Laboratorio Draper

Draper Laboratory es una organización estadounidense de investigación y desarrollo sin fines de lucro, con sede en Cambridge, Massachusetts; su nombre oficial es The Charles Stark Draper Laboratory, Inc (a veces abreviado como CSDL). El laboratorio se especializa en el diseño, desarrollo e implementación de soluciones tecnológicas avanzadas para problemas de seguridad nacional, exploración espacial, atención médica y energía.

El laboratorio fue fundado en 1932 por Charles Stark Draper en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) para desarrollar instrumentación aeronáutica, y pasó a denominarse Laboratorio de Instrumentación del MIT. Durante este período, el laboratorio es mejor conocido por desarrollar la computadora de orientación Apollo, la primera computadora basada en un circuito integrado de silicio. Se le cambió el nombre a su fundador en 1970 y se separó del MIT en 1973 para convertirse en una organización independiente sin fines de lucro.

La experiencia del personal del laboratorio incluye las áreas de tecnologías y sistemas de guía, navegación y control; informática tolerante a fallos; algoritmos y sistemas de software avanzados; modelado y simulación; y sistemas microelectromecánicos y tecnología de módulos multichip.

Historia

En 1932, Charles Stark Draper, profesor de aeronáutica del MIT, fundó un laboratorio de enseñanza para desarrollar la instrumentación necesaria para rastrear, controlar y navegar aeronaves. Durante la Segunda Guerra Mundial, el laboratorio de Draper era conocido como el Laboratorio Confidencial de Desarrollo de Instrumentos. Posteriormente, el nombre se cambió a Laboratorio de Instrumentación del MIT o I-Lab. En 1970, estaba ubicado en 45 Osborn Street en Cambridge.

El laboratorio pasó a llamarse en honor a su fundador en 1970 y siguió siendo parte del MIT hasta 1973, cuando se convirtió en una corporación de investigación y desarrollo independiente y sin fines de lucro. La transición a una corporación independiente surgió de las presiones para la desinversión de los laboratorios del MIT que realizaban investigaciones militares en el momento de la guerra de Vietnam, a pesar de la ausencia de un papel del laboratorio en esa guerra.

Cuando se deshizo del MIT, el laboratorio se trasladó inicialmente al 75 de Cambridge Parkway y a otros edificios dispersos cerca del MIT, hasta que se pudo erigir un nuevo edificio centralizado de 450.000 pies cuadrados (42.000 m²). en 555 Plaza de la Tecnología. El complejo, diseñado por Skidmore, Owings & Merrill (Chicago), fue inaugurado en 1976 (posteriormente rebautizado como "Edificio Robert A. Duffy" en 1992).

En 1984, el recién construido edificio Albert G. Hill, de 170.000 pies cuadrados (16.000 m²), se inauguró en One Hampshire Street y se conectó al otro lado de la calle con el edificio principal a través de un Puente elevado peatonal cerrado de forma segura. Sin embargo, en 1989, Draper Lab se vio obligado a reducir a la mitad su plantilla de más de 2.000 personas, mediante una combinación de jubilaciones anticipadas, desgaste y despidos involuntarios. Esta drástica contracción fue causada por recortes en la financiación de defensa y cambios en las reglas de contratación gubernamental. En respuesta, Draper amplió su trabajo abordando objetivos nacionales no relacionados con la defensa en áreas como la exploración espacial, los recursos energéticos, la medicina, la robótica y la inteligencia artificial, y también tomó medidas para aumentar su trabajo no gubernamental, hasta llegar a tener 1.400 empleados dentro del década.

En 2017, un antiguo patio al aire libre entre los edificios originales se convirtió en un atrio cerrado de varios pisos de 20 000 pies cuadrados (1900 m²) para albergar escaneo de seguridad, recepción, áreas semipúblicas, espacio para exposiciones temporales e instalaciones de comedor para empleados. El espacio interior abierto y aireado, diseñado por los arquitectos de Boston Elkus Manfredi, cuenta con una pared verde y abundantes asientos.

