Laboratoire Draper - Draper Laboratory
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| Taper | Société indépendante à but non lucratif |
|---|---|
| Industrie | Défense Espace Biomédical Énergie |
| Fondé | Laboratoire confidentiel de développement d'instruments du MIT (1932) The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. (1973) |
| Quartier général | 555 Technology Square , Cambridge, MA 02139-3563 |
Nombre d'emplacements |
4 |
Personnes clés |
Dr William LaPlante , président et chef de la direction (2020–) |
| Revenu | 571,8 millions de dollars (exercice 2017) |
Nombre d'employés |
1700 |
| Site Internet | www.draper.com |
Draper Laboratory est une organisation américaine de recherche et développement à but non lucratif, dont le siège est à Cambridge, Massachusetts ; son nom officiel est The Charles Stark Draper Laboratory, Inc (parfois abrégé en CSDL ). Le laboratoire est spécialisé dans la conception, le développement et le déploiement de solutions technologiques avancées aux problèmes de sécurité nationale, d'exploration spatiale, de soins de santé et d'énergie.
Le laboratoire a été fondé en 1932 par Charles Stark Draper au Massachusetts Institute of Technology (MIT) pour développer l'instrumentation aéronautique, et est devenu le MIT Instrumentation Laboratory . Au cours de cette période, le laboratoire est surtout connu pour avoir développé l' Apollo Guidance Computer , le premier ordinateur basé sur des circuits intégrés en silicium . Il a été renommé pour son fondateur en 1970 et séparé du MIT en 1973 pour devenir une organisation indépendante à but non lucratif.
L'expertise du personnel du laboratoire comprend les domaines des technologies et des systèmes de guidage, de navigation et de contrôle ; informatique tolérante aux pannes; algorithmes et systèmes logiciels avancés; modélisation et simulation; et les systèmes microélectromécaniques et la technologie des modules multipuces.
Histoire
En 1932, Charles Stark Draper, professeur d'aéronautique au MIT, fonda un laboratoire d'enseignement pour développer l'instrumentation nécessaire au suivi, au contrôle et à la navigation des aéronefs. Pendant la Seconde Guerre mondiale , le laboratoire de Draper était connu sous le nom de laboratoire confidentiel de développement d'instruments . Plus tard, le nom a été changé en MIT Instrumentation Laboratory ou I-Lab . En 1970, il était situé au 45 Osborn Street à Cambridge.
Le laboratoire a été renommé pour son fondateur en 1970 et est resté une partie du MIT jusqu'en 1973, date à laquelle il est devenu une société de recherche et développement indépendante à but non lucratif. La transition vers une société indépendante est née des pressions pour le désinvestissement des laboratoires du MIT faisant de la recherche militaire au moment de la guerre du Vietnam , malgré l'absence d'un rôle du laboratoire dans cette guerre.
Lors de sa cession du MIT, le laboratoire a d'abord été déplacé au 75 Cambridge Parkway et dans d'autres bâtiments dispersés près du MIT, jusqu'à ce qu'un nouveau bâtiment centralisé de 450 000 pieds carrés (42 000 m 2 ) puisse être érigé au 555 Technology Square . Le complexe, conçu par Skidmore, Owings & Merrill (Chicago), a été inauguré en 1976 (rebaptisé plus tard « Robert A. Duffy Building » en 1992).
En 1984, le nouveau bâtiment Albert G. Hill de 170 000 pieds carrés (16 000 m 2 ) a été inauguré à One Hampshire Street et relié de l'autre côté de la rue au bâtiment principal par une passerelle piétonne sécurisée . Cependant, en 1989, Draper Lab a été contraint de réduire de moitié son effectif de plus de 2000 personnes, par une combinaison de retraite anticipée, d'attrition et de licenciements involontaires. Cette contraction drastique a été causée par des réductions du financement de la défense et des changements dans les règles de passation des marchés du gouvernement. En réponse, Draper a étendu ses travaux sur des objectifs nationaux non liés à la défense dans des domaines tels que l'exploration spatiale, les ressources énergétiques, la médecine, la robotique et l'intelligence artificielle. décennie.
En 2017, une ancienne cour à ciel ouvert entre les bâtiments d'origine a été convertie en un atrium fermé de 20 000 pieds carrés (1 900 m 2 ) pour accueillir le balayage de sécurité, la réception, les zones semi-publiques, l'espace d'exposition temporaire et les salles à manger des employés. L'espace intérieur ouvert et aéré, conçu par les architectes de Boston Elkus Manfredi , dispose d'un mur végétalisé et de nombreux sièges.
