Draper Laboratory es una organización estadounidense de investigación y desarrollo sin fines de lucro , con sede en Cambridge, Massachusetts ; su nombre oficial es The Charles Stark Draper Laboratory, Inc (a veces abreviado como CSDL ). [6] El laboratorio se especializa en el diseño, desarrollo e implementación de soluciones tecnológicas avanzadas para problemas de seguridad nacional, exploración espacial, atención médica y energía.
El laboratorio fue fundado en 1932 por Charles Stark Draper en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) para desarrollar instrumentación aeronáutica, y pasó a llamarse Laboratorio de Instrumentación del MIT . Durante este período, el laboratorio es más conocido por desarrollar la Computadora de Guía Apolo , la primera computadora basada en circuitos integrados de silicio . [7] Fue renombrado en honor a su fundador en 1970, y se separó del MIT en 1973 para convertirse en una organización independiente sin fines de lucro. [1] [7] [8]
La experiencia del personal del laboratorio incluye las áreas de tecnologías y sistemas de guía, navegación y control; computación tolerante a fallas; algoritmos avanzados y sistemas de software; modelado y simulación; y sistemas microelectromecánicos y tecnología de módulos multichip. [9]
En 1932, Charles Stark Draper, profesor de aeronáutica del MIT, fundó un laboratorio de enseñanza para desarrollar la instrumentación necesaria para el seguimiento, control y navegación de aeronaves. Durante la Segunda Guerra Mundial , el laboratorio de Draper se conocía como Laboratorio de Desarrollo de Instrumentos Confidencial . Más tarde, el nombre se cambió a Laboratorio de Instrumentación del MIT o I-Lab . A partir de 1970, estaba ubicado en 45 Osborn Street en Cambridge. [10]
El laboratorio fue rebautizado en honor a su fundador en 1970 y siguió siendo parte del MIT hasta 1973, cuando se convirtió en una corporación de investigación y desarrollo independiente y sin fines de lucro. [1] [7] [11] La transición a una corporación independiente surgió de las presiones para la desinversión de los laboratorios del MIT que realizaban investigaciones militares en el momento de la Guerra de Vietnam , a pesar de la ausencia de un papel del laboratorio en esa guerra. [12]
Al desprenderse del MIT, el laboratorio se trasladó inicialmente al 75 de Cambridge Parkway y otros edificios dispersos cerca del MIT, hasta que se pudo erigir un nuevo edificio centralizado de 450.000 pies cuadrados (42.000 m2) en el 555 de Technology Square . El complejo, diseñado por Skidmore, Owings & Merrill (Chicago), se inauguró en 1976 (posteriormente rebautizado como "Edificio Robert A. Duffy" en 1992). [7]
En 1984, se inauguró el nuevo edificio Albert G. Hill de 170.000 pies cuadrados (16.000 m2 ) en One Hampshire Street, y se conectó al otro lado de la calle con el edificio principal a través de un puente peatonal cerrado de forma segura . [7] [13] Sin embargo, en 1989, Draper Lab se vio obligado a reducir su plantilla de más de 2000 a la mitad, mediante una combinación de jubilaciones anticipadas, deserciones y despidos involuntarios. [7] Esta drástica reducción fue causada por recortes en la financiación de defensa y cambios en las normas de contratación gubernamental. [7] En respuesta, Draper amplió su trabajo abordando objetivos nacionales no relacionados con la defensa en áreas como la exploración espacial, los recursos energéticos, la medicina, la robótica y la inteligencia artificial, y también tomó medidas para aumentar su trabajo no gubernamental, [7] llegando a tener 1400 empleados en la década. [14]
En 2017, un antiguo patio al aire libre entre los edificios originales se convirtió en un atrio cerrado de varios pisos de 20 000 pies cuadrados (1900 m2 ) para albergar el escaneo de seguridad, la recepción, las áreas semipúblicas, el espacio para exposiciones temporales y las instalaciones para comedores de los empleados. [15] [14] El espacio interior abierto y aireado, diseñado por los arquitectos de Boston Elkus Manfredi , cuenta con una pared verde y abundantes asientos. [16] [17] [18]
A lo largo de su historia, uno de los principales objetivos de los programas del laboratorio ha sido el desarrollo y la aplicación temprana de tecnologías avanzadas de guía, navegación y control (GN&C) para satisfacer las necesidades del Departamento de Defensa de los EE. UU. y la NASA . Los logros del laboratorio incluyen el diseño y desarrollo de sistemas de guía precisos y confiables para misiles balísticos lanzados desde el mar, así como para la computadora de guía Apollo que guió infaliblemente a los astronautas de Apollo hasta la Luna y de regreso a salvo a la Tierra.
