Laboratório Draper - Draper Laboratory
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| Modelo | Empresa independente sem fins lucrativos |
|---|---|
| Indústria | Energia Biomédica do Espaço de Defesa |
| Fundado | Laboratório de desenvolvimento de instrumentos confidenciais do MIT (1932) The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. (1973) |
| Quartel general | 555 Technology Square , Cambridge, MA 02139-3563 |
Número de locais |
4 |
Pessoas chave |
Dr. William LaPlante , Presidente e CEO (2020–) |
| receita | $ 571,8 milhões (ano fiscal de 2017) |
Número de empregados |
1.700 |
| Local na rede Internet | www.draper.com |
Draper Laboratory é uma organização americana sem fins lucrativos de pesquisa e desenvolvimento, com sede em Cambridge, Massachusetts ; seu nome oficial é The Charles Stark Draper Laboratory, Inc (às vezes abreviado como CSDL ). O laboratório é especializado no projeto, desenvolvimento e implantação de soluções de tecnologia avançada para problemas de segurança nacional, exploração espacial, saúde e energia.
O laboratório foi fundado em 1932 por Charles Stark Draper no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) para desenvolver instrumentação aeronáutica e passou a se chamar Laboratório de Instrumentação do MIT . Durante este período, o laboratório é mais conhecido por desenvolver o Apollo Guidance Computer , o primeiro computador baseado em circuito integrado de silício . Ela foi renomeada em homenagem ao seu fundador em 1970 e se separou do MIT em 1973 para se tornar uma organização independente e sem fins lucrativos.
A experiência da equipe do laboratório inclui as áreas de orientação, navegação e tecnologias e sistemas de controle; computação tolerante a falhas; algoritmos avançados e sistemas de software; modelagem e simulação; e sistemas microeletromecânicos e tecnologia de módulo multichip.
História
Em 1932, Charles Stark Draper, professor de aeronáutica do MIT, fundou um laboratório de ensino para desenvolver a instrumentação necessária para rastrear, controlar e navegar aeronaves. Durante a Segunda Guerra Mundial , o laboratório de Draper era conhecido como Laboratório de Desenvolvimento de Instrumentos Confidenciais . Mais tarde, o nome foi alterado para MIT Instrumentation Laboratory ou I-Lab . Em 1970, estava localizado na 45 Osborn Street em Cambridge.
O laboratório foi renomeado em homenagem ao seu fundador em 1970 e permaneceu como parte do MIT até 1973, quando se tornou uma empresa de pesquisa e desenvolvimento independente e sem fins lucrativos. A transição para uma corporação independente surgiu das pressões para o desinvestimento dos laboratórios do MIT que faziam pesquisas militares na época da Guerra do Vietnã , apesar da ausência de um papel do laboratório naquela guerra.
Ao se desfazer do MIT, o laboratório foi inicialmente transferido para 75 Cambridge Parkway e outros prédios espalhados perto do MIT, até que um novo edifício centralizado de 42.000 m 2 (450.000 pés quadrados ) pudesse ser erguido em 555 Technology Square . O complexo, projetado por Skidmore, Owings & Merrill (Chicago), foi inaugurado em 1976 (mais tarde renomeado como "Edifício Robert A. Duffy" em 1992).
Em 1984, o recém-construído Albert G. Hill Building de 170.000 pés quadrados (16.000 m 2 ) foi inaugurado na One Hampshire Street e conectado do outro lado da rua ao edifício principal por meio de uma passarela para pedestres fechada com segurança . No entanto, em 1989, Draper Lab foi compelido a cortar sua força de trabalho de mais de 2.000 pela metade, por meio de uma combinação de aposentadoria precoce, desgaste e dispensas involuntárias. Essa redução drástica foi causada por cortes no financiamento da defesa e mudanças nas regras de contratação do governo. Em resposta, Draper expandiu seu trabalho abordando objetivos nacionais de não defesa em áreas como exploração espacial, recursos energéticos, medicina, robótica e inteligência artificial, e também tomou medidas para aumentar seu trabalho não governamental, eventualmente crescendo para 1400 funcionários dentro do década.
Em 2017, um antigo pátio ao ar livre entre os edifícios originais foi convertido em um átrio fechado de 20.000 pés quadrados (1.900 m 2 ) de vários andares para acomodar a varredura de segurança, recepção, áreas semipúblicas, espaço para exposições temporárias e refeitórios para funcionários. O espaço interior aberto e arejado, projetado pelos arquitetos de Boston Elkus Manfredi , apresenta uma parede verde plantada e muitos lugares sentados.