Un enfoque principal de los programas del laboratorio a lo largo de su historia ha sido el desarrollo y la aplicación temprana de tecnologías avanzadas de guía, navegación y control (GN&C) para satisfacer las necesidades del Departamento de Defensa de EE. UU. y la NASA.. Los logros del laboratorio incluyen el diseño y desarrollo de sistemas de guía precisos y confiables para misiles balísticos lanzados desde el fondo del mar, así como para la Computadora de Guía Apolo que infaliblemente guió a los astronautas del Apolo a la Luna y de regreso a salvo a la Tierra. El proyecto Apollo fue dirigido por Margaret Hamilton e incluyó el trabajo de programadores como Don Eyles y Hal Laning.

El laboratorio contribuyó al desarrollo de sensores inerciales, software y otros sistemas para GN&C de aviones comerciales y militares, submarinos, misiles estratégicos y tácticos, naves espaciales y vehículos no tripulados. Los sistemas GN&C basados en inercia fueron fundamentales para la navegación de los submarinos con misiles balísticos durante largos períodos de tiempo bajo el mar para evitar ser detectados, y para guiar sus misiles balísticos lanzados desde submarinos hacia sus objetivos, comenzando con el programa de misiles UGM-27 Polaris.

Ubicaciones

Draper tiene oficinas en varias ciudades de EE. UU.:

• Cambridge, Massachusetts (quarters principales)
• Houston, Texas en el Centro Espacial Johnson de la NASA, así como una oficina separada
• Reston, Virginia Reston Servicio de Atención al Cliente
• Washington, DC Washington Navy Yard
• Huntsville, Alabama en el Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA, así como una oficina separada
• St. Petersburg, Florida Rapid Prototyping Facility
• Pittsfield, Massachusetts US Navy Integrated Repair Facility
• Cape Canaveral, Florida US Navy Trident Guidance Program Technical Support Facility

Las ubicaciones anteriores incluyen Tampa, Florida, en la Universidad del Sur de Florida (Centro de Bioingeniería).

Áreas técnicas

Según su sitio web, el personal del laboratorio aplica su experiencia a sistemas autónomos aéreos, terrestres, marítimos y espaciales; integración de información; sensores y redes distribuidos; municiones guiadas con precisión; Ingeniería Biomédica; defensa química/biológica; y modelado y gestión de sistemas energéticos. Cuando corresponde, Draper trabaja con socios para realizar la transición de su tecnología a la producción comercial.

El laboratorio abarca siete áreas de especialización técnica:

• Sistemas Estratégicos: Aplicación de asesoramiento, navegación y control (GN plagaC) a tecnologías híbridas con GPS y a la navegación submarino y la seguridad de las armas estratégicas.
• Sistemas Espaciales: Como "el socio de desarrollo tecnológico y agente de transición para la exploración planetaria de la NASA", desarrollo de GN divideC e instrumentos científicos de alto rendimiento. Expertise also addresses the national security space sector.
• Tactical Systems: Development of maritime intelligence, surveillance, and reconnaissance (ISR) platforms, miniaturized munitions guidance, guided aerial delivery systems for materiel, soldier-centered physical and decision support systems, secure electronics and communications, and early intercept guidance for missile defense engagement.
• Programas especiales: Desarrollo de conceptos, prototipado, producción de baja calidad y apoyo sobre el terreno para sistemas de primera clase, conectados con otras áreas técnicas.
• Sistemas biomédicos: Sistemas microelectromecánicos (MEMS), aplicaciones microfluídicas de la tecnología médica y dispositivos médicos inteligentes miniaturizados.
• Air Warfare e ISR: Tecnología de inteligencia para aplicaciones de localización y planificación de objetivos.
• Energy Solutions: Gestión de la fiabilidad, eficiencia y rendimiento del equipo en sistemas complejos de generación de energía y consumo, incluyendo centrales eléctricas de carbón o la Estación Espacial Internacional.

Proyectos destacados

Las áreas de proyectos que han aparecido en las noticias se referían a la experiencia central de Draper Laboratory en navegación inercial, en fecha tan reciente como 2003. Más recientemente, el énfasis se ha desplazado a la investigación en temas innovadores de navegación espacial, sistemas inteligentes que dependen de sensores y computadoras para tomar decisiones autónomas, y dispositivos médicos a nanoescala.

