Draper Laboratory - Draper Laboratory
 | |
| Type | Uafhængigt, non-profit selskab |
|---|---|
| Industri | Defense Space Biomedical Energi |
| Grundlagt | MIT Confidential Instrument Development Laboratory (1932) Charles Stark Draper Laboratory, Inc. (1973) |
| Hovedkvarter | 555 Technology Square , Cambridge, MA 02139-3563 |
Antal placeringer |
4 |
Nøglepersoner |
Dr. William LaPlante , administrerende direktør (2020–) |
| Omsætning | $ 571,8 millioner (regnskabsår 2017) |
Antal medarbejdere |
1.700 |
| Internet side | www.draper.com |
Draper Laboratory er en amerikansk non-profit- forsknings- og udviklingsorganisation med hovedsæde i Cambridge, Massachusetts ; dens officielle navn er The Charles Stark Draper Laboratory, Inc (undertiden forkortet som CSDL ). Laboratoriet har specialiseret sig i design, udvikling og implementering af avancerede teknologiske løsninger på problemer inden for national sikkerhed, rumforskning, sundhedspleje og energi.
Laboratoriet blev grundlagt i 1932 af Charles Stark Draper ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) for at udvikle luftfartsinstrumentering og blev kaldt MIT Instrumentation Laboratory . I løbet af denne periode er laboratoriet bedst kendt for at udvikle Apollo Guidance Computer , den første silicium integrerede kredsløb baseret computer. Det blev omdøbt til sin grundlægger i 1970 og adskilt fra MIT i 1973 for at blive en uafhængig, non-profit organisation.
Laboratoriepersonalets ekspertise omfatter områderne vejledning, navigation og kontrolteknologi og -systemer; fejltolerant computing; avancerede algoritmer og softwaresystemer; modellering og simulering; og mikroelektromekaniske systemer og multichip modulteknologi.
Historie
I 1932 grundlagde Charles Stark Draper, en professor i MIT -luftfart, et undervisningslaboratorium for at udvikle den nødvendige instrumentering til at spore, kontrollere og navigere fly. Under anden verdenskrig var Drapers laboratorium kendt som Confidential Instrument Development Laboratory . Senere blev navnet ændret til MIT Instrumentation Laboratory eller I-Lab . Fra 1970 var det placeret på Osborn Street 45 i Cambridge.
Laboratoriet blev omdøbt til dets grundlægger i 1970 og forblev en del af MIT indtil 1973, da det blev et uafhængigt, non-profit forsknings- og udviklingsselskab. Overgangen til et uafhængigt selskab opstod som følge af pres for frasalg af MIT -laboratorier, der foretog militær forskning på tidspunktet for Vietnamkrigen , på trods af at laboratoriet ikke havde en rolle i krigen.
Som det frasolgte fra MIT, blev laboratoriet oprindeligt flyttet til 75 Cambridge Parkway og andre spredte bygninger nær MIT, indtil en centraliseret ny 450.000 kvadratmeter (42.000 m 2 ) bygningen kunne opføres ved 555 Technology Square . Komplekset, designet af Skidmore, Owings & Merrill (Chicago), blev åbnet i 1976 (senere omdøbt til "Robert A. Duffy Building" i 1992).
I 1984, den nybyggede 170.000 kvadratmeter (16.000 m 2 ) Albert G. Hill blev bygningen åbnet på One Hampshire Street, og forbundet på tværs af gaden til hovedbygningen via en sikkert lukket fodgænger gangbro . Men i 1989 blev Draper Lab tvunget til at skære sin arbejdsstyrke på over 2000 i halve gennem en kombination af førtidspension, nedslidning og ufrivillige fyringer. Denne drastiske svind blev forårsaget af nedskæringer i forsvarsfinansieringen og ændringer i offentlige kontraktregler. Som svar udvidede Draper sit arbejde med ikke-forsvarslige nationale mål inden for områder som rumforskning, energiressourcer, medicin, robotik og kunstig intelligens og tog også foranstaltninger til at øge sit ikke-statslige arbejde og til sidst vokset til 1400 medarbejdere inden for årti.
I 2017 blev en tidligere udendørs gårdhave mellem de oprindelige bygninger omdannet til et lukket 20.000 kvadratmeter (1.900 m 2 ) fleretages atrium til at rumme sikkerhed scanning, modtagelse, halvoffentlige områder, midlertidig udstillingsrum, og medarbejder spisefaciliteter. Det åbne, luftige indvendige rum, designet af Boston -arkitekterne Elkus Manfredi , har en grøn vægplantning og rigelige siddepladser.
