美国宇航局的新月球太空服将从人工智能中获得推动

发布时间: 2020-06-29 22:02:47 来源:

几个月此前,美国宇航局公布了其下一代太空服,这是宇航员在2024年重返月球时将穿的衣服,这是该机构在月球表面建立永久性人类存在计划的一部分。机动外太空单位(xEMU)是美国宇航局近40年来首次对其太空服进行重大升级,旨在使宇航员更轻松地生活,因为他们将花费大量时间踢满月尘。这将使他们能够以前所未有的方式弯曲和伸展,轻松穿脱衣服,换下部件以获得更好的合身性,并且几个月无需维修。

但是,最大的改进并未在去年秋天的诉讼揭幕中展示。取而代之的是,它们被隐藏在xEMU的便携式生命支持系统中,这是一个astro背包,可将宇航服从笨重的织物变成个人航天器。它处理宇航服的电源,通讯,氧气供应和温度调节,使宇航员可以专注于重要任务,例如用小便混凝土建造发射台。宇航员生命支持系统中的某些组件将首次通过人工智能进行设计。

杰西·克拉夫(Jesse Craft)是位于达拉斯的一家大型工程公司Jacobs的高级设计工程师,该公司已被NASA聘用,以改造xEMU生命支持系统。对于Craft和其他数百名从事该项目的工程师而言,这需要在相互竞争的优先级之间进行谨慎的平衡。显然,生命支持系统必须是安全的,但也必须足够轻,以适应月球着陆器的重量限制,并且必须足够坚固,以承受火箭发射过程中将经受的巨大重力和振动。“这是一个很大的工程挑战,” Craft说。

减少重量,将更多的东西挤到更小的空间中是航空工程师始终需要解决的复杂的优化问题。但是美国宇航局希望在​​2024年之前在月球上穿靴子,而满足这一激进的时间表意味着克拉夫特(Craft)和他的同事们不可能花费数周的时间来讨论每个小部件的理想形状。取而代之的是,他们正在试用一种新的由AI推动的设计软件,该软件可以快速提出新的组件设计。

“我们认为AI是一种比受过训练的人可以更快,更好地完成工作的技术,”制造该软件的美国公司PTC的技术副总裁Jesse Coors-Blankenship说。工程师已经熟悉了某些软件技术,例如结构仿真和优化。但是有了AI,我们可以更快地做到这一点。”这种工程方法称为生成设计。基本思想是向软件提供一组有关组件最大尺寸,组件必须承受的重量或组件所承受的温度的要求,并让算法找出其余部分。

PTC的软件结合了几种不同的AI方法,例如生成对抗网络和遗传算法。生成对抗网络是一种类似于游戏的方法,其中两种机器学习算法在设计最优化组件的竞争中相互对立。这与生成不存在的人的照片所使用的技术相同。相反,遗传算法类似于自然选择。他们生成多个设计,将它们组合在一起,然后采用新一代最佳设计并重复。过去,NASA使用遗传算法来设计最佳且奇特的天线。

“机器的迭代过程比我们自己的迭代过程多100或1,000倍,并且它提供了一种在我们的限制内理想地优化的解决方案,” Craft说。考虑到太空服生命支持系统的最终设计仍在不断变化,这一点尤其有用。将来即使对需求进行很小的改动,也可能导致工程师浪费数周的工作。

如今,工程师开始使用AI驱动的设计软件来重新设计从汽车底盘到椅子再到公寓的一切事物。这些算法往往会梦见看起来很陌生的组件:它们是蜂窝状的,流动的且有弹性的,具有大量的负空间。“我们正在使用AI来激发设计灵感,” Craft说。“我们对直角,平坦表面和圆形尺寸存在偏见,这是您希望从人工设计中获得的东西。但是,AI挑战了您的偏见,使您能够看到以前从未见过的新解决方案。”

目前,AI负责制造的组件相当平凡。“我们仍处于试验阶段的初期,因此我们没有交出可能导致灾难性故障的事情,” NASA机组和热力系统部门的机械设计师Sean Miller说。取而代之的是,算法为使宇航员存活的系统建立了更好的括号和支持结构。它可能不是AI上最性感的应用程序,但它可以工作。AI能够将某些组件的重量减少多达50%,并且在太空旅行中,每一克都很重要。

“当NASA设定了人类着陆系统的要求时,他们会为您可能想像到的每件事物分配一定数量的质量,” Miller说。“因此,即使我们节省了十分之几磅的钱,也使我们更接近执行任务所必须达到的重量限制。”

50年前,当NASA首次将人类送上月球时,对于计算机科学家来说,人工智能仍然是遥不可及的梦想。我们可能还没有月球基地,但是在AI的帮助下,似乎只是时间问题。

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