Navegación inercial

El personal del laboratorio ha estudiado formas de integrar la información del sistema de posicionamiento global (GPS) en la navegación basada en el sistema de navegación inercial para reducir costos y mejorar la confiabilidad. Los sistemas militares de navegación inercial (INS) no pueden depender totalmente de la disponibilidad de los satélites GPS para corregir el rumbo (lo cual es necesario debido al crecimiento gradual del error o "desviación"), debido a la amenaza de bloqueo hostil o interferencia de la señal. Un sistema inercial menos preciso generalmente significa un sistema menos costoso, pero que requiere una recalibración más frecuente de la posición desde otra fuente, como el GPS. Los sistemas que integran GPS con INS se clasifican como sistemas "débilmente acoplados" (anterior a 1995), "estrechamente acoplado" (1996-2002), o "profundamente integrado" (2002 en adelante), dependiendo del grado de integración del hardware. A partir de 2006, se previó que muchos usos militares y civiles integrarían el GPS con el INS, incluida la posibilidad de proyectiles de artillería con un sistema profundamente integrado que pueda soportar 20.000 g cuando se disparan desde un cañón.

Navegación espacial

En 2010, Draper Laboratory y el MIT colaboraron con otros dos socios como parte del equipo Next Giant Leap para ganar una subvención para lograr el Premio Google Lunar X y enviar el primer robot a la Luna con financiación privada. Para optar al premio, el robot debe viajar 500 metros a través de la superficie lunar y transmitir vídeos, imágenes y otros datos a la Tierra. Un equipo desarrolló un "simulador terrestre artificial lunar y de gravedad reducida" para simular operaciones en el entorno espacial, utilizando el algoritmo de guía, navegación y control de Draper Laboratory para gravedad reducida.

En 2012, los ingenieros del Laboratorio Draper en Houston, Texas, desarrollaron un nuevo método para girar la Estación Espacial Internacional, llamado "maniobra de propulsor óptima", que logró un ahorro del 94 por ciento con respecto a la práctica anterior. El algoritmo tiene en cuenta todo lo que afecta el movimiento de la estación, incluida "la posición de sus propulsores y los efectos de la gravedad y el par giroscópico".

A partir de 2013, a escala personal, Draper estaba desarrollando una prenda para uso en órbita que utiliza giroscopios de momento controlado (CMG) que crean resistencia al movimiento de las extremidades de un astronauta para ayudar a mitigar la pérdida ósea y mantener la masa muscular. tono durante un vuelo espacial prolongado. La unidad se llama traje de contramedida de vector variable, o V2Suit, que también utiliza CMG para ayudar en el equilibrio y la coordinación del movimiento creando resistencia al movimiento y una sensación artificial de "abajo". Cada módulo CMG tiene aproximadamente el tamaño de una baraja de cartas. El concepto es que la prenda se use "antes del aterrizaje de regreso a la Tierra o periódicamente durante una misión larga".

En 2013, un equipo de Draper/MIT/NASA también estaba desarrollando un traje espacial aumentado con CMG que ampliaría las capacidades actuales del programa de "Ayuda simplificada para rescate EVA" de la NASA. (SAFER): un traje espacial diseñado para el "auto-rescate propulsivo" para cuando un astronauta accidentalmente se libera de una nave espacial. El traje mejorado con CMG proporcionaría una mejor contrafuerza que la que ahora está disponible cuando los astronautas utilizan herramientas en entornos de baja gravedad. La contrafuerza está disponible en la Tierra debido a la gravedad. Sin él, una fuerza aplicada daría como resultado una fuerza igual en la dirección opuesta, ya sea en línea recta o girando. En el espacio, esto podría hacer que un astronauta pierda el control. Actualmente, los astronautas deben fijarse a la superficie en la que trabajan. Los CMG ofrecerían una alternativa a la conexión mecánica o la fuerza gravitacional.

Servicios comerciales de carga útil lunar

El 29 de noviembre de 2018, la NASA nombró al Laboratorio Draper como contratista de servicios comerciales de carga útil lunar, lo que lo hace elegible para licitar para entregar cargas útiles de ciencia y tecnología a la Luna para la NASA. Draper Lab ha propuesto formalmente un módulo de aterrizaje lunar llamado Artemis-7. La compañía explicó que el número 7 denota la séptima misión de alunizaje en la que estaría involucrado el Laboratorio Draper, después de los seis alunizajes del Apolo. El concepto del módulo de aterrizaje se basa en un diseño de una empresa japonesa llamada ispace, que es miembro del equipo de Draper en esta empresa. Los subcontratistas en esta empresa incluyen a General Atomics, que fabricará el módulo de aterrizaje, y Spaceflight Industries, que organizará los servicios de lanzamiento del módulo de aterrizaje.

