La NASA sfrutta l’AI per progettare i componenti delle missioni spaziali

Febbraio 21, 2023

La NASA si affida all’Intelligenza Artificiale per progettare alcuni componenti e strutture da implementare nelle sue prossime missioni spaziali.

Questi elementi possono assomigliare ai resti di alcuni esoscheletri alieni, ma presentano diversi punti di forza: un peso inferiore, maggiore tolleranza ai carichi strutturali e un minore tempo di esecuzione per essere sviluppate rispetto alle parti progettate dagli esseri umani.

Ryan McClelland è l’ingegnere NASA che ha aperto la strada alla progettazione di componenti e strutture che definisce “evolute”, utilizzando un software di Intelligenza Artificiale disponibile presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt.

Per creare queste parti uno specialista CAD, partendo dai requisiti della missione, disegna le superfici della componente che si collegherà allo strumento o al veicolo spaziale, oltre a tutti i bulloni e gli accessori per l’elettronica e l’hardware.

Il progettista potrebbe anche dover individuare delle aree specifiche interessate dall’azione di altre componenti in modo che l’algoritmo non blocchi un raggio laser o un sensore ottico.  Per costruzioni più complesse potrebbe essere necessario prevedere degli spazi di manovra per le mani dei tecnici per l’assemblaggio e l’allineamento.

Una volta definite le aree vietate, l’Intelligenza Artificiale collega tutti i punti di progettazione generando strutture complesse in appena un’ora o due. Queste strutture evolute pesano un terzo rispetto ai componenti tradizionali e la produzione può essere in parte demandata a terzi. “Puoi eseguire la progettazione, l’analisi e la costruzione di un prototipo e averlo pronto in una settimana, può essere radicalmente veloce rispetto ai flussi di lavoro tradizionali” ha affermato McClelland.

Le parti vengono anche analizzate utilizzando il software e i processi di convalida standard della NASA per identificare potenziali punti di errore. Dopo le prime analisi è risultato che le componenti generate dall’algoritmo non hanno le concentrazioni di stress che si riscontrano con i progetti tradizionali. I fattori di stress sono quasi dieci volte inferiori rispetto alle parti prodotte da un essere umano esperto.

I componenti evoluti di McClelland sono stati adottati nelle missioni della NASA in diverse fasi di progettazione e costruzione, inclusi palloni astrofisici, scanner dell’atmosfera terrestre, monitor meteorologici, telescopi spaziali e persino nella missione Mars Sample Return.

Il fisico della NASA, Peter Nagler, si è rivolto a queste strutture evolute per lo sviluppo della missione Exoplanet Climate Infrared Telescope (EXCITE), un telescopio trasportato da palloni aerostatici che supporterà lo studio degli esopianeti caldi in orbita attorno ad altre stelle. Attualmente in fase di costruzione, l’EXCITE prevede di utilizzare uno spettrografo per eseguire osservazioni continue dell’orbita di ciascun pianeta attorno alla sua stella.

Una missione che ha previsto diverse aree con requisiti di progettazione molto complessi, a causa della combinazione di interfacce con specifiche di carico molto rigorose. Una vera sfida per i progettisti NASA.

McClelland ha quindi progettato un’impalcatura in titanio per la parte posteriore del telescopio EXCITE, dove il ricevitore IR, alloggiato all’interno di una camera criogenica in alluminio, si collega ad una piastra in fibra di carbonio che sostiene lo specchio primario. “Questi materiali hanno proprietà di espansione termica molto diverse, dovevamo avere un’interfaccia che non stressasse nessuno dei due materiali” ha dichiarato Nagler.

La progettazione assistita dall’Intelligenza Artificiale è un settore in forte crescita.

La stampa 3D con resine e metalli sbloccherà il futuro della progettazione assistita dall’Intelligenza Artificiale, consentendo componenti più grandi, sistemi complessi che si muovono o si aprono e ottiche di precisione avanzate. “Queste tecniche potrebbero consentire alla NASA e ai partner commerciali di costruire componenti più grandi in orbita che altrimenti non si adatterebbero a un veicolo di lancio standard, potrebbero persino facilitare la costruzione sulla Luna o su Marte utilizzando materiali trovati in quei luoghi”.

La sinergia tra Intelligenza Artificiale, stampa 3D, produzione additiva e l’utilizzo delle risorse in situ migliorerà le capacità di assistenza, assemblaggio e produzione nello spazio. Tra gli obiettivi principali dell’agenzia spaziale statunitense.

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