El laboratorio contribuyó al desarrollo de sensores inerciales, software y otros sistemas para el GN&C de aviones comerciales y militares, submarinos, misiles estratégicos y tácticos, naves espaciales y vehículos no tripulados. [19] Los sistemas GN&C basados en inercia fueron fundamentales para navegar submarinos con misiles balísticos durante largos períodos de tiempo bajo el mar para evitar ser detectados y guiar sus misiles balísticos lanzados desde submarinos hacia sus objetivos, comenzando con el programa de misiles UGM-27 Polaris .
El equipo de software de Apollo estuvo dirigido por Margaret Hamilton (quien escribió el código para proporcionar señales visuales cuando la priorización funcionaba correctamente) e incluyó el trabajo de programadores como Hal Laning , Dick Battin y Don Eyles .
Draper tiene sucursales en varias ciudades de EE. UU.: [4]
Las ubicaciones anteriores incluyen Tampa, Florida, en la Universidad del Sur de Florida (Centro de Bioingeniería).
Según su sitio web, [4] el personal del laboratorio aplica su experiencia a sistemas autónomos aéreos, terrestres, marítimos y espaciales; integración de información; sensores y redes distribuidos; municiones guiadas de precisión; ingeniería biomédica; defensa química y biológica; y modelado y gestión de sistemas energéticos. Cuando corresponde, Draper trabaja con socios para hacer la transición de su tecnología a la producción comercial.
El laboratorio abarca siete áreas de especialización técnica:
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Las áreas de proyectos que han surgido en las noticias se refieren a la experiencia central del Laboratorio Draper en navegación inercial , tan recientemente como en 2003. Más recientemente, el énfasis se ha desplazado hacia la investigación en temas innovadores de navegación espacial, sistemas inteligentes que dependen de sensores y computadoras para tomar decisiones autónomas y dispositivos médicos a nanoescala.
El personal del laboratorio ha estudiado formas de integrar la información del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) en la navegación basada en sistemas de navegación inercial con el fin de reducir los costos y mejorar la confiabilidad. Los sistemas de navegación inercial (INS) militares no pueden depender totalmente de la disponibilidad del satélite GPS para la corrección del rumbo (que es necesaria por el crecimiento gradual del error o "deriva"), debido a la amenaza de bloqueo hostil o interferencia de la señal. Un sistema inercial menos preciso generalmente significa un sistema menos costoso, pero que requiere una recalibración más frecuente de la posición desde otra fuente, como el GPS. Los sistemas que integran GPS con INS se clasifican como "ligeramente acoplados" (anteriores a 1995), "estrechamente acoplados" (1996-2002) o "profundamente integrados" (2002 en adelante), dependiendo del grado de integración del hardware. [20] A partir de 2006 [actualizar], se imaginó que muchos usos militares y civiles integrarían el GPS con el INS, incluida la posibilidad de proyectiles de artillería con un sistema profundamente integrado que puede soportar 20.000 g , cuando se dispara desde un cañón. [21]
En 2010, el Laboratorio Draper y el MIT colaboraron con otros dos socios como parte del equipo Next Giant Leap para ganar una subvención con el fin de lograr el premio Google Lunar X Prize para enviar el primer robot financiado con fondos privados a la Luna. Para calificar para el premio, el robot debe viajar 500 metros a través de la superficie lunar y transmitir video, imágenes y otros datos a la Tierra. Un equipo desarrolló un "Simulador de Gravedad Reducida y Lunar Artificial Terrestre" para simular operaciones en el entorno espacial, utilizando el algoritmo de guía, navegación y control para gravedad reducida del Laboratorio Draper. [22] [23]
En 2012, los ingenieros del Laboratorio Draper en Houston , Texas, desarrollaron un nuevo método para hacer girar la Estación Espacial Internacional , llamado "maniobra de propulsión óptima", que logró un ahorro del 94 por ciento con respecto a la práctica anterior. El algoritmo tiene en cuenta todo lo que afecta al modo en que se mueve la estación, incluida "la posición de sus propulsores y los efectos de la gravedad y el par giroscópico". [24]
En 2013 [actualizar], a escala personal, Draper estaba desarrollando una prenda para usar en órbita que utiliza giroscopios de momento controlado (CMG) que crean resistencia al movimiento de las extremidades de un astronauta para ayudar a mitigar la pérdida ósea y mantener el tono muscular durante un vuelo espacial prolongado. La unidad se llama traje de contramedidas de vector variable o V2Suit, que también utiliza CMG para ayudar en el equilibrio y la coordinación del movimiento al crear resistencia al movimiento y una sensación artificial de "abajo". Cada módulo CMG tiene aproximadamente el tamaño de una baraja de cartas. El concepto es que la prenda se use "en el período previo al aterrizaje de regreso a la Tierra o periódicamente durante una misión larga". [25]