O foco principal dos programas do laboratório ao longo de sua história tem sido o desenvolvimento e a aplicação antecipada de tecnologias avançadas de orientação, navegação e controle (GN&C) para atender às necessidades do Departamento de Defesa dos EUA e da NASA . As realizações do laboratório incluem o projeto e desenvolvimento de sistemas de orientação precisos e confiáveis para mísseis balísticos lançados submarinos, bem como para o Computador de Orientação Apollo, que infalivelmente guiou os astronautas da Apollo até a Lua e de volta com segurança à Terra. O laboratório contribuiu para o desenvolvimento de sensores inerciais, software e outros sistemas para o GN&C de aeronaves comerciais e militares, submarinos, mísseis estratégicos e táticos, espaçonaves e veículos desengatados.
O projeto Apollo incluiu o trabalho de programadores como Don Eyles , Margaret Hamilton e Hal Laning , que codificaram o software da missão a bordo para o pouso da NASA Apollo 11 na lua. Os sistemas GN&C de base inercial foram centrais para navegar submarinos de mísseis balísticos por longos períodos submarinos para evitar a detecção e guiar seus mísseis balísticos lançados por submarino até seus alvos, começando com o programa de mísseis UGM-27 Polaris .
Localizações
Draper tem escritórios em várias cidades dos EUA:
- Cambridge, Massachusetts (sede)
- Houston, Texas , NASA Johnson Space Center , bem como um escritório separado
- Reston, Escritório de Atendimento ao Cliente em Virginia Reston
- Washington, DC Washington Navy Yard
- Huntsville, Alabama, no Marshall Space Flight Center da NASA, bem como um escritório separado
- Centro de Prototipagem Rápida de São Petersburgo, Flórida
- Centro de reparos integrado da Marinha dos EUA em Pittsfield, Massachusetts
- Instalação de Suporte Técnico do Programa de Orientação de Tridentes da Marinha dos EUA em Cabo Canaveral, Flórida
Os locais anteriores incluem Tampa, Flórida, na University of South Florida (Bioengineering Center).
Áreas técnicas
De acordo com seu site, a equipe do laboratório aplica sua experiência em sistemas autônomos aéreos, terrestres, marítimos e espaciais; integração de informações; sensores e redes distribuídos; munições guiadas com precisão; Engenharia Biomédica; defesa química / biológica; e modelagem e gestão de sistemas de energia. Quando apropriado, Draper trabalha com parceiros para fazer a transição de sua tecnologia para produção comercial.
O laboratório abrange sete áreas de especialização técnica:
- Sistemas Estratégicos: Aplicação de experiência em orientação, navegação e controle (GN&C) a tecnologias híbridas auxiliadas por GPS e à navegação submarina e segurança de armas estratégicas.
- Sistemas Espaciais: Como "parceiro de desenvolvimento de tecnologia da NASA e agente de transição para a exploração planetária", desenvolvimento de GN&C e instrumentos científicos de alto desempenho. A especialização também aborda o setor espacial de segurança nacional.
- Sistemas táticos: desenvolvimento de plataformas de inteligência marítima, vigilância e reconhecimento (ISR), orientação de munições miniaturizadas, sistemas de entrega aérea guiada para material, sistemas de suporte físico e de decisão centrados no soldado, eletrônica e comunicações seguras e orientação de interceptação antecipada para combate a mísseis de defesa .
- Programas Especiais: Desenvolvimento de conceito, prototipagem, produção low-rate e suporte de campo para sistemas inéditos, conectados com as demais áreas técnicas.
- Sistemas biomédicos: sistemas microeletromecânicos (MEMS), aplicações microfluídicas de tecnologia médica e dispositivos médicos inteligentes miniaturizados.
- Guerra Aérea e ISR: Tecnologia de inteligência para aplicações de planejamento de alvos e alvos.
- Soluções de energia: Gerenciando a confiabilidade, eficiência e desempenho de equipamentos em sistemas complexos de geração e consumo de energia, incluindo usinas movidas a carvão ou a Estação Espacial Internacional .
Projetos notáveis
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As áreas de projeto que surgiram nas notícias referem-se à expertise central do Draper Laboratory em navegação inercial , até 2003. Mais recentemente, a ênfase mudou para a pesquisa em tópicos inovadores de navegação espacial, sistemas inteligentes que dependem de sensores e computadores para tomar decisões autônomas, e dispositivos médicos em nanoescala.
