Laboratorio Draper - Draper Laboratory

Laboratorio Draper
Escribe Corporación independiente sin fines de lucro
Industria Energía Biomédica del
Espacio de Defensa

Fundado Laboratorio de Desarrollo de Instrumentos Confidencial del MIT (1932)
El Laboratorio Charles Stark Draper, Inc. (1973)
Sede 555 Technology Square , Cambridge, MA 02139-3563
Numero de locaciones
4
Gente clave
Dr. William LaPlante , presidente y director ejecutivo (2020–)
Ingresos $ 571,8 millones (año fiscal 2017)
Número de empleados
1.700
Sitio web www.draper.com

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 y despliegue de soluciones de tecnología avanzada para problemas de seguridad nacional, exploración espacial, atención médica y energía.

El laboratorio fue fundado en 1932 por Charles Stark Draper en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) para desarrollar instrumentación aeronáutica, y pasó a llamarse Laboratorio de Instrumentación del MIT . Durante este período, el laboratorio es más conocido por desarrollar la computadora de guía Apollo , la primera computadora basada en circuitos integrados 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; computación tolerante a fallas; algoritmos y sistemas de software avanzados; modelado y simulación; y sistemas microelectromecánicos y tecnología de módulo multichip.

Historia

La interfaz de pantalla y teclado (DSKY) de la computadora de guía Apollo , montada en el panel de control del módulo de comando, con el indicador de actitud del director de vuelo (FDAI) arriba

En 1932, Charles Stark Draper, profesor de aeronáutica del MIT, fundó un laboratorio de enseñanza para desarrollar la instrumentación necesaria para el seguimiento, control y navegación de aeronaves. Durante la Segunda Guerra Mundial , el laboratorio de Draper fue conocido como Laboratorio de Desarrollo de Instrumentos Confidenciales . Más tarde, el nombre se cambió a MIT Instrumentation Laboratory o I-Lab . En 1970, estaba ubicado en 45 Osborn Street en Cambridge.

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

Cuando se desintegró del MIT, el laboratorio se trasladó inicialmente a 75 Cambridge Parkway y otros edificios dispersos cerca del MIT, hasta que se pudiera erigir un nuevo edificio centralizado de 450.000 pies cuadrados (42.000 m 2 ) en 555 Technology Square . El complejo, diseñado por Skidmore, Owings & Merrill (Chicago), fue inaugurado en 1976 (más tarde rebautizado como "Edificio Robert A. Duffy" en 1992).

En 1984, el edificio Albert G. Hill recién construido de 170.000 pies cuadrados (16.000 m 2 ) se inauguró en One Hampshire Street y se conectó al otro lado de la calle con el edificio principal a través de un puente peatonal peatonal cerrado de forma segura . Sin embargo, en 1989, Draper Lab se vio obligado a reducir su fuerza laboral de más de 2000 a la mitad, mediante una combinación de jubilación anticipada, deserción y despidos involuntarios. Esta drástica contracción fue causada por recortes en los fondos de defensa y cambios en las reglas de contratación del gobierno. En respuesta, Draper amplió su trabajo para abordar los objetivos nacionales no relacionados con la defensa en áreas como exploración espacial, recursos energéticos, medicina, robótica e inteligencia artificial, y también tomó medidas para aumentar su trabajo no gubernamental, que eventualmente aumentó a 1400 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 (1,900 m 2 ) para acomodar el escaneo de seguridad, la recepción, las áreas semipúblicas, el espacio de exhibición temporal y las instalaciones de comedor para los empleados. El espacio interior abierto y aireado, diseñado por los arquitectos de Boston Elkus Manfredi , cuenta con una plantación de paredes verdes 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 los 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 mar, así como para la Computadora de Orientación Apolo que guió infaliblemente a los astronautas del Apolo a la Luna y de regreso a salvo a la Tierra. El laboratorio contribuyó al desarrollo de sensores inerciales, software y otros sistemas para el GN&C de aviones comerciales y militares, submarinos, misiles estratégicos y tácticos, naves espaciales y vehículos sin tripulación.