En 2013, un equipo Draper/MIT/NASA también estaba desarrollando un traje espacial mejorado con CMG que ampliaría las capacidades actuales del "Simplified Aid for EVA Rescue" (SAFER) de la NASA, un traje espacial diseñado para el "autorrescate propulsivo" en caso de que un astronauta se desate accidentalmente de una nave espacial. El traje mejorado con CMG proporcionaría una mejor contrafuerza que la disponible actualmente para cuando los astronautas utilizan herramientas en entornos de baja gravedad. La contrafuerza está disponible en la Tierra a partir de la gravedad. Sin ella, una fuerza aplicada daría como resultado una fuerza igual en la dirección opuesta, ya sea en línea recta o girando. En el espacio, esto podría hacer que un astronauta perdiera el control. Actualmente, los astronautas deben fijarse a la superficie en la que se está trabajando. Los CMG ofrecerían una alternativa a la conexión mecánica o la fuerza gravitacional. [26]
El 29 de noviembre de 2018, Draper Laboratory fue nombrado contratista de Servicios de Carga Lunar Comercial (CLPS) por la NASA , lo que lo hace elegible para ofertar por la entrega de cargas útiles de ciencia y tecnología a la Luna para la NASA. [27] Draper Lab propuso formalmente un módulo de aterrizaje lunar llamado Artemis-7 . [28] [29] La compañía explicó que el número 7 denota la séptima misión de aterrizaje lunar en la que Draper Laboratory estaría involucrado, después de los seis alunizajes del Apolo. [29] El concepto del módulo de aterrizaje se basa en un diseño de una empresa japonesa llamada ispace , que es miembro del equipo de Draper en esta empresa. [30] Los subcontratistas en esta empresa incluyen a General Atomics , que fabricará el módulo de aterrizaje, y Spaceflight Industries , que organizará los servicios de lanzamiento para el módulo de aterrizaje. [30] [31] A partir de septiembre de 2023, Draper e ispace están desarrollando un módulo de aterrizaje lunar llamado APEX 1.0 para entregar cargas útiles CLPS a la luna en 2026. [32]
Los investigadores de Draper desarrollan sistemas de inteligencia artificial para permitir que los dispositivos robóticos aprendan de sus errores. Este trabajo respalda el trabajo financiado por DARPA , relacionado con el Sistema de Combate Futuro del Ejército . Esta capacidad permitiría que un vehículo autónomo bajo fuego aprenda que esa carretera es peligrosa y encuentre una ruta más segura o reconozca su estado de combustible y su estado de daño. En 2008 [actualizar], Paul DeBitetto supuestamente dirigió el grupo de robótica cognitiva en el laboratorio en este esfuerzo. [33]
En 2009 [actualizar], el Departamento de Seguridad Nacional de Estados Unidos financió al Laboratorio Draper y a otros colaboradores para desarrollar una tecnología que permitiera detectar a posibles terroristas con cámaras y otros sensores que monitorean el comportamiento de las personas que están siendo examinadas. El proyecto se llama Future Attribute Screening Technology (FAST). La aplicación sería para los puestos de control de seguridad para evaluar a los candidatos para un examen de seguimiento. En una demostración de la tecnología, el director del proyecto, Robert P. Burns, explicó que el sistema está diseñado para distinguir entre intenciones maliciosas y expresiones benignas de angustia empleando un importante volumen de investigación sobre la psicología del engaño. [34]
A partir de 2010, Neil Adams, director de programas de sistemas tácticos del Laboratorio Draper, dirigió la integración de sistemas del programa Nano Aerial Vehicle (NAV) de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) para miniaturizar las plataformas de reconocimiento volador. Esto implica la gestión del vehículo, las comunicaciones y los sistemas de control terrestre que permiten que los NAV funcionen de forma autónoma para llevar una carga útil de sensores para lograr la misión prevista. Los NAVS deben funcionar en áreas urbanas con poca o ninguna disponibilidad de señal GPS, basándose en sensores y sistemas basados en visión. [35]
En 2009, Draper colaboró con el Massachusetts Eye and Ear Infirmary para desarrollar un dispositivo implantable de administración de fármacos, que "fusiona aspectos de los sistemas microelectromecánicos , o MEMS, con la microfluídica, lo que permite el control preciso de fluidos en escalas muy pequeñas". El dispositivo es una "máquina flexible llena de fluido", que utiliza tubos que se expanden y contraen para promover el flujo de fluido a través de canales con un ritmo definido, impulsado por una bomba a microescala, que se adapta a la entrada ambiental. El sistema, financiado por los Institutos Nacionales de Salud , puede tratar la pérdida auditiva mediante la administración de "pequeñas cantidades de un fármaco líquido a una región muy delicada del oído; el implante permitirá que las células sensoriales vuelvan a crecer, restaurando en última instancia la audición del paciente". [36]
En 2010 [actualizar], Heather Clark, del Laboratorio Draper, estaba desarrollando un método para medir la concentración de glucosa en sangre sin necesidad de pincharse el dedo. El método utiliza un nanosensor, como un tatuaje en miniatura, de apenas unos milímetros de diámetro, que los pacientes se aplican sobre la piel. El sensor utiliza rangos de luz visible o cercana al infrarrojo para determinar las concentraciones de glucosa. Normalmente, para regular sus niveles de glucosa en sangre, los diabéticos deben medir su nivel de glucosa en sangre varias veces al día tomando una gota de sangre obtenida mediante un pinchazo e insertando la muestra en una máquina que puede medir el nivel de glucosa. El método del nanosensor suplantaría este proceso. [37]
El personal del laboratorio trabajó en equipos para crear nuevos sistemas de navegación, basados en guía inercial y en computadoras digitales para respaldar los cálculos necesarios para determinar el posicionamiento espacial.