A equipe do laboratório estudou maneiras de integrar os dados do Sistema de Posicionamento Global (GPS) à navegação baseada no sistema de navegação inercial , a fim de reduzir custos e melhorar a confiabilidade. Os sistemas militares de navegação inercial (INS) não podem confiar totalmente na disponibilidade do satélite GPS para correção de curso (o que é necessário devido ao aumento gradual do erro ou "deriva"), devido à ameaça de bloqueio hostil ou obstrução do sinal. Um sistema inercial menos preciso geralmente significa um sistema menos caro, mas que requer recalibração mais frequente de posição de outra fonte, como GPS. Os sistemas que integram GPS com INS são classificados como "fracamente acoplados" (pré-1995), "fortemente acoplados" (1996-2002) ou "profundamente integrados" (2002 em diante), dependendo do grau de integração do hardware. A partir de 2006, previa-se que muitos usos militares e civis integrariam o GPS ao INS, incluindo a possibilidade de projéteis de artilharia com um sistema profundamente integrado que pode suportar 20.000 g , quando disparado de um canhão.
Em 2010, o Draper Laboratory e o MIT colaboraram com dois outros parceiros como parte da equipe do Next Giant Leap para ganhar uma bolsa para alcançar o Google Lunar X Prize para enviar o primeiro robô com financiamento privado para a Lua. Para se qualificar para o prêmio, o robô deve viajar 500 metros pela superfície lunar e transmitir vídeos, imagens e outros dados de volta à Terra. Uma equipe desenvolveu um "Simulador de Lua Artificial Terrestre e Gravidade Reduzida" para simular operações no ambiente espacial, usando o algoritmo de orientação, navegação e controle do Laboratório Draper para gravidade reduzida.
Em 2012, os engenheiros do Laboratório Draper em Houston , Texas, desenvolveram um novo método para girar a Estação Espacial Internacional , chamado de "manobra do propelente ideal", que alcançou uma economia de 94 por cento em relação à prática anterior. O algoritmo leva em consideração tudo o que afeta o modo como a estação se move, incluindo "a posição de seus propulsores e os efeitos da gravidade e do torque giroscópico".
Em 2013, em uma escala pessoal, Draper estava desenvolvendo uma vestimenta para uso em órbita que usa Giroscópios de Momento Controlado (CMGs) que cria resistência ao movimento dos membros de um astronauta para ajudar a mitigar a perda óssea e manter o tônus muscular durante voos espaciais prolongados. A unidade é chamada de traje de contramedida de vetor variável, ou V2Suit, que usa CMGs também para auxiliar no equilíbrio e na coordenação do movimento, criando resistência ao movimento e uma sensação artificial de "para baixo". Cada módulo CMG tem o tamanho aproximado de um baralho de cartas. O conceito é que a vestimenta seja usada "antes de pousar na Terra ou periodicamente durante uma longa missão".
Em 2013, uma equipe Draper / MIT / NASA também estava desenvolvendo um traje espacial aumentado CMG que expandiria as capacidades atuais do "Auxílio Simplificado para Resgate EVA" (SAFER) - um traje espacial projetado para "autorresgate propulsivo" para quando um o astronauta acidentalmente se solta de uma espaçonave. O traje aumentado CMG forneceria melhor contra-força do que agora está disponível para quando os astronautas usam ferramentas em ambientes de baixa gravidade. A força contrária está disponível na Terra a partir da gravidade. Sem ela, uma força aplicada resultaria em uma força igual na direção oposta, seja em linha reta ou girando. No espaço, isso poderia deixar um astronauta fora de controle. Atualmente, os astronautas devem se fixar na superfície que está sendo trabalhada. Os CMGs ofereceriam uma alternativa à conexão mecânica ou força gravitacional.
Serviços de carga útil lunar comercial
Em 29 de novembro de 2018, o Laboratório Draper foi nomeado um contratante de Serviços Lunar de Carga Útil pela NASA , o que o torna elegível para licitar no fornecimento de cargas úteis de ciência e tecnologia para a Lua para a NASA. Draper Lab propôs formalmente um módulo lunar chamado Artemis-7 . A empresa explicou que o número 7 denota a 7ª missão lunar na qual o Laboratório Draper estaria envolvido, após os seis pousos lunares da Apollo. O conceito do módulo de pouso é baseado em um projeto de uma empresa japonesa chamada ispace , que faz parte da equipe Draper neste empreendimento. Os subcontratados neste empreendimento incluem a General Atomics, que fabricará o módulo de pouso, e a Spaceflight Industries , que providenciará os serviços de lançamento do módulo de pouso.