El proyecto Apollo incluyó el trabajo de programadores como Don Eyles , Margaret Hamilton y Hal Laning , quienes codificaron el software de la misión a bordo para el aterrizaje lunar del Apolo 11 de la NASA . Los sistemas GN&C basados ​​en inercia fueron fundamentales para navegar submarinos de misiles balísticos durante largos períodos de tiempo bajo el mar para evitar la detección y para guiar sus misiles balísticos lanzados desde submarinos a sus objetivos, comenzando con el programa de misiles UGM-27 Polaris .

Ubicaciones

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

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

Areas tecnicas

El logotipo original enfatizaba la tecnología de navegación y guía; Desde entonces, el laboratorio ha diversificado sus áreas de especialización.

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 de precisión; Ingeniería Biomédica; defensa química / biológica; y modelado y gestión de sistemas de energía. Cuando es apropiado, Draper trabaja con socios para hacer la transición de su tecnología a la producción comercial.

El laboratorio abarca siete áreas de especialización técnica:

  • Sistemas estratégicos: Aplicación de la experiencia en orientación, navegación y control (GN&C) a tecnologías híbridas asistidas por GPS y a la navegación submarina y la seguridad de armas estratégicas.
  • Space Systems: como "socio de desarrollo tecnológico de la NASA y agente de transición para la exploración planetaria", desarrollo de GN&C e instrumentos científicos de alto rendimiento. La experiencia también aborda el sector espacial de la seguridad nacional.
  • Sistemas tácticos: desarrollo de plataformas de inteligencia, vigilancia y reconocimiento marítimos (ISR), guía de municiones miniaturizadas, sistemas de entrega aérea guiada para material, sistemas físicos y de apoyo a la toma de decisiones centrados en el soldado, electrónica y comunicaciones seguras, y guía de interceptación temprana para el combate de defensa antimisiles. .
  • Programas especiales: desarrollo de conceptos, creación de prototipos, producción a baja tasa y soporte de campo para sistemas de primera clase, conectados con las otras áreas técnicas.
  • Sistemas biomédicos: sistemas microelectromecánicos (MEMS), aplicaciones de microfluidos de tecnología médica y dispositivos médicos inteligentes miniaturizados.
  • Air Warfare e ISR: tecnología de inteligencia para aplicaciones de planificación de objetivos y objetivos.
  • Soluciones energéticas: gestionar la fiabilidad, la eficiencia y el rendimiento de los equipos a través de sistemas complejos de consumo y generación de energía, incluidas las centrales eléctricas de carbón o la Estación Espacial Internacional .

Proyectos destacados

El USS  George Washington  (SSBN-598) se basó en la navegación inercial mientras estaba sumergido y sus misiles UGM-27 Polaris se basaron en la guía inercial para encontrar sus objetivos.

Las áreas del proyecto que han surgido en las noticias se refieren a la experiencia central del Laboratorio Draper en navegación inercial , tan recientemente como en 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 los costos y mejorar la confiabilidad. Los sistemas militares de navegación inercial (INS) no pueden depender totalmente de la disponibilidad de satélites GPS para la corrección del rumbo (que es necesaria por el crecimiento gradual del error o "deriva"), 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 de posición más frecuente desde otra fuente, como el GPS. Los sistemas que integran GPS con INS se clasifican como "débilmente acoplados" (anteriores a 1995), "estrechamente acoplados" (1996-2002) o "profundamente integrados" (2002 en adelante), según el grado de integración del hardware. A partir de 2006, se previó que muchos usos militares y civiles integrarían GPS con INS, incluida la posibilidad de proyectiles de artillería con un sistema profundamente integrado que puede soportar 20.000 g , cuando se dispara desde un cañón.

Navegación espacial

El funcionamiento de la Estación Espacial Internacional emplea varias tecnologías de Laboratorio Draper.

