La NASA se tourne vers l’IA et l’impression 3D pour concevoir du matériel de mission

La NASA a récemment indiqué dans un communiqué se tourner vers l’IA pour concevoir du matériel de mission. Selon elle « les engins spatiaux et le matériel de mission conçus par une intelligence artificielle peuvent ressembler à des os laissés par certaines espèces extraterrestres, mais ils pèsent moins, tolèrent des charges structurelles plus élevées et nécessitent une fraction du temps que prennent les pièces conçues par les humains pour se développer ».

Ryan McClelland, ingénieur de recherche, au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, a été le pionnier de la conception de pièces uniques spécialisées, grâce à un logiciel d’IA disponible dans le commerce, qu’il appelle « structures évoluées ».

Selon lui, « elles ont l’air un peu étranges et bizarres mais une fois que vous les voyez en fonction, cela a vraiment du sens ».

Une conception supervisée par l’humain

Pour créer ces pièces, un spécialiste de la conception assistée par ordinateur (CAO), tout en respectant le cahier des charges, dessine les surfaces où la pièce se connecte à l’instrument ou à l’engin spatial, ainsi que les boulons et les raccords pour l’électronique et d’autres matériels.

Il peut interdire un chemin afin que l’algorithme ne bloque pas un faisceau laser ou un capteur optique ou laisser des espaces pour que les mains des techniciens puissent manœuvrer pour l’assemblage et l’alignement. L’IA prend ensuite le relais.

Ryan McClelland explique :

« Une fois que toutes les zones interdites sont définies, l’IA relie les points,  produisant des conceptions de structures complexes en aussi peu qu’une heure ou deux. Les algorithmes ont besoin d’un œil humain, l’intuition humaine sait ce qui semble juste, mais laissé à lui-même, l’algorithme peut parfois rendre les structures trop minces ».

Des pièces plus légères et plus résistantes

Ces structures métalliques évoluées, ne nécessitant ni soudure ni boulon, sont ainsi plus légères et permettent d’économiser jusqu’à deux tiers du poids par rapport aux composants traditionnels, et peuvent être fraisées par des fournisseurs commerciaux.
Ryan McClelland  déclare :

« Vous pouvez effectuer la conception, l’analyse et la fabrication d’une pièce prototype, et l’avoir en main en aussi peu qu’une semaine. Cela peut être radicalement rapide par rapport à la façon dont nous avons l’habitude de travailler ».

Côté résistance, les pièces sont  analysées à l’aide d’un logiciel et de processus de validation conformes aux normes de la NASA pour identifier les points de défaillance potentiels.

Ryan McClelland commente :

« Nous avons constaté que cela réduit réellement les risques. Après ces analyses de contraintes, nous constatons que les pièces générées par l’algorithme n’ont pas les concentrations de contraintes que vous avez avec les conceptions humaines. Les facteurs de stress sont presque dix fois inférieurs à ceux des pièces produites par un humain expert ».

Des pièces d’ores et déjà utilisées par la NASA

Les structures évoluées de Ryan McClelland ont été adoptées lors de missions de la NASA à différents stades de conception et de construction, notamment pour des ballons d’observatoires astrophysiques, scanners Terre-atmosphère, instruments planétaires, moniteurs de météorologie spatiale, télescopes spatiaux ou encore la mission Mars Sample Return.

Peter Nagler, physicien, lui aussi au Goddard Space Flight Center, utilise l’une d’elles pour la mission EXoplanet Climate Infrared TElescope (EXCITE), un télescope embarqué dans un ballon développé pour étudier les exoplanètes chaudes de type Jupiter en orbite autour d’autres étoiles: un échafaudage en titane conçu pour l’arrière du télescope EXCITE.

L’IA a permis de gagner un temps précieux pour la création de cette interface alors que, selon Peter Nagler, « Il y avait des combinaisons d’interfaces spécifiques et des spécifications de charge rigoureuses qui s’avéraient être un défi pour nos concepteurs ».

Des pièces bientôt conçues dans l’espace ?

Contrairement à un constructeur automobile qui produit une même pièce à grande échelle, la NASA fabrique des milliers de pièces sur mesure chaque année.

Selon Ryan McClelland, l’impression 3D avec des résines et des métaux ouvrira l’avenir de la conception assistée par l’IA, permettant des composants plus grands tels que des fermes structurelles, des systèmes complexes qui se déplacent ou se déplient, ou des optiques de précision avancées.

Il déclare :

« Ces techniques pourraient permettre à la NASA et aux partenaires commerciaux de construire des composants plus grands en orbite qui ne tiendraient pas autrement dans un lanceur standard, elles pourraient même faciliter la construction sur la Lune ou Mars en utilisant des matériaux trouvés à ces endroits ».

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