NASA最新：转向AI设计任务硬件，借助3D打印推动太空制造能力

近日，3D打印技术参考注意到，NASA透露了其正在使用人工智能（AI）进行太空任务组件设计的尝试，AI的参与不仅显著提升了组件的性能并使整个迭代过程大为缩短。

NASA表示，其已经在使用商用人工智能软件来协助工程师设计下一代航天器硬件，且将这些组件用于了天体物理气球观测站、空间天气监测器和太空望远镜的设计和建造，甚至火星样本返回任务等。由人工智能设计的航天器和任务组件完全不同于以往基于传统经验进行的设计，而更像是来自于科幻。它们重量更轻，能承受更高的结构载荷，并且开发零件所需的时间只是人类设计部件的一小部分。

材料工程师将由人工智能创建的设计称之为“进化结构”。在创建进化结构之前，计算机辅助设计 (CAD) 专家首先设置新对象的“禁区”参数，例如零件连接到航天器或其他仪器的位置，螺栓和配件规格，附属硬件和电子产品等。一旦定义了这些因素，人工智能就会将这些点连接起来，在短短一两个小时内完成复杂的结构设计。

人工智能辅助设计的先进结构

NASA的工程师将AI视为设计顾问，整个设计可以在人的监督下将数月的工作压缩到几天或几小时内。在传统的机械设计中，设计师会想出一个CAD模型来满足某些要求。然后，分析师将对其进行评估，这可能需要一周的时间。这个过程不断迭代，直到设计完成。最后，另一位专家将检查设计，确保它可以进行制造。

而生成式人工智能工具压缩了这个过程，它在内部自行完成所有这些工作，提出设计、分析、评估可制造性，在短短一个小时内进行30或40次迭代，而人的设计只能在一周内进行几次迭代。

EXCITE望远镜铝合金脚手架，弯曲的交叉加强结构旨在抵抗偏心力

工程师表示，与传统组件相比，这些进化的结构最多可减轻三分之二的重量，并且可以由商业供应商进行铣削加工。基于此，NASA可以进行原型部件的设计、分析和制造，并在短短一周内获得零件。与以往的工作方式相比，它的速度要快得多。

由AI设计的结构，还需要使用NASA的标准验证软件和流程对零件进行分析，以检测潜在的故障点。NASA工程师强调，由AI生成的设计仍然需要人的检查，因为有时算法会让结构过于单薄。但在应力分析之后，工程师发现由算法生成的部件没有人工设计所具有的应力集中，压力因素几乎比专家设计的零件低十倍。因此，AI实际上降低了风险。基于此，NASA已经在大量使用人工智能设计任务组件。

尽管很难确切知道生成式AI技术将在多大程度上成为NASA设计过程的一部分，但不可否认的是，这种设计方式将从根本上改变人类创造的方式。但3D打印又将在这个过程中发挥什么作用呢？

NASA的工程师表示，“如果是汽车公司，你可能只会设计一种底盘结构并大批量生产，但NASA的需求并没有那么多，大量零件还需要定制。使用树脂和金属的3D打印将开启人工智能辅助设计的未来，使更大的组件成为可能，例如结构桁架、移动或展开的复杂系统或先进的精密光学器件。这些技术可以使NASA和商业合作伙伴在轨建造更大的部件，因为这些部件无法安装在标准运载火箭中，今后甚至可以在月球或火星上直接借助3D打印来制造零件。”

合并AI、3D打印以及外太空原位资源利用将提升太空服务、装配和制造能力。根据白宫科技政策办公室的相关国家战略和实施计划， 上述制造能力是美国太空基础设施发展的关键优先事项。