אוספים

שימוש במתמטיקה להפיכת חלליות נאס"א לקלות יותר וסובלניות יותר

שימוש במתמטיקה להפיכת חלליות נאס

האם ידעת שמתמטיקה יכולה לעזור לנאס"א לנסוע מהר יותר ויותר? המתמטיקאי המכון הפוליטכני של ווסטר (WPI), רנדי פפנרוט, שילב למידת מכונה עם מתמטיקה מהמאה ה -19 כדי להפוך את החללית של נאס"א לקלה יותר ולסבלת נזק יותר.

מטרתו היא לאתר פגמים בחומרי ננו פחמניים המשמשים לייצור מיכלי דלק מרקטות מרוכבים ומבני חלליות אחרים באמצעות אלגוריתם שפיתח. האלגוריתם מאפשר סריקות ברזולוציה גבוהה יותר המספקות תמונות מדויקות יותר של אחידות החומר ופגמים פוטנציאליים.

Paffenroth מחפש פגמים בחוטי Miralon®. חוטים אלה נכרכים סביב מבנים כמו מיכלי דלק טילים, מה שמעניק להם את הכוח לעמוד בלחצים גבוהים.

הם מיוצרים על ידי Nanocomp. המשרד משתמש במערכת סריקה מתוקנת הסורקת את הננו-חומר לאחידות וליקויים המוניים.

כעת, פפנרוט וצוותו משתמשים בלימוד מכונה לאימון אלגוריתמים להגברת הרזולוציה של תמונות אלה. הם פיתחו אלגוריתם שהגדיל את הרזולוציה בתשע פעמים.

טרנספורמציית פורייה

אלגוריתם חדשני זה מבוסס על פורייה טרנספורמציה, כלי מתמטי שנוצר בתחילת המאה ה -19 ובאמצעותו ניתן לפרק תמונה למרכיביה האישיים. "אנחנו לוקחים את הרשת העצבית המהודרת והמתקדמת הזו ומוסיפים מתמטיקה בת 250 שנה וזה עוזר לרשת העצבית לעבוד טוב יותר", אמר פפנרוט.

"התמורה של פורייה הופכת את יצירת תמונה ברזולוציה גבוהה לבעיה קלה בהרבה על ידי פירוק הנתונים המרכיבים את התמונה. חשוב על התמורה של פורייה כמערכת משקפי ראייה לרשת העצבית. זה מבהיר דברים מטושטשים לאלגוריתם. אנו לוקחים ראייה ממוחשבת ומרכיבים עליה כמעט משקפיים.

"זה מרגש להשתמש בשילוב הזה של למידת מכונה מודרנית ומתמטיקה קלאסית לעבודה מסוג זה", הוסיף.

Miralon® כבר שימש בהצלחה בחלל. הוא נכרך סביב תומכים מבניים במבחן הג'ונו של נאס"א המקיף את כוכב צדק ושימש לייצור ובדיקת אבות טיפוס של כלי לחץ מורכבים מפחמן חדשים.

כעת, Nanocomp מנסה לייצר חוטי Miralon® חזקים פי שלושה לחוזה עם נאס"א. פאפרנות וצוותו עוזרים במטרה זו.

"רנדי עוזר לנו להשיג מטרה זו של שילוש כוחנו על ידי שיפור הכלים בארגז הכלים שלנו כדי שנוכל לייצר חומרים חזקים, טובים יותר, מהדור הבא לשימוש ביישומי חלל", אמר בוב קזוני, מנהל איכות ב- Nanocomp.

"אם נאס"א צריכה לבנות מערכת רקטות חדשה מספיק חזקה כדי להגיע למאדים ובחזרה, יש לה מערכת גדולה של אתגרים להתמודד. יש צורך בחומרים טובים יותר כדי לאפשר לנאס"א לעצב רקטות שיכולות להגיע רחוק יותר, מהר יותר ולשרוד זמן רב יותר."

קאסוני הוסיף כי באמצעות האלגוריתם החדש של WPI, Nanocomp יכולה לראות דפוסים בחומרים שלהם שלא יכלו לזהות קודם.

"אנחנו לא יכולים רק להרים תכונות, אלא יש לנו מושג טוב יותר על גודל התכונות הללו", אמר.

"בעבר זה היה כמו לראות תמונת לווין מטושטשת. אתה עשוי לחשוב שאתה רואה את הגבעות המתגלגלות של פנסילבניה, אבל ברזולוציה טובה יותר אתה רואה שזה באמת הר וושינגטון או הרוקי של קולורדו. זה דברים די מדהימים."


צפו בסרטון: מצעד: 5 דברים שאסור לשכוח מתמטיקה 5 יחידות כיתה י: האתגר 5 (דֵצֶמבֶּר 2021).