Et primært fokus for laboratoriets programmer gennem dets historie har været udvikling og tidlig anvendelse af avanceret vejledning, navigation og kontrol (GN&C) teknologier for at imødekomme behovene hos det amerikanske forsvarsministerium og NASA . Laboratoriets præstationer omfatter design og udvikling af nøjagtige og pålidelige styringssystemer til undervandsbaserede ballistiske missiler samt for Apollo Guidance Computer, der fejlagtigt ledte Apollo- astronauterne til Månen og sikkert tilbage til Jorden. Laboratoriet bidrog til udviklingen af inertionsensorer, software og andre systemer til GN & C for kommercielle og militære fly, ubåde, strategiske og taktiske missiler, rumfartøjer og ubesatte køretøjer.
Apollo -projektet omfattede arbejde fra programmører som Don Eyles , Margaret Hamilton og Hal Laning , der kodede ombord missionssoftware til NASA Apollo 11 månelanding. Inertibaserede GN & C-systemer var centrale for at navigere i ballistiske missilubåde i lange perioder under havet for at undgå opdagelse og guide deres ubådslancerede ballistiske missiler til deres mål, startende med UGM-27 Polaris- missilprogrammet.
Placeringer
Draper har lokationer i flere amerikanske byer:
- Cambridge, Massachusetts (hovedsæde)
- Houston, Texas ved NASA Johnson Space Center , samt et separat kontor
- Reston, Virginia Reston kundeservicekontor
- Washington, DC Washington Navy Yard
- Huntsville, Alabama ved NASAs Marshall Space Flight Center, samt et separat kontor
- St. Petersburg, Florida Rapid Prototyping Facility
- Pittsfield, Massachusetts US Navy Integrated Repair Facility
- Cape Canaveral, Florida US Navy Trident Guidance Program Technical Support Facility
Tidligere steder omfatter Tampa, Florida ved University of South Florida (Bioengineering Center).
Tekniske områder
Ifølge sit websted anvender laboratoriepersonale sin ekspertise på autonome luft-, land-, hav- og rumsystemer; informationsintegration; distribuerede sensorer og netværk; præcisionsstyret ammunition; biomedicinsk videnskab; kemisk/biologisk forsvar; og modellering og styring af energisystemer. Når det er relevant, arbejder Draper sammen med partnere for at overføre deres teknologi til kommerciel produktion.
Laboratoriet omfatter syv faglige områder:
- Strategiske systemer: Anvendelse af ekspertise inden for vejledning, navigation og kontrol (GN&C) til hybrid GPS-understøttede teknologier og til ubådsnavigation og strategisk våbensikkerhed.
- Rumsystemer: Som "NASAs teknologiudviklingspartner og overgangsagent til planetarisk efterforskning", udvikling af GN&C og højtydende videnskabelige instrumenter. Ekspertise adresserer også den nationale sikkerhedsrumsektor.
- Taktiske systemer: Udvikling af maritime efterretninger, overvågning og rekognoscering (ISR) platforme, miniaturiseret ammunitionsvejledning, guidede luftleveringssystemer til materiel, soldatcentrerede fysiske og beslutningsstøttesystemer, sikker elektronik og kommunikation og tidlig aflytning af missilforsvar .
- Særlige programmer: Konceptudvikling, prototyper, lavprisproduktion og feltstøtte til førsteklasses systemer, forbundet med de andre tekniske områder.
- Biomedicinske systemer: Mikroelektromekaniske systemer (MEMS), mikrofluidiske anvendelser af medicinsk teknologi og miniaturiserede smarte medicinske anordninger.
- Air Warfare og ISR: Efterretningsteknologi til målretning og målplanlægning af applikationer.
- Energiløsninger: Håndtering af pålidelighed, effektivitet og ydeevne af udstyr i hele komplekse energiproduktions- og forbrugssystemer, herunder kulfyrede kraftværker eller den internationale rumstation .
Bemærkelsesværdige projekter
_underway_at_sea,_circa_in_the_1970s.jpg)
Projektområder, der er dukket op i nyhederne, henviste til Draper Laboratoriets kernekompetence inden for inertial navigation , så sent som i 2003. Senere er der lagt vægt på forskning inden for innovative rumnavigationsemner, intelligente systemer, der er afhængige af sensorer og computere til at træffe autonome beslutninger, og medicinsk udstyr i nano-skala.
