المجموعات

استخدام الرياضيات لجعل مركبة ناسا الفضائية أخف وزناً وأكثر تحملاً للضرر

استخدام الرياضيات لجعل مركبة ناسا الفضائية أخف وزناً وأكثر تحملاً للضرر

هل تعلم أن الرياضيات يمكن أن تساعد ناسا في السفر بشكل أسرع وأبعد؟ قام عالم الرياضيات راندي بافنروث من معهد وورسيستر للفنون التطبيقية (WPI) بدمج التعلم الآلي مع رياضيات القرن التاسع عشر لجعل مركبة الفضاء ناسا أخف وزنا وأكثر تحملا للضرر.

هدفه هو اكتشاف العيوب في المواد النانوية الكربونية المستخدمة في صنع خزانات وقود الصواريخ المركبة وهياكل المركبات الفضائية الأخرى باستخدام خوارزمية طورها. تسمح الخوارزمية بإجراء عمليات مسح بدقة أعلى توفر صورًا أكثر دقة لتوحيد المادة والعيوب المحتملة.

يبحث Paffenroth عن عيوب في خيوط Miralon®. يتم لف هذه الخيوط حول هياكل مثل خزانات وقود الصواريخ ، مما يمنحها القوة لتحمل الضغوط العالية.

أنها مصنوعة من قبل Nanocomp. تستخدم الشركة نظام مسح معدلًا يقوم بمسح المادة النانوية للتوحيد الشامل والعيوب.

الآن ، يستخدم بافنروث وفريقه التعلم الآلي لتدريب الخوارزميات لزيادة دقة هذه الصور. لقد طوروا خوارزمية زادت الدقة تسع مرات.

تحويل فورييه

تعتمد هذه الخوارزمية الجديدة على تحويل فورييه ، وهو أداة رياضية تم ابتكارها في أوائل القرن التاسع عشر ويمكن استخدامها لتقسيم الصورة إلى مكوناتها الفردية. قال بافنروث: "نأخذ هذه الشبكة العصبية المتطورة والمتطورة ونضيف رياضيات عمرها 250 عامًا وهذا يساعد الشبكة العصبية على العمل بشكل أفضل".

"تحويل فورييه يجعل إنشاء صورة عالية الدقة مشكلة أسهل بكثير عن طريق تحطيم البيانات التي تتكون منها الصورة. فكر في تحويل فورييه كمجموعة من النظارات للشبكة العصبية. إنه يجعل الأشياء الباهتة واضحة للخوارزمية. نحن نأخذ رؤية الكمبيوتر ونضع نظارة عليها.

وأضاف: "من المثير استخدام هذا المزيج من التعلم الآلي الحديث والرياضيات الكلاسيكية لهذا النوع من العمل".

تم استخدام Miralon® بالفعل بنجاح في الفضاء. تم لفه حول الدعامات الهيكلية في مسبار جونو التابع لوكالة ناسا والذي يدور حول كوكب المشتري ، وقد تم استخدامه لصنع واختبار نماذج أولية لأوعية ضغط مركب الكربون الجديد.

الآن ، تحاول Nanocomp صنع خيوط Miralon® أقوى ثلاث مرات لعقد مع وكالة ناسا. يساعد بافنروث وفريقه في تحقيق هذا الهدف.

قال بوب كاسوني ، مدير الجودة في Nanocomp: "يساعدنا Randy في تحقيق هذا الهدف المتمثل في مضاعفة قوتنا ثلاث مرات من خلال تحسين الأدوات الموجودة في صندوق الأدوات لدينا حتى نتمكن من صنع مواد أقوى وأفضل من الجيل التالي لاستخدامها في تطبيقات الفضاء".

"إذا احتاجت ناسا إلى بناء نظام صاروخي جديد قوي بما يكفي للوصول إلى المريخ والعودة ، فلديها مجموعة كبيرة من التحديات التي يجب مواجهتها. هناك حاجة إلى مواد أفضل للسماح لناسا بتصميم صواريخ يمكنها الذهاب لمسافات أبعد وأسرع وتعيش لفترة أطول."

أضاف Casoni أنه باستخدام خوارزمية WPI الجديدة ، يمكن لـ Nanocomp رؤية أنماط في موادها لم يتمكنوا من اكتشافها من قبل.

وقال "لا يمكننا فقط التقاط الميزات ، ولكن لدينا أيضًا فكرة أفضل عن حجم هذه الميزات".

"في السابق ، كان الأمر أشبه برؤية صورة ضبابية من الأقمار الصناعية. قد تعتقد أنك ترى تلال بنسلفانيا المنحدرة ، ولكن بدقة أفضل ترى أنها في الواقع جبل واشنطن أو كولورادو روكيز. إنها أشياء رائعة جدًا."


شاهد الفيديو: HOW IT WORKS: The International Space Station (شهر اكتوبر 2021).