全体で、いつでも、何千ものこの種のユニークな構造物が開発されていると思います…これらのテクノロジーは、NASAで私たちが行っている仕事に本当にユニークに適していると思います。それはとても強力だ」と彼は言った。

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