Laboratoriepersonalet har undersøgt måder at integrere input fra Global Positioning System (GPS) i Inertial navigation systembaseret navigation for at sænke omkostningerne og forbedre pålideligheden. Militære inertialnavigationssystemer (INS) kan ikke helt stole på GPS -satellittilgængelighed til kurskorrektion (hvilket er nødvendig ved gradvis fejlvækst eller "drift") på grund af truslen om fjendtlig blokering eller blokering af signal. Et mindre præcist inertialsystem betyder normalt et billigere system, men et system, der kræver hyppigere rekalibrering af position fra en anden kilde, f.eks. GPS. Systemer, der integrerer GPS med INS, klassificeres som "løst koblet" (før 1995), "tæt koblet" (1996-2002) eller "dybt integreret" (2002 og fremefter), afhængigt af graden af hardware. Fra 2006 blev det forestillet, at mange militære og civile anvendelser ville integrere GPS med INS, herunder muligheden for artilleri med et dybt integreret system, der kan modstå 20.000 g , når der affyres fra en kanon.
I 2010 samarbejdede Draper Laboratory og MIT med to andre partnere som en del af Next Giant Leap -teamet for at vinde et tilskud til at opnå Google Lunar X -prisen og sende den første privatfinansierede robot til månen. For at kvalificere sig til prisen skal robotten rejse 500 meter over månens overflade og sende video, billeder og andre data tilbage til Jorden. Et team udviklede en "Terrestrial Artificial Lunar and Reduced Gravity Simulator" til at simulere operationer i rummiljøet ved hjælp af Draper Laboratory's vejledning, navigation og kontrolalgoritme til reduceret tyngdekraft.
I 2012 udviklede ingeniører fra Draper Laboratory i Houston , Texas, en ny metode til at vende den internationale rumstation , kaldet "optimal drivmanøvre", som opnåede en besparelse på 94 procent i forhold til tidligere praksis. Algoritmen tager hensyn til alt, hvad der påvirker, hvordan stationen bevæger sig, herunder "positionen af dens thrustere og virkningerne af tyngdekraft og gyroskopisk drejningsmoment".
Fra 2013 udviklede Draper i personlig skala en beklædningsgenstand til brug i kredsløb, der bruger Controlled Moment Gyros (CMG'er), der skaber modstand mod bevægelse af en astronauts lemmer for at reducere knogletab og opretholde muskeltonus under langvarig rumflyvning. Enheden kaldes en Variable Vector Countermeasure suit, eller V2Suit, som også bruger CMG'er til at hjælpe med balance og bevægelseskoordination ved at skabe modstand mod bevægelse og en kunstig følelse af "ned". Hvert CMG -modul er omtrent på størrelse med et kortspil. Konceptet går ud på, at beklædningsgenstanden skal bæres "i forløbet til landing tilbage på Jorden eller periodisk under en lang mission".
I 2013 udviklede et Draper/MIT/NASA-team også en CMG-forstørret rumdragt, der ville udvide de nuværende muligheder for NASAs "Simplified Aid for EVA Rescue" (SAFER)-en rumdragt designet til "fremdriftsfuld selvredning", når en astronaut ved et uheld bliver koblet fra et rumfartøj. Den CMG-forstærkede dragt ville give bedre modkraft end nu er tilgængelig for når astronauter bruger værktøjer i miljøer med lav tyngdekraft. Modkræfter er tilgængelige på jorden fra tyngdekraften. Uden den ville en påført kraft resultere i en lige kraft i den modsatte retning, enten i en lige linje eller spinde. I rummet kan dette sende en astronaut ud af kontrol. I øjeblikket skal astronauter sætte sig på den overflade, der arbejdes med. CMG'erne ville tilbyde et alternativ til mekanisk forbindelse eller tyngdekraft.
Kommercielle Lunar Payload Services
Den 29. november 2018 blev Draper Laboratory udnævnt til en kommerciel Lunar Payload Services -entreprenør af NASA , hvilket gør den berettiget til at byde på at levere videnskabelige og teknologiske nyttelaster til månen til NASA. Draper Lab har formelt foreslået en månelander ved navn Artemis-7 . Virksomheden forklarede, at tallet 7 betegner den 7. månelandingsmission, hvor Draper Laboratory ville være involveret, efter de seks Apollo -månelandinger. Lander -konceptet er baseret på et design af et japansk firma kaldet ispace , som er et teammedlem i Draper i denne satsning. Underleverandører i dette venture omfatter General Atomics, der vil fremstille landeren, og Spaceflight Industries , der vil arrangere lanceringstjenester for landeren.
