美國(guó)宇航局求助人工智能設(shè)計(jì)任務(wù)硬件

2025-12-07 10:37:56 分類：時(shí)尚 閱讀(987)

這個(gè)航天器組件由人類設(shè)計(jì)師定義，美國(guó)由人工智能程序填充，宇航由一塊實(shí)心鋁塊銑削而成，局求計(jì)任件具有儀器連接和為激光光路和人手預(yù)留的助人開(kāi)口，以連接和調(diào)整傳感器。工智Credit: Henry Dennis
（神秘的美國(guó)地球uux.cn）據(jù)美國(guó)宇航局（By Karl B. Hille）：由人工智能設(shè)計(jì)的航天器和任務(wù)硬件可能類似于一些外星物種留下的骨頭，但它們重量更輕，宇航承受更高的局求計(jì)任件結(jié)構(gòu)載荷，并且需要的助人時(shí)間只是人類設(shè)計(jì)的零件開(kāi)發(fā)時(shí)間的一小部分。
“它們看起來(lái)有些陌生和怪異，工智”研究工程師瑞安·麥克萊蘭說(shuō)，美國(guó)“但一旦你看到它們的宇航功能，它就真的局求計(jì)任件有意義了。”
麥克萊蘭在馬里蘭州格林貝爾特的助人美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心使用商業(yè)可用的人工智能軟件，通過(guò)一個(gè)他稱為進(jìn)化設(shè)計(jì)的工智過(guò)程，開(kāi)創(chuàng)了專門的一次性部件的設(shè)計(jì)。
為了制造這些部件，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)專家從任務(wù)的要求開(kāi)始，繪制部件與儀器或航天器連接的表面，以及電子設(shè)備和其他硬件的任何螺栓和配件。設(shè)計(jì)者可能還需要封鎖一條路徑，以便算法不會(huì)阻擋激光束或光學(xué)傳感器。最后，更復(fù)雜的構(gòu)建可能需要為技術(shù)人員的手留出空間，以便進(jìn)行組裝和對(duì)齊。
麥克萊蘭說(shuō)，一旦所有的禁區(qū)都被定義，人工智能就會(huì)將這些點(diǎn)連接起來(lái)，在短短一兩個(gè)小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。“算法確實(shí)需要人眼，”他說(shuō)。“人類的直覺(jué)知道什么看起來(lái)是對(duì)的，但如果放任自流，算法有時(shí)會(huì)使結(jié)構(gòu)變得過(guò)于單薄。”

瑞安·麥克萊蘭展示了一個(gè)由3D打印鈦制成的結(jié)構(gòu)支架。Credits: Henry Dennis
他說(shuō)，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的部件相比，這些進(jìn)化的部件節(jié)省了三分之二的重量，并且可以由商業(yè)供應(yīng)商加工。麥克萊蘭說(shuō):“你可以設(shè)計(jì)、分析和制造一個(gè)原型零件，并且在短短一周內(nèi)就能拿到手。”?！芭c我們習(xí)慣的工作方式相比，它可以快得多。”
麥克萊蘭說(shuō)，還使用美國(guó)宇航局標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證軟件和程序分析零件，以確定潛在的故障點(diǎn)。“我們發(fā)現(xiàn)它實(shí)際上降低了風(fēng)險(xiǎn)。在這些應(yīng)力分析之后，我們發(fā)現(xiàn)由算法設(shè)計(jì)的零件沒(méi)有人類設(shè)計(jì)的應(yīng)力集中。應(yīng)力系數(shù)幾乎比專業(yè)人類設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的零件低10倍?！?br>麥克萊蘭的進(jìn)化組件已被美國(guó)宇航局在不同階段的設(shè)計(jì)和建造任務(wù)所采用，包括天體物理氣球天文臺(tái)，地球大氣掃描儀，行星儀器，空間天氣監(jiān)視器，太空望遠(yuǎn)鏡，甚至火星樣本返回任務(wù)。
戈達(dá)德物理學(xué)家彼得·納格勒轉(zhuǎn)向進(jìn)化設(shè)計(jì)，以幫助開(kāi)發(fā)系外行星氣候紅外望遠(yuǎn)鏡(EXCITE)任務(wù)，這是一種球載望遠(yuǎn)鏡，旨在研究圍繞其他恒星運(yùn)行的熱木星類型的系外行星。目前正在建設(shè)和測(cè)試中，EXCITE計(jì)劃使用近紅外光譜儀對(duì)每顆行星圍繞其主恒星的軌道進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。