En 2010, Draper Laboratory y 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 financiado con fondos privados a la Luna. Para calificar para el premio, el robot debe viajar 500 metros a través de la superficie lunar y transmitir videos, imágenes y otros datos a la Tierra. Un equipo desarrolló un "Simulador de gravedad reducida y lunar artificial terrestre" para simular operaciones en el entorno espacial, utilizando el algoritmo de guía, navegación y control de Draper Laboratory para reducir la gravedad.

En 2012, los ingenieros del Laboratorio Draper en Houston , Texas, desarrollaron un nuevo método para hacer girar la Estación Espacial Internacional , llamado "maniobra propulsora óptima", que logró un ahorro del 94 por ciento con respecto a la práctica anterior. El algoritmo tiene en cuenta todo lo que afecta al 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 su uso en órbita que utiliza giroscopios de momento controlado (CMG) que crea resistencia al movimiento de las extremidades de un astronauta para ayudar a mitigar la pérdida ósea y mantener el tono muscular durante los vuelos espaciales prolongados. La unidad se llama traje de contramedida de vector variable, o V2Suit, que utiliza CMG también para ayudar en el equilibrio y la coordinación del movimiento al crear resistencia al movimiento y una sensación artificial de "caída". Cada módulo CMG tiene aproximadamente el tamaño de una baraja de cartas. El concepto es que la prenda se use "en el período previo al aterrizaje de regreso en la Tierra o periódicamente durante una misión larga".

En 2013, un equipo de Draper / MIT / NASA también estaba desarrollando un traje espacial con CMG aumentado que ampliaría las capacidades actuales de la "Ayuda simplificada para el rescate de EVA" (SAFER) de la NASA, un traje espacial diseñado para el "autorrescate propulsivo" para cuando un El astronauta accidentalmente se suelta de una nave espacial. El traje aumentado CMG proporcionaría una mejor contrafuerza de la que ahora está disponible cuando los astronautas usan herramientas en entornos de baja gravedad. Counterforce está disponible en la Tierra por gravedad. Sin ella, una fuerza aplicada resultaría en una fuerza igual en la dirección opuesta, ya sea en línea recta o girando. En el espacio, esto podría hacer que un astronauta se salga de control. Actualmente, los astronautas deben fijarse a la superficie en la que se está trabajando. 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, Draper Laboratory fue nombrado contratista de Servicios de Carga Lunar Comercial por la NASA , 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 del módulo de aterrizaje lunar en la que estaría involucrado el Laboratorio Draper, después de los seis aterrizajes lunares 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 de esta empresa incluyen 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 es en apoyo del trabajo financiado por DARPA , perteneciente al Army Future Combat System . Esta capacidad permitiría a un autónomo bajo fuego aprender que esa carretera es peligrosa y encontrar una ruta más segura o reconocer su estado de combustible y estado de daños. En 2008, Paul DeBitetto presuntamente 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 aplicación sería para los puestos de control de seguridad para evaluar a los candidatos para la detección 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 para Draper Laboratory, dirigió la integración de sistemas del programa Nano Aerial Vehicle (NAV) de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) para miniaturizar las plataformas de reconocimiento volador. Esto implica la gestión del vehículo, las comunicaciones y los sistemas de control en tierra que permiten que los NAV funcionen de forma autónoma para transportar una carga útil del sensor para lograr la misión prevista. El NAVS debe funcionar en áreas urbanas con poca o ninguna disponibilidad de señal GPS, confiando en sensores y sistemas basados ​​en visión.

Sistemas médicos

Los dispositivos de microfluidos tienen el potencial de implantarse en humanos para administrar terapias correctivas.

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 a escalas muy pequeñas". El dispositivo es una "máquina flexible llena de líquido", que utiliza tubos que se expanden y contraen para promover el flujo de líquido a través de canales con un ritmo definido, impulsado por una bomba de microescala, que se adapta a la entrada del entorno. El sistema, financiado por los Institutos Nacionales de Salud , puede tratar la pérdida auditiva mediante la administración de "pequeñas cantidades de un medicamento líquido en una región muy delicada del oído; el implante permitirá que las células sensoriales vuelvan a crecer, restaurando finalmente la audición del paciente".

