Por Tom Keane, Vice-presidente Corporativo de Engenharia de Missões da Microsoft
Astronautas a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS) são trabalhadores, cientistas e engenheiros. Eles fazem parte de missões científicas essenciais, operando em um ambiente onde a segurança é primordial. Nas viagens espaciais, eles consertam equipamentos, instalam novos instrumentos e atualizam a maior espaçonave já pilotada. Assim como os trabalhadores aqui na Terra, suas luvas podem sofrer desgaste – até mesmo rasgos e cortes – apresentando potenciais riscos à segurança.
Para evitar que esses problemas surjam, os astronautas que trabalham para a NASA devem tirar fotos de suas luvas do traje espacial durante e após cada viagem espacial e enviam para a Terra, onde elas são encaminhadas para inspeção. A partir daí, os analistas da NASA examinam as fotos das luvas, procurando por qualquer dano que possa representar um perigo, e, depois, enviam os resultados de volta para os astronautas na ISS.
Este processo é possível por conta da baixa distância orbital da ISS, que fica a cerca de 400 quilômetros da Terra, mas as coisas serão diferentes quando a NASA enviar pessoas para uma nova missão espacial na Lua, e, futuramente,para Marte – que fica a 225 milhões de quilômetros de distância da Terra.
De Marte, levará até 20 minutos para dizer “olá” para alguém na Terra, e mais 20 minutos para alguém na Terra enviar um “olá” de volta. Isso significa que pode levar pelo menos 40 minutos para a NASA determinar se a luva de um astronauta está intacta – o que é simplesmente muito tempo de espera.
Para resolver isso, uma equipe da Microsoft que trabalha com cientistas da NASA e engenheiros da HPE (Hewlett Packard Enterprise) está desenvolvendo um sistema que usa Inteligência Artifical e o Spaceborne Computer-2 da HPE para digitalizar e analisar imagens das luvas diretamente na ISS – potencialmente garantindo autonomia aos astronautas mesmo se tiverem um suporte limitado do centro de comandos na Terra.
Detectando falhas em um componente de segurança crítico
As luvas usadas pelos astronautas têm cinco camadas de proteção. A camada externa consiste em um revestimento emborrachado, que fornece aderência e age como a primeira camada de defesa. Em seguida, vem uma camada de um material resistente a cortes chamado Vectran®. As três camadas adicionais mantêm a pressão do traje e protegem contra os extremos de temperatura no espaço – que podem variar entre 82°C e 113°C.
A camada externa foi projetada para enfrentar muita coisa, mas os problemas podem começar quando o desgaste atinge a camada Vectran®. É abaixo dessa camada que se localiza a bexiga de pressão do traje – que é, essencialmente, a camada que protege todo o corpo do astronauta.
As luvas são mais vulneráveis entre o polegar e o dedo indicador, dada a frequência com que esses dois dígitos são usados pelos astronautas para segurar objetos. Além disso, algumas áreas da própria ISS foram expostas a riscos, como micrometeoritos, por mais de duas décadas. Isso significa que o impacto constante dessas minúsculas partículas criou numerosas bordas afiadas em corrimões e outros componentes estruturais.
Outros perigos serão encontrados na Lua e em Marte, onde a falta de erosão natural do vento ou da água significa que as partículas de rocha encontradas nos solos dos planetas são mais parecidas com pedaços quebrados de vidro do que pedras ou grânulos de areia aqui na Terra.
Para criar uma ferramenta para monitorar o estado das luvas dos astronautas, a Glove Analyzer, a equipe da NASA começou testando uma coleçãode luvas novas e não danificadas como, também, luvas que tinham sido desgastadas, tanto durante caminhadas espaciais, quanto em treinamentos terrestres. Eles então fotografaram e analisaram as luvas danificadas para marcar tipos específicos de desgaste – áreas onde a camada externa de silicone emborrachado começou a se desfazer, ou lugares onde a camada Vectran® vital foi comprometida. Isso foi feito através da Visão Personalizada dos Serviços Cognitivos do Azure – os engenheiros da NASA abriram as fotos das luvas em um navegador da Web e clicaram em exemplos de danos.
