Inginerii apelează la algoritmi de proiectare generativă pentru a construi componente pentru costumul spațial de ultimă generație a celor de la NASA.
Cu câteva luni în urmă, NASA și-a dezvăluit costumul spațial de ultimă generație, care va fi purtat de către astronauți, în momentul în care vor călători pe lună, în anul 2024, ca parte a planului Agenției de a stabili o prezență umană permanentă pe suprafața lunară. Unitatea de mobilitate extravehiculară (xEMU) reprezintă prima îmbunătățire majoră a celor de la NASA asupra costumului său spațial în aproape 40 de ani, fiind conceput pentru a ușura viața astronauților, care vor petrece mult timp pe lună. Acest lucru le va permite să se îndoaie și să se întindă în moduri în care înainte nu puteau, să îmbrace mai ușor costumul, să schimbe anumite componentele pentru o potrivire mai bună și chiar să meargă luni de zile fără să fie necesare reparații.
La prezentarea costumului nu au fost dezvăluite toate îmbunătățirile realizate. În schimb, aceștia au ascuns în sistemul portabil de asistență pentru viață al xEMU, rucsacul astro, care transformă costumul spațial, dintr-o bucată de material voluminoasă într-o navă spațială personală. Acesta gestionează puterea, comunicațiile, alimentarea cu oxigen și reglează temperaturile costumului spațiului, astfel încât astronauții să se poată concentra pe sarcini importante, precum plăcuțele de lansare din beton. Și pentru prima dată, diferite componente ale sistemului de susținere a vieții astronautului vor fi proiectate prin intermediul inteligenței artificiale.
Jesse Craft este un inginer de proiectare în cadrul Jacobs, o firmă majoră de inginerie cu sediul în Dallas, care a fost utilizată de NASA pentru reînnoirea sistemului de asistență xEMU. Pentru Craft și alte sute de ingineri care lucrează în cadrul acestui proiect, acest lucru este un aspect important între prioritățile concurente. În mod evident, sistemul de susținere a vieții trebuie să fie unul sigur, dar trebuie să fie suficient de ușor pentru a se încadra în limitele de greutate și suficient de puternic pentru a rezista forțelor gravitaționale și vibrațiilor intense, pe care le va experimenta în timpul lansării unei rachete. „Aceasta este o mare provocare inginerească”, a menționat Craft.
Stocarea a mai multor lucruri în mai puțin spațiu, cu masă redusă, este genul de problemă de optimizare complexă, cu care se ocupă tot timpul inginerii aerospațiali. Dar NASA dorește să facă pași pe lună până în anul 2024, iar întâlnirea cu această cronologie agresivă a însemnat pentru Craft și colegii săi, provocarea de a nu putea petrece săptămâni întregi dezbătând forma ideală a fiecărui widget. În schimb, aceștia lucrează la un nou software de design, prin intermediul inteligenței artificiale, realizând noi modele de componente.
„Considerăm inteligența artificială ca o tehnologie care poate face ceva mai rapid și mai bun decât o poate face un om instruit. Unele dintre tehnologiile software sunt lucruri pe care inginerii le cunosc deja, precum simularea structurală și optimizarea. Însă, cu inteligența artificială, o putem face mai repede. Această abordare a ingineriei este cunoscută sub denumirea de design generativ. Ideea de bază este aceea de a alimenta software-ul cu un set de cerințe pentru dimensiunea maximă a unei componente, greutatea pe care trebuie să o suporte sau temperaturile la care vor fi expuși”, a declarat Jesse Coors-Blankenship, vicepreședintele tehnologiei al PTC (Parametric Technology Corporation), compania americană care a realizat software-ul.
Software-ul PTC combină mai multe abordări diferite ale inteligenței artificiale, precum rețelele contradictorii generative și algoritmi genetici. O rețea adversativă generativă este o abordare asemănătoare jocului, în care doi algoritmi de învățare automată se confruntă unul cu celălalt, într-o competiție, pentru a proiecta o componentă optimizată. Este aceeași tehnică folosită pentru a genera fotografii cu persoane care nu există. Algoritmii genetici, prin contrast, sunt analogi cu selecția naturală. Aceștia generează mai multe modele, le combină și apoi iau cele mai bune modele ale noii generații. În trecut, NASA a folosit algoritmi genetici pentru a proiecta antene optime.
„Procesul iterativ al mașinii este de 100 sau de 1.000 de ori mai mare și vine cu o soluție, care este optimizată ideal limitelor noastre”, menționează Craft. Acest lucru este deosebit de util, având în vedere faptul că designul final al sistemului de sprijin pentru viață al costumului spațial este încă în flux. În viitor chiar și o mică modificare a cerințelor ar putea duce la săptămâni de muncă irosite de către ingineri.
Astăzi, inginerii încep să folosească software-ul de proiectare orientat către inteligența artificială pentru a reproiecta totul, de la șasiul auto și scaune, până la apartamente. „Utilizăm inteligența artificială pentru a inspira designul. Avem prejudecăți pentru unghiuri drepte, suprafețe plane și dimensiuni rotunde – lucruri pe care le așteptați de la designul uman. Însă inteligența artificială va contesta prejudecățile și va permite soluții noi pe care nu le-ați văzut până acum”, a declarat Craft.
Deocamdată, componentele pe care inteligența artificială este proiectată să le realizeze, sunt destul de banale. „Suntem încă în faza de dezvoltare timpurie, așa că nu proiectăm ceva, care ar putea provoca o defecțiune catastrofală”, menționează Sean Miller, un proiectant mecanic din divizia echipajelor și sistemelor termice de la NASA. În schimb, algoritmii construiesc paranteze și structuri de suport mai bune pentru sistemele care mențin astronauții în viață. Este posibil să nu fie cea mai atractivă aplicație pentru inteligența artificială, însă funcționează. Inteligența artificială a reușit să reducă masa pentru unele componente cu până la 50% , iar atunci când vine vorba despre deplasarea în spațiu, fiecare gram contează.
„Când NASA stabilește cerințele pentru un sistem de aterizare umană, acestea alocă o anumită cantitate de masă pentru fiecare lucru posibil. „Deci, oriunde putem economisi chiar și câteva zecimi de grame ne apropie de limita de greutate, pe care trebuie să o îndeplinim astfel încât misiunea să fie una de succes”, a declarat Miller.
Când NASA a trimis oamenii pe lună pentru prima dată în urmă cu mai bine de 50 de ani, inteligența artificială era încă un vis îndepărtat pentru informaticieni. Nu avem încă baze pe suprafața lunii, însă cu o mână de ajutor din partea inteligenței artificiale, acest lucru reprezintă doar o chestiune de timp.