L'un des principaux objectifs des programmes du laboratoire tout au long de son histoire a été le développement et l'application précoce de technologies avancées de guidage, de navigation et de contrôle (GN&C) pour répondre aux besoins du département américain de la Défense et de la NASA . Les réalisations du laboratoire comprennent la conception et le développement de systèmes de guidage précis et fiables pour les missiles balistiques lancés sous-marins, ainsi que pour l' ordinateur de guidage Apollo qui a guidé sans faille les astronautes d' Apollo vers la Lune et de retour sur Terre en toute sécurité. Le laboratoire a contribué au développement de capteurs inertiels, de logiciels et d'autres systèmes pour le GN&C d'avions commerciaux et militaires, de sous-marins, de missiles stratégiques et tactiques, d'engins spatiaux et de véhicules sans équipage.
Le projet Apollo comprenait le travail de programmeurs tels que Don Eyles , Margaret Hamilton et Hal Laning , qui ont codé le logiciel de mission embarqué pour l' alunissage de la NASA Apollo 11 . Les systèmes GN&C basés sur l'inertie étaient essentiels pour la navigation des sous-marins lanceurs de missiles balistiques pendant de longues périodes sous-marines afin d'éviter la détection et pour guider leurs missiles balistiques lancés par sous-marins vers leurs cibles, à commencer par le programme de missiles UGM-27 Polaris .
Emplacements
Draper est présent dans plusieurs villes américaines :
- Cambridge, Massachusetts (siège social)
- Houston, Texas au NASA Johnson Space Center , ainsi qu'un bureau séparé
- Reston, Virginie Bureau de service à la clientèle de Reston
- Washington, DC Washington Navy Yard
- Huntsville, Alabama au Marshall Space Flight Center de la NASA, ainsi qu'un bureau séparé
- Installation de prototypage rapide de St. Petersburg, Floride
- Pittsfield, Massachusetts Usine de réparation intégrée de l'US Navy
- Cap Canaveral, Floride Centre d'assistance technique du programme d'orientation des tridents de l'US Navy
Les anciens sites incluent Tampa, en Floride, à l' Université de Floride du Sud (Centre de bio-ingénierie).
Domaines techniques
Selon son site Internet, le personnel du laboratoire applique son expertise aux systèmes autonomes aériens, terrestres, maritimes et spatiaux ; intégration de l'information; capteurs et réseaux distribués ; munitions à guidage de précision; génie biomédical; défense chimique/biologique; et la modélisation et la gestion des systèmes énergétiques. Le cas échéant, Draper travaille avec des partenaires pour faire passer leur technologie à la production commerciale.
Le laboratoire comprend sept domaines d'expertise technique :
- Systèmes stratégiques : application de l'expertise de guidage, de navigation et de contrôle (GN&C) aux technologies hybrides assistées par GPS et à la navigation sous-marine et à la sécurité des armes stratégiques.
- Systèmes spatiaux : en tant que « partenaire de développement technologique et agent de transition de la NASA pour l'exploration planétaire », développement d'instruments GN&C et scientifiques de haute performance. L'expertise s'adresse également au secteur spatial de sécurité nationale.
- Systèmes tactiques : développement de plates-formes de renseignement maritime, de surveillance et de reconnaissance (ISR), guidage de munitions miniaturisées, systèmes de livraison aérienne guidée pour le matériel, systèmes physiques et décisionnels centrés sur le soldat, électronique et communications sécurisées et guidage d'interception précoce pour l'engagement de défense antimissile .
- Programmes spéciaux : développement de concepts, prototypage, production à faible cadence et assistance sur le terrain pour des systèmes uniques en leur genre, en lien avec les autres domaines techniques.
- Systèmes biomédicaux : systèmes microélectromécaniques (MEMS), applications microfluidiques de la technologie médicale et dispositifs médicaux intelligents miniaturisés.
- Air Warfare et ISR : technologie de renseignement pour les applications de ciblage et de planification de cibles.
- Solutions énergétiques : gestion de la fiabilité, de l'efficacité et des performances des équipements dans l'ensemble des systèmes complexes de production et de consommation d'énergie, y compris les centrales électriques au charbon ou la Station spatiale internationale .
Projets notables
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Les domaines de projet qui ont fait surface dans les nouvelles faisaient référence à l'expertise de base du laboratoire Draper en navigation inertielle , pas plus tard qu'en 2003. Plus récemment, l'accent s'est déplacé vers la recherche sur des sujets innovants de navigation spatiale, les systèmes intelligents qui s'appuient sur des capteurs et des ordinateurs pour prendre des décisions autonomes, et les dispositifs médicaux à l'échelle nanométrique.