Intelligente systemer
Draper -forskere udvikler kunstige intelligenssystemer, der gør det muligt for robotudstyr at lære af deres fejltagelser. Dette arbejde understøtter DARPA -finansieret arbejde, der vedrører Army Future Combat System . Denne kapacitet ville gøre det muligt for en autonom under ild at lære, at den vej er farlig og finde en sikrere rute eller at genkende dens brændstofstatus og skadestatus. Fra 2008 ledede Paul DeBitetto angiveligt den kognitive robotgruppe på laboratoriet i denne indsats.
Fra 2009 finansierede det amerikanske Department of Homeland Security Draper Laboratory og andre samarbejdspartnere til at udvikle en teknologi til at opdage potentielle terrorister med kameraer og andre sensorer, der overvåger adfærd hos mennesker, der bliver screenet. Projektet hedder Future Attribute Screening Technology (FAST). Ansøgningen vil være til sikkerhedskontrolpunkter for at vurdere kandidater til opfølgningsscreening. I en demonstration af teknologien forklarede projektlederen Robert P. Burns, at systemet er designet til at skelne mellem ondsindet hensigt og godartede udtryk for nød ved at anvende en omfattende kropsforskning i bedragers psykologi.
Fra 2010 Neil Adams, en direktør for taktiske systemprogrammer for Draper Laboratory, ledede systemintegrationen af Defense Advanced Research Projects Agency 's (DARPA) Nano Aerial Vehicle (NAV) program til at minimere flyvende rekognosceringsplatforme. Dette indebærer styring af køretøjet, kommunikation og jordkontrolsystemer giver NAV'er mulighed for at fungere autonomt for at bære en sensor nyttelast for at nå den påtænkte mission. NAVS skal arbejde i byområder med ringe eller ingen tilgængelighed af GPS-signal, afhængig af synsbaserede sensorer og systemer.
Medicinske systemer
I 2009 samarbejdede Draper med Massachusetts Eye and Ear Infirmary om at udvikle en implanterbar lægemiddelindgivelsesenhed, der "fusionerer aspekter ved mikroelektromekaniske systemer eller MEMS med mikrofluidik, som muliggør præcis kontrol af væsker på meget små skalaer". Enheden er en "fleksibel, væskefyldt maskine", der bruger rør, der udvider sig og sammentrækker for at fremme væskestrøm gennem kanaler med en defineret rytme, drevet af en mikroskala-pumpe, som tilpasser sig miljøindgang. Systemet, finansieret af National Institutes of Health , kan behandle høretab ved at levere "bittesmå mængder af et flydende lægemiddel til et meget sart område af øret, implantatet vil give sensoriske celler mulighed for at vokse frem igen og i sidste ende genoprette patientens hørelse".
Fra 2010 udviklede Heather Clark fra Draper Laboratory en metode til måling af blodglukosekoncentration uden at stikke fingre. Metoden anvender en nanosensor, som en miniaturetatovering, kun flere millimeter på tværs, som patienter anvender på huden. Sensoren bruger nær-infrarødt eller synligt lysområde til at bestemme glukosekoncentrationer. Normalt for at regulere deres blodglukoseniveauer skal diabetikere måle deres blodglukose flere gange om dagen ved at tage en dråbe blod opnået med et nålestik og indsætte prøven i en maskine, der kan måle glukoseniveau. Nano-sensor tilgangen ville erstatte denne proces.
Bemærkelsesværdige innovationer
Laboratoriepersonalet arbejdede i teams for at oprette nye navigationssystemer baseret på inertial vejledning og digitale computere for at understøtte de nødvendige beregninger til bestemmelse af rumlig positionering.
- Mark 14 Gunsight (1942)-Forbedret kanonøjagtighed for luftværnskanoner, der blev brugt ombord på flådefartøjer i 2. verdenskrig
- Space Inertial Reference Equipment (SPIRE) (1953)-En autonom all-inertial navigation for fly, hvis gennemførlighed laboratoriet demonstrerede i en række flyvetest fra 1953.
- Den Laning og Zierler systemet (1954: også kaldet "George") - En tidlig algebraisk compiler, designet af Hal Laning og Neal Zierler.