Sistemas inteligentes
Os pesquisadores da Draper desenvolvem sistemas de inteligência artificial para permitir que dispositivos robóticos aprendam com seus erros. Este trabalho apóia o trabalho financiado pela DARPA , pertencente ao Sistema de Combate Futuro do Exército . Esta capacidade permitiria a um autônomo sob fogo aprender que aquela estrada é perigosa e encontrar uma rota mais segura ou reconhecer seu estado de combustível e estado de dano. Em 2008, Paul DeBitetto supostamente liderou o grupo de robótica cognitiva no laboratório neste esforço.
Em 2009, o Departamento de Segurança Interna dos EUA financiou o Draper Laboratory e outros colaboradores para desenvolver uma tecnologia para detectar terroristas em potencial com câmeras e outros sensores que monitoram o comportamento das pessoas que estão sendo examinadas. O projeto é denominado Future Attribute Screening Technology (FAST). A aplicação seria para pontos de verificação de segurança para avaliar os candidatos para a triagem de acompanhamento. Em uma demonstração da tecnologia, o gerente de projeto Robert P. Burns explicou que o sistema foi projetado para distinguir entre intenções maliciosas e expressões benignas de angústia, empregando uma pesquisa corporal substancial sobre a psicologia do engano.
Em 2010, Neil Adams, diretor de programas de sistemas táticos do Draper Laboratory, liderou a integração de sistemas do programa Nano Aerial Vehicle (NAV) da Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) para miniaturizar plataformas de reconhecimento voadoras. Isso envolve o gerenciamento do veículo, os sistemas de comunicação e de controle de solo permitem que os NAVs funcionem de forma autônoma para transportar uma carga útil do sensor para cumprir a missão pretendida. O NAVS deve funcionar em áreas urbanas com pouca ou nenhuma disponibilidade de sinal GPS, contando com sensores e sistemas baseados em visão.
Sistemas médicos
Em 2009, Draper colaborou com a Massachusetts Eye and Ear Infirmary para desenvolver um dispositivo de entrega de drogas implantável, que "funde aspectos de sistemas microeletromecânicos , ou MEMS, com microfluídicos, que permite o controle preciso de fluidos em escalas muito pequenas". O dispositivo é uma "máquina flexível e cheia de fluido", que utiliza tubos que se expandem e se contraem para promover o escoamento do fluido por canais com ritmo definido, acionados por uma bomba em microescala, que se adapta aos estímulos ambientais. O sistema, financiado pelo National Institutes of Health , pode tratar a perda auditiva ao fornecer "pequenas quantidades de um medicamento líquido a uma região muito delicada da orelha, o implante permitirá que as células sensoriais cresçam novamente, restaurando a audição do paciente".
Em 2010, Heather Clark do Laboratório Draper estava desenvolvendo um método para medir a concentração de glicose no sangue sem picadas no dedo. O método usa um nano-sensor, como uma tatuagem em miniatura, com apenas vários milímetros de diâmetro, que os pacientes aplicam na pele. O sensor usa faixas de luz infravermelha ou visível para determinar as concentrações de glicose. Normalmente para regular os níveis de glicose no sangue, os diabéticos devem medir a glicose no sangue várias vezes ao dia, pegando uma gota de sangue obtida por uma picada de agulha e inserindo a amostra em uma máquina que pode medir o nível de glicose. A abordagem de nano-sensor suplantaria esse processo.
Inovações notáveis
A equipe do laboratório trabalhou em equipes para criar novos sistemas de navegação, baseados em orientação inercial e em computadores digitais para apoiar os cálculos necessários para determinar o posicionamento espacial.
- Mark 14 Gunsight (1942) - Melhor precisão de mira de armas antiaéreas usadas a bordo de navios na Segunda Guerra Mundial
- Space Inertial Reference Equipment (SPIRE) (1953) —Uma navegação autônoma totalmente inercial para aeronaves cuja viabilidade o laboratório demonstrou em uma série de testes de vôo de 1953.
- O sistema Laning e Zierler (1954: também chamado de "George") - Um dos primeiros compiladores algébricos, projetado por Hal Laning e Neal Zierler.