Le personnel du laboratoire a étudié les moyens d'intégrer les données du système de positionnement global (GPS) dans la navigation basée sur le système de navigation inertielle afin de réduire les coûts et d'améliorer la fiabilité. Les systèmes militaires de navigation inertielle (INS) ne peuvent pas totalement compter sur la disponibilité des satellites GPS pour la correction de cap (ce qui est rendu nécessaire par la croissance progressive des erreurs ou « dérive »), en raison de la menace de blocage ou de brouillage hostile du signal. Un système inertiel moins précis signifie généralement un système moins coûteux, mais qui nécessite un recalibrage plus fréquent de la position à partir d'une autre source, comme le GPS. Les systèmes qui intègrent le GPS à l'INS sont classés comme « à couplage lâche » (avant 1995), « à couplage étroit » (1996-2002) ou « profondément intégré » (à partir de 2002), selon le degré d'intégration du matériel. À partir de 2006, il était envisagé que de nombreuses utilisations militaires et civiles intègrent le GPS avec l'INS, y compris la possibilité d'obus d'artillerie avec un système profondément intégré pouvant supporter 20 000 g , lorsqu'ils sont tirés à partir d'un canon.
En 2010, le laboratoire Draper et le MIT ont collaboré avec deux autres partenaires dans le cadre de l'équipe Next Giant Leap pour remporter une subvention en vue d'obtenir le Google Lunar X Prize et envoyer le premier robot financé par des fonds privés sur la Lune. Pour se qualifier pour le prix, le robot doit parcourir 500 mètres à travers la surface lunaire et transmettre des vidéos, des images et d'autres données à la Terre. Une équipe a développé un « simulateur terrestre artificiel lunaire et à gravité réduite » pour simuler des opérations dans l'environnement spatial, en utilisant l'algorithme de guidage, de navigation et de contrôle du laboratoire Draper pour une gravité réduite.
En 2012, les ingénieurs du laboratoire Draper à Houston , au Texas, ont développé une nouvelle méthode pour faire tourner la Station spatiale internationale , appelée « manœuvre optimale du propulseur », qui a permis de réaliser une économie de 94 % par rapport à la pratique précédente. L'algorithme prend en compte tout ce qui affecte le mouvement de la station, y compris "la position de ses propulseurs et les effets de la gravité et du couple gyroscopique".
En 2013, à une échelle personnelle, Draper développait un vêtement à utiliser en orbite qui utilise des gyroscopes à moment contrôlé (CMG) qui crée une résistance au mouvement des membres d'un astronaute pour aider à atténuer la perte osseuse et à maintenir le tonus musculaire pendant un vol spatial prolongé. L'unité s'appelle une combinaison de contre-mesures vectorielles variables, ou V2Suit, qui utilise également des CMG pour aider à l'équilibre et à la coordination des mouvements en créant une résistance au mouvement et un sens artificiel de "vers le bas". Chaque module CMG a à peu près la taille d'un jeu de cartes. Le concept est que le vêtement soit porté « avant l'atterrissage sur Terre ou périodiquement tout au long d'une longue mission ».
En 2013, une équipe Draper/MIT/NASA développait également une combinaison spatiale CMG-augmentée qui étendrait les capacités actuelles de la NASA "Simplified Aid for EVA Rescue" (SAFER)—une combinaison spatiale conçue pour "l'auto-sauvetage propulsif" lorsqu'un l'astronaute se détache accidentellement d'un vaisseau spatial. La combinaison augmentée par CMG fournirait une meilleure contre-force que celle actuellement disponible lorsque les astronautes utilisent des outils dans des environnements à faible gravité. La contre-force est disponible sur Terre à partir de la gravité. Sans elle, une force appliquée se traduirait par une force égale dans la direction opposée, soit en ligne droite, soit en rotation. Dans l'espace, cela pourrait rendre un astronaute incontrôlable. Actuellement, les astronautes doivent se fixer à la surface sur laquelle ils travaillent. Les CMG offriraient une alternative à la connexion mécanique ou à la force gravitationnelle.
Services commerciaux de charge utile lunaire
Le 29 novembre 2018, le laboratoire Draper a été nommé entrepreneur en services commerciaux de charge utile lunaire par la NASA , ce qui le rend éligible pour soumissionner pour la livraison de charges utiles scientifiques et technologiques sur la Lune pour la NASA. Draper Lab a formellement proposé un atterrisseur lunaire appelé Artemis-7 . La société a expliqué que le chiffre 7 désigne la 7e mission d'atterrisseur lunaire dans laquelle le laboratoire Draper serait impliqué, après les six alunissages d'Apollo. Le concept de l'atterrisseur est basé sur un design d'une société japonaise appelée ispace , qui est un membre de l'équipe de Draper dans cette entreprise. Les sous-traitants de cette entreprise incluent General Atomics, qui fabriquera l'atterrisseur, et Spaceflight Industries , qui organisera les services de lancement de l'atterrisseur.