Sistemas inteligentes

Los investigadores de Draper desarrollan sistemas de inteligencia artificial para permitir que los dispositivos robóticos aprendan de sus errores. Este trabajo apoya el trabajo financiado por DARPA, perteneciente al Army Future Combat System. Esta capacidad permitiría a un vehículo autónomo bajo fuego aprender que esa carretera es peligrosa y encontrar una ruta más segura o reconocer su estado de combustible y daños. En 2008, Paul DeBitetto supuestamente dirigió el grupo de robótica cognitiva en el laboratorio en este esfuerzo.

A partir de 2009, el Departamento de Seguridad Nacional de EE. UU. financió el Laboratorio Draper y otros colaboradores para desarrollar una tecnología para detectar terroristas potenciales con cámaras y otros sensores que monitorean el comportamiento de las personas que están siendo examinadas. El proyecto se llama Future Attribute Screening Technology (FAST). La solicitud sería para puntos de control de seguridad para evaluar a los candidatos para un control de seguimiento. En una demostración de la tecnología, el director del proyecto, Robert P. Burns, explicó que el sistema está diseñado para distinguir entre intenciones maliciosas y expresiones benignas de angustia mediante el empleo de una investigación corporal sustancial sobre la psicología del engaño.

A partir de 2010, Neil Adams, director de programas de sistemas tácticos del Laboratorio Draper, dirigió la integración de sistemas del programa de Nano Vehículos Aéreos (NAV) de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) para miniaturizar plataformas de reconocimiento voladoras. Esto implica gestionar el vehículo, las comunicaciones y los sistemas de control terrestre que permiten que los NAV funcionen de forma autónoma para transportar una carga útil de sensores para lograr la misión prevista. El NAVS debe funcionar en zonas urbanas con poca o ninguna disponibilidad de señal GPS, basándose en sensores y sistemas basados en la visión.

Sistemas médicos

En 2009, Draper colaboró con Massachusetts Eye and Ear Infirmary para desarrollar un dispositivo implantable de administración de fármacos, que "fusiona aspectos de sistemas microelectromecánicos, o MEMS, con microfluidos, lo que permite el control preciso de fluidos en muy pequeñas escalas". El dispositivo es una "máquina flexible llena de fluido", que utiliza tubos que se expanden y contraen para promover el flujo de fluido a través de canales con un ritmo definido, impulsado por una bomba a microescala, que se adapta a las influencias ambientales. El sistema, financiado por los Institutos Nacionales de Salud, puede tratar la pérdida auditiva administrando "pequeñas cantidades de un medicamento líquido a una región muy delicada del oído; el implante permitirá que las células sensoriales vuelvan a crecer y, en última instancia, restablezca al paciente". 39;audiencia".

En 2010, Heather Clark del Laboratorio Draper estaba desarrollando un método para medir la concentración de glucosa en sangre sin pincharse el dedo. El método utiliza un nanosensor, como un tatuaje en miniatura, de sólo unos pocos milímetros de ancho, que los pacientes aplican sobre la piel. El sensor utiliza rangos de luz visible o del infrarrojo cercano para determinar las concentraciones de glucosa. Normalmente, para regular sus niveles de glucosa en sangre, los diabéticos deben medir su glucosa en sangre varias veces al día tomando una gota de sangre obtenida mediante un pinchazo e insertando la muestra en una máquina que puede medir el nivel de glucosa. El enfoque de los nanosensores sustituiría este proceso.

Innovaciones notables

El personal del laboratorio trabajó en equipos para crear novedosos sistemas de navegación, basados en guía inercial y en computadoras digitales para respaldar los cálculos necesarios para determinar el posicionamiento espacial.