瑞安·麥克萊蘭為EXCITE望遠(yuǎn)鏡的背面設(shè)計(jì)了一個(gè)鈦支架，計(jì)劃最早于2023年秋季進(jìn)行試飛。彎曲、交叉的加固結(jié)構(gòu)旨在抵抗明顯的偏心力，鈦3D打印(后部版本)實(shí)現(xiàn)了更剛性、更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。Credits: Henry Dennis
“我們有幾個(gè)設(shè)計(jì)要求非常棘手的領(lǐng)域，”Nagler說(shuō)?！疤囟ń涌诤蛧?yán)格負(fù)載規(guī)格的組合對(duì)我們的設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)?！?br>麥克萊蘭為EXCITE望遠(yuǎn)鏡的背部設(shè)計(jì)了一個(gè)鈦支架，其中容納在鋁制低溫室內(nèi)的紅外接收器連接到支撐主鏡的碳纖維板?！斑@些材料具有非常不同的熱膨脹特性，”Nagler說(shuō)?！拔覀儽仨氃谒鼈冎g建立一個(gè)不會(huì)擠壓任何一種材料的界面。”
美國(guó)宇航局的一個(gè)長(zhǎng)期超壓力氣球?qū)⑻嵘鼸XCITE任務(wù)的SUV大小的有效載荷，計(jì)劃最早在2023年秋季進(jìn)行工程試飛。
NASA定制零件的理想設(shè)計(jì)解決方案
人工智能輔助設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷發(fā)展的行業(yè)，從設(shè)備零件到整個(gè)汽車和摩托車底盤的一切都由計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)。
麥克萊蘭說(shuō)，NASA的用例特別強(qiáng)大。
“如果你是一家摩托車或汽車公司，”麥克萊蘭說(shuō)，“你可能只會(huì)生產(chǎn)一種底盤設(shè)計(jì)，然后你會(huì)生產(chǎn)一大堆。在美國(guó)國(guó)家航空航天局，我們每年制造成千上萬(wàn)的定制零件。”
他說(shuō)，用樹(shù)脂和金屬進(jìn)行3D打印將開(kāi)啟人工智能輔助設(shè)計(jì)的未來(lái)，實(shí)現(xiàn)更大的組件，如結(jié)構(gòu)桁架、移動(dòng)或展開(kāi)的復(fù)雜系統(tǒng)或先進(jìn)的精密光學(xué)系統(tǒng)。“這些技術(shù)可以使美國(guó)宇航局和商業(yè)合作伙伴在軌道上建造更大的部件，否則這些部件將無(wú)法安裝在標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)載火箭上，他們甚至可以利用在月球或火星上發(fā)現(xiàn)的材料來(lái)促進(jìn)建設(shè)?！?br>融合人工智能、3D打印或增材制造以及原位資源利用將推進(jìn)太空服務(wù)、組裝和制造(ISAM)能力。根據(jù)白宮科技政策辦公室的ISAM國(guó)家戰(zhàn)略和ISAM實(shí)施計(jì)劃的定義，ISAM是美國(guó)太空基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的關(guān)鍵優(yōu)先項(xiàng)目。
這項(xiàng)工作得到了美國(guó)宇航局空間技術(shù)任務(wù)理事會(huì)創(chuàng)新中心基金以及戈達(dá)德內(nèi)部研究與發(fā)展(IRAD)計(jì)劃的支持。