- Orientação Q - Um método de orientação de mísseis, desenvolvido por Hal Laning e Richard Battin
- Computador de orientação Apollo - O primeiro computador implantado para explorar a tecnologia de circuito integrado de navegação autônoma a bordo no espaço
- Fly-by-wire digital - Um sistema de controle que permite que um piloto controle a aeronave sem estar conectado mecanicamente às superfícies de controle da aeronave
- Computação tolerante a falhas - Uso de vários computadores para trabalhar em uma tarefa simultaneamente. Se qualquer um dos computadores falhar, os outros podem assumir uma capacidade vital quando a segurança de uma aeronave ou outro sistema estiver em jogo.
- Tecnologias microeletromecânicas ( MEMS ) - sistemas micro-mecânicos que possibilitaram o primeiro giroscópio microusinado.
- Algoritmos de sistemas autônomos - Algoritmos, que permitem o encontro autônomo e o acoplamento de espaçonaves; sistemas para veículos subaquáticos
- GPS acoplado ao sistema de navegação inercial - Um meio para permitir a navegação contínua quando o veículo ou sistema entra em um ambiente com GPS negado
Programas de extensão
O Laboratório Draper aplica alguns de seus recursos para desenvolver e reconhecer talentos técnicos por meio de programas educacionais e exposições públicas. Também patrocina o Prêmio Charles Stark Draper , um dos três chamados "Prêmios Nobel de Engenharia" administrados pela Academia Nacional de Engenharia dos Estados Unidos .
Exposições
De vez em quando, o Draper Laboratory hospeda exposições gratuitas e eventos abertos ao público, que são apresentados em espaços semipúblicos especiais na frente do espaço do átrio central no edifício Duffy principal. Por exemplo, em 2019 Draper apresentou Hack the Moon , uma celebração do 50º aniversário do primeiro pouso da Apollo na lua em 20 de julho de 1969 . A exposição apresentou artefatos, como o hardware do Apollo Guidance Computer desenvolvido na Draper e o software da missão desenvolvido pela equipe da Draper, incluindo Don Eyles , Margaret Hamilton e Hal Laning . Os visitantes podiam praticar o pouso do Módulo Lunar Apollo em um simulador de software e, em seguida, tentar pousar enquanto andavam dentro de um simulador de movimento de tamanho real , como o usado pelos astronautas para praticar a missão real. Palestras de funcionários e aposentados da Draper e concertos públicos gratuitos completaram as festividades. Um site especial Hack the Moon foi criado para comemorar a celebração.
Outras exposições destacaram diferentes aspectos dos projetos de pesquisa conduzidos na Draper, incluindo informações sobre oportunidades de emprego. Todos os visitantes devem passar por um scanner de segurança semelhante aos usados nos aeroportos, mas não são necessárias autorizações especiais de segurança para acessar as áreas semipúblicas.
Educação técnica
O Draper Fellow Program, baseado em pesquisas, patrocina cerca de 50 alunos de pós-graduação a cada ano. Os alunos são treinados para ocupar cargos de liderança no governo, militar, indústria e educação. O laboratório também apóia pesquisas financiadas no campus com professores e pesquisadores principais por meio do programa de P&D da universidade. Oferece oportunidades de emprego e estágio para estudantes de graduação.
O Laboratório Draper conduz um STEM (Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática) K-12 e um programa de extensão de educação da comunidade, que foi estabelecido em 1984. A cada ano, o laboratório distribui mais de $ 175.000 por meio de seus programas de relações com a comunidade. Esses recursos incluem apoio a estágios, cooperativas, participação em festivais de ciência e fornecimento de tours e palestrantes - é uma extensão dessa missão.
A partir de 2021, o Draper Laboratory também patrocinou o Draper Spark! Lab, no Museu Nacional de História Americana no National Mall em Washington, DC. O espaço de trabalho de invenção prático operado pelo Smithsonian Institution é gratuito para todos os visitantes e se concentra em atividades educacionais para crianças de 6 a 12 anos.
Prêmio Draper
A empresa doa o Prêmio Charles Stark Draper , administrado pela Academia Nacional de Engenharia . É premiado "para reconhecer realizações inovadoras de engenharia e sua redução à prática de maneiras que levaram a benefícios importantes e melhorias significativas no bem-estar e na liberdade da humanidade". Conquistas em qualquer disciplina de engenharia são elegíveis para o prêmio de $ 500.000.