• Mark 14 Gunsight (1942)—Mejorada exactitud de las armas antiaéreas utilizadas a bordo de buques navales en WWII
• Space Inertial Reference Equipment (SPIRE) (1953)—Navegación todo-inercial autónoma para aeronaves cuya viabilidad demostraba el laboratorio en una serie de pruebas de vuelo de 1953.
• El sistema Laning y Zierler (1954: también llamado, "George")—Un compilador algebraico temprano, diseñado por Hal Laning y Neal Zierler.
• Q-guidance-- Un método de orientación de misiles, desarrollado por Hal Laning y Richard Battin
• Apollo Guidance Computer... El primer equipo desplegado para explotar la tecnología de circuito integrado a bordo, navegación autónoma en el espacio
• Volar por cable digital... Un sistema de control que permite a un piloto controlar el avión sin estar conectado mecánicamente a las superficies de control del avión
• Fault-tolerant Computación... El uso de varios ordenadores funciona simultáneamente en una tarea. Si alguno de los ordenadores falla, los otros pueden asumir una capacidad vital cuando está en juego la seguridad de un avión u otro sistema.
• Tecnologías microelectromecánicas (MEMS) Sistemas micromecánicos que permitieron el primer giroscopio micromaquinado.
• algoritmos de sistemas autónomos: Algoritmos, que permiten la reunión autónoma y el atraco de naves espaciales; sistemas para vehículos submarinos
• GPS junto con sistema de navegación inercial: Un medio para permitir la navegación continua cuando el vehículo o el sistema entra en un entorno de identificación GPS

Programas de extensión

Draper Laboratory aplica algunos de sus recursos para desarrollar y reconocer el talento técnico a través de programas educativos y exhibiciones públicas. También patrocina el Premio Charles Stark Draper, uno de los tres denominados "Premios Nobel de Ingeniería" administrado por la Academia Nacional de Ingeniería de EE. UU.

Exposiciones

De vez en cuando, Draper Laboratory organiza exposiciones y eventos gratuitos abiertos al público, que se presentan en espacios semipúblicos especiales al frente del atrio central en el edificio principal Duffy. Por ejemplo, en 2019 Draper presentó Hack the Moon, una celebración del 50.º aniversario del primer alunizaje del Apolo el 20 de julio de 1969. La exposición presentó artefactos, como el hardware de la computadora de guía Apollo desarrollado en Draper y el software de misión desarrollado por el personal de Draper, incluidos Don Eyles, Margaret Hamilton y Hal Laning. Los visitantes podrían practicar el aterrizaje del Módulo Lunar Apollo en un simulador de software y luego intentar aterrizar mientras viajan dentro de un simulador de movimiento de tamaño completo como el utilizado por los astronautas para practicar la misión real. Charlas del personal y jubilados de Draper y conciertos públicos gratuitos completaron las festividades. Se creó un sitio web especial Hack the Moon para conmemorar la celebración.

Otras exposiciones han destacado diferentes aspectos de los proyectos de investigación realizados en Draper, incluida información sobre oportunidades de empleo. Todos los visitantes deben pasar por un escáner de seguridad similar a los que se utilizan en los aeropuertos, pero no se requieren autorizaciones de seguridad especiales para acceder a las áreas semipúblicas.

Educación técnica

El Draper Fellow Program, basado en investigaciones, patrocina a unos 50 estudiantes de posgrado cada año. Los estudiantes están capacitados para ocupar puestos de liderazgo en el gobierno, el ejército, la industria y la educación. El laboratorio también apoya la investigación financiada en el campus con profesores e investigadores principales a través del programa de I+D de la Universidad. Ofrece oportunidades de pasantías y empleo para estudiantes de pregrado.

Draper Laboratory lleva a cabo un programa de extensión de educación comunitaria y STEM (Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas) K-12, que estableció en 1984. Cada año, el laboratorio distribuye más de $175,000 a través de sus programas de relaciones comunitarias. Estos fondos incluyen el apoyo a pasantías, cooperativas, participación en festivales científicos y la provisión de giras y oradores: es una extensión de esta misión.

A partir de 2021, Draper Laboratory también patrocina Draper Spark!Lab, en el Museo Nacional de Historia Estadounidense en el National Mall en Washington, DC. El espacio de trabajo práctico sobre inventos operado por el Instituto Smithsonian es gratuito para todos los visitantes y se centra en actividades educativas para niños de 6 a 12 años.

Premio Draper

La empresa otorga el Premio Charles Stark Draper, que es administrado por la Academia Nacional de Ingeniería. Se otorga "para reconocer los logros innovadores de la ingeniería y su puesta en práctica de maneras que han generado importantes beneficios y mejoras significativas en el bienestar y la libertad de la humanidad". Los logros en cualquier disciplina de ingeniería son elegibles para el premio de 500.000 dólares.