En 2010, Heather Clark de Draper Laboratory estaba desarrollando un método para medir la concentración de glucosa en sangre sin pincharse el dedo. El método utiliza un nano-sensor, como un tatuaje en miniatura, de solo varios milímetros de ancho, que los pacientes aplican a la piel. El sensor utiliza rangos de luz visible o infrarroja cercana 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 con un pinchazo e insertando la muestra en una máquina que puede medir el nivel de glucosa. El enfoque de nano-sensores suplantaría este proceso.

Innovaciones notables

El personal del laboratorio trabajó en equipos para crear nuevos 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): precisión mejorada de la mira de los cañones antiaéreos utilizados a bordo de los buques de guerra en la Segunda Guerra Mundial
  • Equipo de referencia espacial inercial (SPIRE) (1953): una navegación autónoma totalmente inercial para aeronaves cuya viabilidad demostró 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-guía: un método de guía de misiles, desarrollado por Hal Laning y Richard Battin
  • Computadora de orientación Apollo: la primera computadora implementada para explotar la tecnología de circuitos integrados de navegación autónoma a bordo en el espacio.
  • Fly-by-wire digital : un sistema de control que permite al piloto controlar la aeronave sin estar conectado mecánicamente a las superficies de control de la aeronave.
  • Computación tolerante a fallas: el uso de varias computadoras funciona en una tarea simultáneamente. Si alguna de las computadoras falla, las demás pueden asumir una capacidad vital cuando está en juego la seguridad de una aeronave u otro sistema.
  • Tecnologías microelectromecánicas ( MEMS ): sistemas micro-mecánicos que permitieron el primer giroscopio micromaquinado.
  • Algoritmos de sistemas autónomos: algoritmos que permiten el encuentro y el acoplamiento autónomos 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 sistema entra en un entorno sin GPS.

Programas de divulgación

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 llamados "Premios Nobel de Ingeniería" administrados por la Academia Nacional de Ingeniería de Estados Unidos .

Exposiciones

Apollo Guidance Computer en la exposición Hack the Moon , con una imagen de la pionera del software Margaret Hamilton en la esquina superior derecha

De vez en cuando, Draper Laboratory alberga exposiciones y eventos gratuitos abiertos al público, que se presentan en espacios especiales semipúblicos en la parte delantera del espacio del atrio central en el edificio principal Duffy. Por ejemplo, en 2019 Draper presentó Hack the Moon , una celebración del 50 aniversario del primer aterrizaje lunar del Apolo el 20 de julio de 1969 . La exposición contó con artefactos, como el hardware de la computadora Apollo Guidance , desarrollado en Draper, y el software de la misión desarrollado por el personal de Draper, incluidos Don Eyles , Margaret Hamilton y Hal Laning . Los visitantes podían practicar el aterrizaje del Módulo Lunar Apollo en un simulador de software y luego intentar aterrizar mientras viajaban dentro de un simulador de movimiento de tamaño completo como el que usaron los astronautas para practicar la misión real. Las charlas de los empleados y jubilados de Draper, y los 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 usan en los aeropuertos, pero no se requieren autorizaciones de seguridad especiales para acceder a las áreas semipúblicas.

Educación técnica

El programa de becarios Draper basado en la investigación patrocina a unos 50 estudiantes graduados 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 empleo y pasantías para estudiantes de pregrado.

Draper Laboratory lleva a cabo un programa de extensión de educación comunitaria y K-12 STEM (ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas), 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 de pasantías, cooperativas, participación en festivales de ciencia 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 de invención práctica operado por la Institución Smithsonian es gratuito para todos los visitantes y se enfoca en actividades educativas para niños de 6 a 12 años.

Premio Draper

La compañía otorga el premio Charles Stark Draper , que es administrado por la Academia Nacional de Ingeniería . Se otorga "para reconocer los logros de la ingeniería innovadora y su reducción a la práctica en formas que han conducido a importantes beneficios y una mejora significativa en el bienestar y la libertad de la humanidad". Los logros en cualquier disciplina de ingeniería son elegibles para el premio de $ 500,000.

Ver también

Referencias