JPL y Autodesk trabajan en equipo en un proyecto de investigación de exploración espacial buscando nuevos enfoques de diseño y procesos de manufactura.
En el pasado el mundo vimos como el Curiosity exploró la superficie de Marte para recolectar muestras, las imágenes y datos se enviaron a la tierra para aprender más de este planeta y sus posibilidades de vida, a este momento es un proyecto que aún continúa. La misión fue un éxito más para el personal de JPL (Jet Propulsion Laboratory) de NASA, pero al momento no se ha encontrado poca evidencia de la vida en Marte.
Hoy los científicos creen que los lugares más probables donde pueden encontrar señales de vida en el sistema solar se encuentran en las lunas de Saturno y Júpiter. Pero estos grandes lugares gaseosos están mucho mayor distancia. El viaje a Marte fue corto en comparación con el viaje de 365 millones de millas a Júpiter. Saturno está 381 millones de millas más. Llevar los módulos de aterrizaje a estas áreas distantes presenta grandes desafíos de diseño e ingeniería. Para hacerles frente, JPL y Autodesk trabajan en equipo en un proyecto de investigación para que JPL pueda explorar nuevos enfoques de diseño y procesos de manufactura para esta exploración espacial, en particular con la aplicación de tecnología de diseño generativo de Autodesk.
Mark Davis es director de investigación de Autodesk y fue uno del equipo que trabajo con JPL, de lo cual comenta. “Fueron claros en que no buscaban ganancias en intervalos cortos, no sería de su interés si solo obtuvieran beneficios de 10%, si nuestras herramientas les garantizaban avances del 30% entonces si las tomarían en cuenta. Este proyecto demuestra como Autodesk puede entregar soluciones que consigan grandes ahorros.”
La vida del sistema de aterrizaje
Para cumplir una misión de este tipo, el módulo de aterrizaje interplanetario necesita realizar operar en temperaturas muy por debajo de cero y soportar grandes niveles de radiación que en la Tierra. Pero antes que nada, tiene que tener suficiente combustible para llegar a la distancia de estos planetas. En el espacio el peso es una de las consideraciones más importantes, cada kilogramo de masa removido del peso estructural de la nave permite un mejor incremento operativo y tener vida útil extra en instrumentos y sensores para una mejor investigación.
Haciendo un balance de lo probado contra lo posible
En algunas empresas se puede considerar algo bueno fallar rápido u obtener un proyecto poco viable en etapas tempranas. Sucede que en operaciones espaciales, una falla representa un alto costo, una misión típicamente tiene éxito en un solo lanzamiento, con pocas opciones o planes alternativos. Se entiende porque el equipo JPL considera cuidadosamente nuevas opciones y procesos, se mantienen apegados a lo que funciona, como materiales aluminio y titanio que ya han sido probados en condiciones espaciales, o procesos de manufactura aprobados por la misión como el mecanizado.
Al mismo tiempo necesitan explorar nuevas tecnologías para evaluar posibilidades, de otra manera tiene el riesgo de quedar obsoletos. Siempre con un balance entre lo probado y lo que es posible. Dentro de la división Atelier de JPL el equipo evaluó nuevas posibilidades y procesos comenzaron probar nuevas estrategias y procesos, luego ofrecer estas recomendaciones a los equipos que trabajan en misiones.
“Lo que hacen es una infusión muy cuidadosa de nueva tecnología en sus procesos,” comenta Karl Willis, líder de tecnología en Autodesk.” Saben que tienen que explorar nuevas formas de trabajo y de hacer cosas manteniendo el riesgo al mínimo.”
Innovación por Diseño
El diseño generativo es una técnica de diseño relativamente nueva que usa la inteligencia de máquinas y el cómputo de nube para generar varias iteraciones de opciones de formas que cumplan con las restricciones establecidas por los ingenieros. Permite explorar más opciones del diseño en el entorno de manufactura y de requerimientos de cliente dictados por el equipo de diseño o ingeniería.
La parte comercial de diseño generativo se encuentra hoy en Fusion 360, el software o plataforma de diseño mecánico de Autodesk en la nube.
Davis y su equipo en Autodesk continúan desarrollando más conceptos y versiones del software para uso de experimentación, como las de JPL. “Hemos desarrollado versiones personalizadas de nuestro software para aplicaciones de autos de carreras que permiten a nuestros clientes resolver múltiples restricciones a la vez. Luego las aplicamos a las necesidades de proyectos como lo que JPL busca,” Davis menciona. “Usamos un desarrollo de autos de carrera de fórmula uno que apoyó a nuestro cliente a resolver problemas de suspensión y lo aplicamos con nuevas restricciones estructurales para la exploración espacial. Esto dio la oportunidad de mejorar las capacidades del software y ayudar a nuestros clientes a resolver sus problemas”.
Tres métodos diferentes de manufactura, impresión 3D, maquinado CNC y fundición se usaron para fabricar las piezas del módulo de aterrizaje.
El diseño generativo normalmente es asociado con la impresión 3D o manufactura aditiva, una técnica muy adecuada para crear formas orgánicas hechas desde la propuesta del software basado en restricciones. El programa considera la ejecución de estas restricciones en otros procesos de manufactura. “Tenemos la capacidad de ayudar a clientes a enfrentar múltiples condiciones de restricción incluyendo maquinado y fundición, aparte de la impresión 3D,” comenta Davis. Mientras que otros programas se dedican a optimizar una pieza en su forma o estructura o peso, la tecnología de diseño generativo de Autodesk ofrece la alternativa de aplicar múltiples escenarios de diseño a tomar en consideración para crear un arreglo de presentaciones de formas y diseños para decidir en lugar de una sola.”
En el proyecto del módulo de aterrizaje el personal de JPL uso diseño generativo para múltiples componentes estructurales, incluyendo la que sostiene a los instrumentos de operación, y las estructuras de apoyo que conectan las patas del módulo con el cuerpo. El equipo fue capaz de bajar la masa en un 35% en comparación con diseños previos.
Aprender, Mejorar, Repetir.
Un beneficio clave del diseño generativo en JPL fue integrar sus diseños rápidamente la actividad. “Conforme un diseño madura y llegan nuevos datos de su desempeño en el medio ambiente, el diseño generativo permite crear nuevas opciones mu rapido,” destaca Willis. La mayoría de los equipos de diseño toma entre 2 a 4 meses para revisar un diseño. Al trabajar con diseño generativo este tiempo se baja de 2 a 4 semanas. “Esa flexibilidad para actualizar un problema existente en lugar de comenzar desde cero y la capacidad de los clientes para dar nuevas restricciones de fabricación, lo convierten en un verdadero cambio de paradigma para las personas que diseñan este tipo de estructuras.”
Diseñar un módulo de aterrizaje que pueda soporte las las condiciones del espacio y distancias es un gran desafío, los diseñadores de JPL. Por ahora, la aplicación del diseño generativo todavía se considera un proyecto R&D dentro de JPL. Así como el poder computacional de las computadoras ayudó al programa espacial a alcanzar nuevos niveles en la década de los 60s, las tecnologías como diseño generativo crean nuevas posibilidades en la exploración espacial, lo que nos permite ir más allá y aprender más sobre nuestro universo. Tomar lo que parece imposible y hacerlo posible es la especialidad de JPL.
Fuente: Autodesk University 2018