Systèmes intelligents
Draper chercheurs développent des systèmes d'intelligence artificielle pour permettre à des dispositifs robotiques d'apprendre de leurs erreurs, ce travail est à l' appui de la DARPA financée par le travail, se rapportant à l'armée des systèmes de combat futur . Cette capacité permettrait à un autonome sous le feu d'apprendre que cette route est dangereuse et de trouver un itinéraire plus sûr ou de reconnaître son état de carburant et son état de dommage. En 2008, Paul DeBitetto aurait dirigé le groupe de robotique cognitive du laboratoire dans cet effort.
En 2009, le département américain de la Sécurité intérieure a financé le laboratoire Draper et d'autres collaborateurs pour développer une technologie permettant de détecter les terroristes potentiels avec des caméras et d'autres capteurs qui surveillent les comportements des personnes faisant l'objet d'un dépistage. Le projet s'appelle Future Attribute Screening Technology (FAST). L'application serait pour les points de contrôle de sécurité pour évaluer les candidats pour le contrôle de suivi. Lors d'une démonstration de la technologie, le chef de projet Robert P. Burns a expliqué que le système est conçu pour faire la distinction entre l'intention malveillante et les expressions bénignes de détresse en utilisant une recherche corporelle substantielle sur la psychologie de la tromperie.
En 2010, Neil Adams, directeur des programmes de systèmes tactiques pour le laboratoire Draper, a dirigé l'intégration des systèmes du programme Nano Aerial Vehicle (NAV) de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) pour miniaturiser les plates-formes de reconnaissance volantes. Cela implique la gestion du véhicule, les communications et les systèmes de contrôle au sol permettent aux NAVs de fonctionner de manière autonome pour transporter une charge utile de capteur pour accomplir la mission prévue. Le NAVS doit fonctionner dans des zones urbaines avec peu ou pas de disponibilité de signal GPS, en s'appuyant sur des capteurs et des systèmes basés sur la vision.
Systèmes médicaux
En 2009, Draper a collaboré avec la Massachusetts Eye and Ear Infirmary pour développer un dispositif implantable d'administration de médicaments, qui « fusionne les aspects des systèmes microélectromécaniques , ou MEMS, avec la microfluidique, qui permet le contrôle précis des fluides à très petite échelle ». L'appareil est une "machine flexible remplie de fluide", qui utilise des tubes qui se dilatent et se contractent pour favoriser l'écoulement du fluide à travers des canaux avec un rythme défini, entraîné par une pompe à micro-échelle, qui s'adapte aux apports environnementaux. Le système, financé par les National Institutes of Health , peut traiter la perte auditive en délivrant "de petites quantités d'un médicament liquide dans une région très délicate de l'oreille, l'implant permettra aux cellules sensorielles de repousser, rétablissant finalement l'audition du patient".
En 2010, Heather Clark du laboratoire Draper développait une méthode pour mesurer la concentration de glucose dans le sang sans se piquer les doigts. La méthode utilise un nano-capteur, comme un tatouage miniature, de quelques millimètres de diamètre, que les patients appliquent sur la peau. Le capteur utilise des plages de lumière proche infrarouge ou visible pour déterminer les concentrations de glucose. Normalement, pour réguler leur glycémie, les diabétiques doivent mesurer leur glycémie plusieurs fois par jour en prélevant une goutte de sang obtenue par une piqûre d'épingle et en insérant l'échantillon dans un appareil capable de mesurer la glycémie. L'approche nano-capteur supplanterait ce procédé.
Des innovations notables
Le personnel du laboratoire a travaillé en équipe pour créer de nouveaux systèmes de navigation, basés sur le guidage inertiel et sur des ordinateurs numériques pour prendre en charge les calculs nécessaires pour déterminer le positionnement spatial.
- Mark 14 Gunsight (1942) - Amélioration de la précision de la visée des canons anti-aériens utilisés à bord des navires de guerre pendant la Seconde Guerre mondiale
- Space Inertial Reference Equipment (SPIRE) (1953) - Une navigation autonome tout inertielle pour les aéronefs dont le laboratoire a démontré la faisabilité lors d'une série d'essais en vol en 1953.
- Le système de Laning et Zierler (1954 : également appelé « George ») — Un des premiers compilateurs algébriques, conçu par Hal Laning et Neal Zierler.