- Q-guidning- En metode til missilvejledning, udviklet af Hal Laning og Richard Battin
- Apollo Guidance Computer - Den første computer, der blev installeret til at udnytte integreret kredsløbsteknologi ombord, autonom navigation i rummet
- Digital fly-by-wire- Et kontrolsystem, der tillader en pilot at styre flyet uden at være mekanisk forbundet til flyets kontrolflader
- Fejltolerant computing-Brug af flere computere arbejder på en opgave samtidigt. Hvis en af computerne svigter, kan de andre overtage en vital kapacitet, når sikkerheden for et fly eller et andet system er på spil.
- Mikroelektromekaniske ( MEMS ) teknologier-Mikromekaniske systemer, der muliggjorde det første mikromaskinerede gyroskop.
- Autonome systemalgoritmer - Algoritmer, der tillader autonome stævner og dokning af rumfartøjer; systemer til undervandsbiler
- GPS kombineret med inertialnavigationssystem-Et middel til at tillade kontinuerlig navigation, når køretøjet eller systemet går ind i et GPS-nægtet miljø
Opsøgende programmer
Draper Laboratory anvender nogle af sine ressourcer til at udvikle og anerkende tekniske talenter gennem uddannelsesprogrammer og offentlige udstillinger. Det sponsorer også Charles Stark Draper-prisen , en af de tre såkaldte "Nobel Prize of Engineering" administreret af US National Academy of Engineering .
Udstillinger
Fra tid til anden afholder Draper Laboratory gratis udstillinger og begivenheder, der er åbne for offentligheden, og som præsenteres i særlige semi-offentlige rum foran på det centrale atriumrum i Duffy-hovedbygningen. For eksempel præsenterede Draper i 2019 Hack the Moon , en fejring af 50 -årsdagen for den første Apollo -månelanding den 20. juli 1969 . Udstillingen indeholdt artefakter, såsom Apollo Guidance Computer hardware udviklet på Draper, og missionens software udviklet af Draper -medarbejdere, herunder Don Eyles , Margaret Hamilton og Hal Laning . Besøgende kunne øve på at lande Apollo Lunar Module på en softwaresimulator og derefter forsøge at lande, mens de kørte inde i en bevægelsessimulator i fuld størrelse som den, astronauterne brugte til at øve den egentlige mission. Foredrag fra Draper -medarbejdere og pensionister og gratis offentlige koncerter rundede festlighederne af. Et særligt Hack the Moon -websted blev oprettet for at mindes fejringen.
Andre udstillinger har fremhævet forskellige aspekter af forskningsprojekterne på Draper, herunder oplysninger om beskæftigelsesmuligheder. Alle besøgende skal passere gennem en sikkerhedsscanner, der ligner dem, der bruges i lufthavne, men særlige sikkerhedsgodkendelser er ikke nødvendige for at få adgang til de semi-offentlige områder.
Teknisk uddannelse
Det forskningsbaserede Draper Fellow-program sponsorerer hvert år omkring 50 kandidatstuderende. Studerende er uddannet til at udfylde lederstillinger i regeringen, militæret, industrien og uddannelse. Laboratoriet understøtter også forskning på campus med fakultets- og hovedforskere gennem University R & D-programmet. Det tilbyder bachelorstuderende beskæftigelse og praktikmuligheder.
Draper Laboratory gennemfører et STEM (Science, Technology, Engineering og Mathematics) K – 12 og samfundsuddannelsesprogram, som det etablerede i 1984. Hvert år distribuerer laboratoriet mere end $ 175.000 via sine community relations -programmer. Disse midler omfatter støtte til praktikpladser, kooperativer, deltagelse i videnskabelige festivaler og levering af ture og talere-er en forlængelse af denne mission.
Fra 2021 sponsorerer Draper Laboratory også Draper Spark! Lab på National Museum of American History på National Mall i Washington, DC. Det praktiske arbejdsområde for opfindelse, der drives af Smithsonian Institution, er gratis for alle besøgende og fokuserer på uddannelsesmæssige aktiviteter for børn i alderen 6 til 12 år.
Draper -prisen
Virksomheden tildeler Charles Stark Draper -prisen , som administreres af National Academy of Engineering . Det tildeles "at anerkende innovative ingeniørpræstationer og deres reduktion i praksis på måder, der har ført til vigtige fordele og betydelig forbedring af menneskets trivsel og frihed". Præstationer inden for enhver ingeniørdisciplin er berettiget til $ 500.000 præmien.