Este proyecto de prueba práctico, basado en IA, ayudará a garantizar que los guantes de astronauta estén seguros en el espacio

Por: Tom Keane, vicepresidente corporativo de ingeniería de misión en Microsoft.

Los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) no son turistas espaciales. Son trabajadores, científicos e ingenieros. Realizan misiones científicas críticas en un entorno operativo intenso donde la seguridad es primordial. En las caminatas espaciales, reparan equipos, instalan nuevos instrumentos y actualizan la nave espacial más grande jamás volada. Al igual que los trabajadores aquí en la Tierra, sus guantes pueden mostrar desgaste, incluso rasgaduras y cortes, lo que presenta posibles problemas de seguridad.

Para evitar que surjan problemas, los astronautas que trabajan para la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA, por sus siglas en inglés) deben tomar fotografías de los guantes de su traje espacial durante y después de cada caminata espacial y enviarlas a la Tierra para su inspección. A partir de ahí, los analistas de la NASA examinan las fotos de los guantes en busca de cualquier daño que pueda representar un peligro y luego envían los resultados de vuelta a los astronautas en la ISS.

Este proceso hace el trabajo con la distancia de órbita baja de la ISS de alrededor de 250 millas desde la Tierra, pero las cosas serán diferentes cuando la NASA una vez más envíe personas a la Luna y luego a Marte, a 140 millones de millas de la Tierra.

Desde Marte, tomará hasta 20 minutos decir «hola» a alguien en la Tierra, y otros 20 minutos para que alguien en la Tierra responda «hola». Eso significa que podría llevar un total de al menos 40 minutos determinar si el guante de un astronauta funciona, lo cual es demasiado tiempo para esperar.

Para resolver esto, un equipo de Microsoft que trabaja con científicos de la NASA e ingenieros de Hewlett Packard Enterprise (HPE) desarrolla un sistema que utiliza IA y la Spaceborne Computer-2 de HPE para escanear y analizar imágenes de guantes directo en la ISS, lo que podría otorgar autonomía a los astronautas a bordo con apoyo limitado de la Tierra.

Detección de fallas en un componente crítico de seguridad

Los guantes de astronauta tienen cinco capas. La capa exterior consta de un revestimiento de goma que proporciona agarre y actúa como la primera capa de defensa. Luego viene una capa de un material resistente a los cortes llamado Vectran®. Las tres capas adicionales mantienen la presión del traje y protegen contra las temperaturas extremas en el espacio, que pueden oscilar entre 180 °F y 235 °F.

La capa exterior está diseñada para resistir una buena cantidad de abuso, pero los problemas pueden comenzar cuando el desgaste llega a la capa de Vectran®. Después de eso viene la cámara de presión para el traje, que, en esencia, es la capa de seguridad para el astronauta.

Los guantes son más vulnerables entre el pulgar y el índice, dada la frecuencia con la que se usan esos dos dedos para agarrar objetos. Además, algunas áreas de la propia ISS han estado expuestas a peligros como los micrometeoritos durante más de dos décadas. Los impactos de estas diminutas partículas han creado numerosos bordes afilados en los pasamanos y otros componentes estructurales.

Se encontrarán más peligros en la Luna y Marte, donde la falta de erosión natural del viento o el agua significa que las partículas de roca se parecen más a pedazos de vidrio que a guijarros o gránulos de arena aquí en la Tierra.

Para crear el monitor de guantes a bordo, el equipo de la NASA comenzó con colecciones de guantes nuevos y en buen estado y guantes que se habían desgastado durante las caminatas espaciales y el entrenamiento terrestre. Luego fotografiaron y revisaron los guantes dañados para etiquetar tipos específicos de desgaste: áreas donde la capa exterior de silicona recubierta de caucho había comenzado a desprenderse o lugares donde la capa vital de Vectran® estaba comprometida. Esto se hizo a través de Custom Vision de Azure Cognitive Services: los ingenieros de la NASA abrieron las imágenes de los guantes en un navegador web e hicieron clic en ejemplos de daños.