- Q-guidance — Une méthode de guidage de missiles, développée par Hal Laning et Richard Battin
- Ordinateur de guidage Apollo — Le premier ordinateur déployé à exploiter la technologie des circuits intégrés de navigation autonome embarquée dans l'espace
- Fly-by-wire numérique - Un système de contrôle qui permet à un pilote de contrôler l'avion sans être connecté mécaniquement aux surfaces de contrôle de l'avion
- Informatique tolérante aux pannes—Utilisation de plusieurs ordinateurs pour travailler simultanément sur une tâche. Si l'un des ordinateurs tombe en panne, les autres peuvent prendre en charge une capacité vitale lorsque la sécurité d'un avion ou d'un autre système est en jeu.
- Technologies micro-électromécaniques ( MEMS ) —Systèmes micro-mécaniques qui ont permis le premier gyroscope micro-usiné.
- Algorithmes de systèmes autonomes—Algorithmes, qui permettent le rendez-vous et l'amarrage autonomes d'engins spatiaux ; systèmes pour véhicules sous-marins
- GPS couplé à un système de navigation inertielle—Un moyen de permettre une navigation continue lorsque le véhicule ou le système entre dans un environnement sans GPS
Programmes de sensibilisation
Le laboratoire Draper applique certaines de ses ressources au développement et à la reconnaissance des talents techniques par le biais de programmes éducatifs et d'expositions publiques. Il parraine également le prix Charles Stark Draper , l'un des trois soi-disant « prix Nobel d'ingénierie » administrés par la National Academy of Engineering des États-Unis .
Des expositions
De temps en temps, le laboratoire Draper accueille des expositions gratuites et des événements ouverts au public, qui sont présentés dans des espaces semi-publics spéciaux à l'avant de l'atrium central du bâtiment principal Duffy. Par exemple, en 2019, Draper a présenté Hack the Moon , une célébration du 50e anniversaire du premier alunissage d'Apollo le 20 juillet 1969 . L'exposition présentait des artefacts, tels que le matériel informatique de guidage Apollo développé à Draper et le logiciel de mission développé par les membres du personnel de Draper, notamment Don Eyles , Margaret Hamilton et Hal Laning . Les visiteurs pouvaient s'entraîner à faire atterrir le module lunaire Apollo sur un simulateur logiciel, puis tenter d'atterrir tout en roulant à l'intérieur d'un simulateur de mouvement de taille normale comme celui utilisé par les astronautes pour s'entraîner à la mission réelle. Des conférences des membres du personnel et des retraités de Draper et des concerts publics gratuits ont complété les festivités. Un site Web spécial Hack the Moon a été créé pour commémorer la célébration.
D'autres expositions ont mis en évidence différents aspects des projets de recherche menés à Draper, y compris des informations sur les opportunités d'emploi. Tous les visiteurs doivent passer par un scanner de sécurité similaire à ceux utilisés dans les aéroports, mais des autorisations de sécurité spéciales ne sont pas nécessaires pour accéder aux zones semi-publiques.
Éducation technique
Le programme Draper Fellow basé sur la recherche parraine environ 50 étudiants diplômés chaque année. Les étudiants sont formés pour occuper des postes de direction dans le gouvernement, l'armée, l'industrie et l'éducation. Le laboratoire soutient également la recherche financée sur le campus avec le corps professoral et les chercheurs principaux par le biais du programme de R&D universitaire. Il offre des possibilités d'emploi et de stage aux étudiants de premier cycle.
Le laboratoire Draper dirige un programme d'éducation communautaire et STEM (science, technologie, ingénierie et mathématiques) et d'éducation communautaire, qu'il a créé en 1984. Chaque année, le laboratoire distribue plus de 175 000 $ par le biais de ses programmes de relations communautaires. Ces fonds comprennent le soutien des stages, des coopératives, la participation à des festivals scientifiques et la fourniture de visites et de conférenciers - est une extension de cette mission.
À partir de 2021, Draper Laboratory parraine également Draper Spark!Lab, au National Museum of American History sur le National Mall à Washington, DC. L'espace de travail pratique sur les inventions exploité par la Smithsonian Institution est gratuit pour tous les visiteurs et se concentre sur des activités éducatives pour les enfants âgés de 6 à 12 ans.
Prix du drapier
L' entreprise est dotée du prix Charles Stark Draper , qui est administré par la National Academy of Engineering . Il est décerné "pour reconnaître les réalisations d'ingénierie innovantes et leur réduction à la pratique d'une manière qui a conduit à des avantages importants et à une amélioration significative du bien-être et de la liberté de l'humanité". Les réalisations dans n'importe quelle discipline du génie sont admissibles au prix de 500 000 $.