El Laboratorio Draper destina parte de sus recursos al desarrollo y reconocimiento del talento técnico a través de programas educativos y exposiciones públicas. También patrocina el Premio Charles Stark Draper , uno de los tres denominados "Premios Nobel de Ingeniería" administrados por la Academia Nacional de Ingeniería de Estados Unidos .
De vez en cuando, el Laboratorio Draper organiza exhibiciones y eventos gratuitos abiertos al público, que se presentan en espacios semipúblicos especiales en la parte delantera del espacio del atrio central en el edificio principal Duffy. Por ejemplo, en 2019 Draper presentó Hack the Moon , una celebración del 50 aniversario del primer aterrizaje de la misión Apolo en la Luna el 20 de julio de 1969. La exposición presentó artefactos, como el hardware de la computadora de guía Apolo desarrollado en Draper y el software de la misión desarrollado por el personal de Draper, incluidos Don Eyles , Margaret Hamilton y Hal Laning . Los visitantes podían practicar el aterrizaje del módulo lunar Apolo en un simulador de software y luego intentar aterrizar mientras viajaban dentro de un simulador de movimiento de tamaño completo como el que usaron los astronautas para practicar la misión real. Charlas de empleados y jubilados de Draper y conciertos públicos gratuitos completaron las festividades. Se creó un sitio web especial de Hack the Moon para conmemorar la celebración. [46] [47] [48]
Otras exposiciones han destacado diferentes aspectos de los proyectos de investigación que se llevan a cabo en Draper, incluida información sobre oportunidades de empleo. Todos los visitantes deben pasar por un escáner de seguridad similar a los que se utilizan en los aeropuertos, pero no se requieren autorizaciones de seguridad especiales para acceder a las áreas semipúblicas. [49]
El programa Draper Fellow Program, basado en la investigación, patrocina a unos 50 estudiantes de posgrado cada año. [50] Los estudiantes reciben capacitación para ocupar puestos de liderazgo en el gobierno, el ejército, la industria y la educación. El laboratorio también apoya la investigación financiada en el campus con profesores e investigadores principales a través del programa de I+D de la Universidad. Ofrece oportunidades de empleo y pasantías para estudiantes de pregrado.
El Laboratorio Draper lleva a cabo un programa de extensión educativa comunitaria y de STEM (ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas) desde jardín de infantes hasta 12.º grado, que estableció en 1984. [51] Cada año, el laboratorio distribuye más de $175 000 a través de sus programas de relaciones comunitarias. [52] Estos fondos incluyen el apoyo a pasantías, cooperativas, participación en festivales de ciencia y la provisión de visitas guiadas y conferencias, que es una extensión de esta misión. [53]
A partir de 2021 [actualizar], Draper Laboratory también patrocina Draper Spark!Lab, en el Museo Nacional de Historia Estadounidense en el National Mall en Washington, DC. El espacio de trabajo práctico de inventos operado por el Instituto Smithsonian es gratuito para todos los visitantes y se centra en actividades educativas para niños de 6 a 12 años. [54]
La empresa otorga el Premio Charles Stark Draper , administrado por la Academia Nacional de Ingeniería . Se otorga "para reconocer logros de ingeniería innovadores y su aplicación práctica de maneras que hayan conducido a importantes beneficios y mejoras significativas en el bienestar y la libertad de la humanidad". Los logros en cualquier disciplina de ingeniería son elegibles para el premio de $500,000. [55]