Esses dados foram então usados para treinar um sistema de IA, baseado em nuvem do Microsoft Azure, e comparar os resultados com relatórios de danos reais e imagens da NASA. Aproveitando o poder dos recursos de computação em nuvem de IA, a ferramenta então gerou uma pontuação de probabilidade de dano em um determinado lugar na luva.
Após o retorno de uma viagem espacial, os membros da tripulação tiram fotos das luvas dos astronautas enquanto retiram seus trajes espaciais na câmara de ar. Essas imagens são imediatamente enviadas para o Spaceborne Computer-2 da HPE a bordo da ISS, onde o modelo Glove Analyzer procura rapidamente sinais de danos no espaço e em tempo real. Se algum dano for detectado, uma mensagem é imediatamente enviada à Terra, destacando áreas para posterior revisão pelos engenheiros da NASA.
“O que demonstramos é que podemos usar a IA e o processamento de bordo na ISS para analisar luvas em tempo real“, comentou Ryan Campbell, Engenheiro Sênior de Software do Microsoft Azure Space. “Como estamos literalmente ao lado do astronauta enquanto estamos processando os dados, podemos executar nossos testes mais rápido do que as imagens seriam enviadas para a Terra.”
HPE contribui com hardware e software de computação prontos para o espaço
Através da parceria da Microsoft com a HPE, juntos podemos oferecer à NASA a oportunidade de testar esta tecnologia de IA diretamente na ISS operando no HPE Spaceborne Computer-2, que está atualmente em uma missão de vários anos a bordo da estação.
O HPE Spaceborne Computer-2 éum sistema de computação de bordo habilitado para IA, projetado com soluções robustas capazes de suportar as duras condições do espaço, podendo realizar mais de 2 trilhões de cálculos por segundo – algo em torno de 2 teraflops.
Atualmente, a ferramenta de avaliação de danos desenvolvida pela NASA, Microsoft e HPE está em fase de teste – o que significa que ela executa análises nas luvas, mas não é usada para tomada de decisões cruciais de segurança. Ainda assim, a tecnologia mostra grande potencial. O objetivo agora é continuar este teste para demonstrar sua confiabilidade ao longo do tempo.
O programa de luvas pode se estender a outras capacidades
Embora o programa de luvas seja novo na ISS, a NASA vê maneiras de estender a tecnologia para outras áreas, onde poderia procurar possíveis danos em outros componentes críticos, como escotilhas de acoplamento. Além disso, é possível que o Microsoft HoloLens 2 ou um sucessor possa ajudar aos astronautas a procurar rapidamente, de forma visual, danos nas luvas, ou até, eventualmente, facilitar reparos assistidos em máquinas complicadas.
O espaço é um poderoso laboratório de inovação. Ao impulsionar a humanidade e as máquinas para atingir novos limites, o espaço inspira engenheiros ao redor do mundo a expandir sua criatividade e habilidades. Para a equipe da Microsoft, essa oportunidade de aplicar o poder da IA para ajudar a manter as luvas dos astronautas da NASA mais seguras é apenas um primeiro passo.
“Uma das missões da NASA é explorar, descobrir e expandir o conhecimento em benefício da humanidade. Esse projeto atinge tudo isso, e é apenas um ponto de partida“, disse Jennifer Ott, Especialista em Dados e IA da Microsoft. “Trazer o poder da computação em nuvem para a borda final através de projetos como este nos permite pensar e nos preparar para o que podemos fazer de forma segura a seguir – conforme aguardamos viagens espaciais de longo alcance e com tripulação humana no futuro próximo, e à medida que, coletivamente, expandimos os limites da tecnologia..”
