创新设计：NASA借助AI和3D打印制造spider行星着陆器
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笔者在前几期曾发布一篇名为《人工智能和3D打印：满足制造业未来》的文章，细数当下AI和3D打印如何结合生成创新设计。就在前几日，NASA宣布他们与Autodesk合作，借助这两项先进技术打造了史上最炫酷的行星着陆器“spider”，再次将两项先进科技的结合推向前台。
Spider着陆器
2012年，NASA将好奇号发射到了距离地球5500万公里之外的火星，到目前为止，在过去或现在都没有找到关于火星生命的证据。NASA喷气推进实验室（JPL）的设计师和工程师这次将目光锁定在了距离地球更远的土星及其卫星。众所周知，太空发射具有高昂的成本，任何重量的增加意味着需要消耗更多的燃料。在航天器结构完整性和耐久性允许的情况下尽量减重，便成为各航空大国都在追求的目标。
合作背景
针对此项目，Autodesk主动向JPL寻求合作，后者则提出了一个非常明确的目标：找出减轻深空着陆器重量的方法。
行星际着陆器需要在远低于零的温度下执行复杂的操作功能，并且要承受比地球上大几千倍的辐射水平，但首先，它必须有足够的燃料才能到达目的地。
Spider着陆器渲染图
在太空探索中，升空时的重量是最重要的考虑因素之一。从结构有效载荷中节省出来的每千克质量，可以大大提高传感器和科学仪器的有效载荷。
在零风险和使用潜力之间取得平衡
在很多行业，试错可以推动产品改进。但在太空探索中，失败的代价太高，任务通常只允许一次成功，很少有B方案，因此可以理解包括国内航空在内的所有航空公司都如此谨慎小心。JPL团队在此项目中坚持使用已经验证过的材料，如钛合金和铝合金，这些材料可以承受恶劣的空间环境，也能够进行CNC加工等经过验证的制造工艺。
与此同时，他们需要探索新技术可以带来什么，这里面有成本因素也有避免被其他公司淘汰的担忧。他们总是在零风险和使用潜力之间取得平衡。
项目成员精心组装着陆器的组件
在JPL内部会有专门的部门尝试新工艺，并推荐能够对特定任务抱有安全承诺的团队。他们一直谨慎的将新技术融入工作中，尝试新技术，同时将风险降到最低。
利用AI实现30%甚至更高的性能提升
最初10%的减重并未引起JPL的兴趣，真正的变化发生在Autodesk开始借助AI软件。
使用云计算、机器学习和实验生成设计技术，快速生成一系列适合工程师设定的特定约束的设计解决方案，它使设计团队能够探索更广阔的设计空间，同时仍然受到制造工艺和性能需求的约束，也即生成的设计必须能够通过现有的制造手段加工出来。
3D打印、CNC和铸造 - 用于制造着陆器的不同部件
JPL团队探索了多个结构部件的实验性生成设计，包括放置科学仪器的内部结构和将着陆器腿部连接到主有效负载箱的外部结构。其中一些部件最终通过3D打印制造，与最初的基准设计相比，外部结构的质量减少了35％。
着陆器约2.5米宽，1米高
与此同时，AI生成设计的另一个主要好处是它使JPL团队能够快速迭代设计。随着设计的成熟和新的性能或环境数据的出现，AI生成设计可以让客户快速创建新结构。大多数团队通常需要2-4个月才能完成的修改，使用AI则可以在2-4周内完成，设计人员只需要更新约束条件，而不需要从头重新开始，这也使得设计过程发生真正革命性的改变。
END
创建一个能够承受极端条件的着陆器是一项巨大的挑战，JPL的设计人员正在研究和使用他们掌握的所有新技术。目前，AI生成设计的应用仍然被视为JPL内一个发展性的研究项目。但把看似不可能的事情变成可能是JPL的特色，正如上世纪60年代大型计算机计算能力的突飞猛进帮助太空计划达到新的高度一样，AI生成设计等技术正在太空探索中创造新的可能性，使我们能够更进一步、更多地了解我们在宇宙中的位置。
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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：创新设计：NASA借助AI和3D打印制造spider行星着陆器