Luego, estos datos se usaron para entrenar un sistema de IA basado en la nube de Microsoft Azure y los resultados se compararon con informes e imágenes de daños reales de la NASA. Luego de aprovechar el poder de las capacidades de cómputo en la nube de IA, la herramienta generó un puntaje de probabilidad para la posibilidad de daño en un lugar particular del guante.

Después de una caminata espacial, los miembros de la tripulación toman fotografías de los guantes de los astronautas mientras se quitan los trajes espaciales en la esclusa de aire. Luego, estas imágenes se envían de inmediato a la computadora Spaceborne Computer-2 de HPE a bordo de la ISS, donde el modelo Glove Analyzer busca con rapidez signos de daños en el espacio. Si se detecta algún daño, se envía de manera inmediata un mensaje a la Tierra, en el que se destacan las áreas para que los ingenieros de la NASA realicen una revisión adicional.

“Lo que demostramos es que podemos realizar IA y procesamiento perimetral en la ISS y analizar guantes en tiempo real”, dijo Ryan Campbell, ingeniero senior de software en Microsoft Azure Space. “Debido a que estamos, de manera literal, al lado del astronauta cuando realizamos el procesamiento, podemos ejecutar nuestras pruebas más rápido de lo que las imágenes se pueden enviar a la Tierra”.

HPE contribuye con hardware y software informático listo para el espacio

A través de la asociación de Microsoft con HPE, juntos podemos ofrecerle a la NASA la oportunidad de probar esta tecnología de IA directo en la ISS al operar en la computadora HPE Spaceborne Computer-2, que en la actualidad se encuentra en una misión de varios años a bordo de la estación.

La HPE Spaceborne Computer-2, un sistema habilitado para IA y computación perimetral diseñado con soluciones robustas capaces de resistir las duras condiciones del espacio, puede realizar más de 2 billones de cálculos, o 2 teraflops, por segundo.

En la actualidad, la herramienta de evaluación de daños desarrollada por la NASA, Microsoft y HPE se encuentra en una etapa de prueba, lo que significa que ejecuta análisis en los guantes, pero no se usa para tomar decisiones de seguridad cruciales. Aun así, la tecnología muestra una gran promesa. El objetivo ahora es continuar con estas pruebas para demostrar su confiabilidad a lo largo del tiempo.

El programa de guantes podría extenderse a otras capacidades

Aunque el programa de guantes es nuevo para la ISS, la NASA ve formas de extender la tecnología a otras áreas donde podría buscar posibles daños a otros componentes críticos, como las escotillas de acoplamiento. Además, es posible que Microsoft HoloLens 2 o un sucesor pueda ayudar a los astronautas a realizar un escaneo visual, de manera rápida, en busca de daños en los guantes, o incluso facilitar reparaciones asistidas en maquinaria complicada.

El espacio es un poderoso laboratorio para la innovación. Al llevar a los humanos y los equipos al límite, el espacio impulsa a los ingenieros de todas partes a expandir los límites de su ingenio y habilidades. Para el equipo de Microsoft, esta oportunidad de aplicar el poder de la IA para ayudar a mantener más seguros los guantes de los astronautas de la NASA sirve como un primer paso.

“Una de las misiones de la NASA es explorar, descubrir y ampliar el conocimiento en beneficio de la humanidad. Este proyecto aborda todo eso y es solo un punto de partida”, dijo Jennifer Ott, especialista en datos e IA de Microsoft. “Llevar el poder de la computación en la nube al entorno definitivo a través de proyectos como este nos permite pensar y prepararnos para lo que podemos hacer de manera segura a continuación, ya que esperamos vuelos espaciales tripulados de mayor alcance en el futuro y a medida que empezamos a empujar ese entorno más allá”.

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