WPI (슬롯 사이트) 수학자 인 Cutting-Edge Machine Learning과 19 세기 수학과 결합하여 Composite Rocket Fuel Tanks 및 Spacecraft 구조물을 만드는 데 사용되는 탄소 나노 물질에서 불완전한 방법을 개발하여 NASA 우면 크래프트 및 더 많은 손상을 입히기 위해 노력하고 있습니다.
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Miralon® 원사는 사람의 모발만큼 얇을 수 있으며 로켓 연료 탱크와 같은 구조물을 감싸서 고압을 견딜 수있는 강도를 제공합니다. 두께의 결함과 변화는 원사와 결과 복합재의 약점을 유발할 수 있습니다. 대학원생 팀과 함께 Paffenroth는보다 일관된 최종 제품을 보장하기 위해 제조 프로세스의 데이터를 분석하고 있습니다.
Nanocomp는 수정된 상업용 "기본 중량" 스캐닝 시스템을 사용하여 나노물질의 질량 균일성과 불완전성을 스캔하여 밀도의 시각적 이미지를 생성합니다. Paffenroth와 그의 팀은 기계 학습을 사용하여 알고리즘을 훈련하여 이미지의 해상도를 높이고 기계가 재료의 미세한 변화를 더 많이 감지할 수 있도록 합니다. 그들은 해상도를 9배 증가시킨 독특한 수학적 "압축 감지/초해상도" 알고리즘을 개발했습니다.
Python 프로그래밍 언어로 구축되었으며 인공 신경망을 기반으로 알고리즘은 Paffenroth가 이미 식별하고 결함을 발견 한 수천 개의 나노 물질 이미지에 대해“훈련”되었습니다. 그
본질적으로 알고리즘은 이미 답을 알고 있는 일련의 연습 테스트를 제공했습니다("실측 진실"이라고 함). 그런 다음 그는 답 없이 다른 테스트를 실시했습니다. "나는 자료 한 장을 제공합니다. 나는 들어가는 결함을 알고 있지만 알고리즘은 그렇지 않습니다. 알고리즘이 그러한 결함을 발견하면 그 정확성을 신뢰할 수 있습니다."라고 Paffenroth는 말했습니다.
머신 러닝 알고리즘을 저해상도 이미지에서 고해상도 이미지를 만드는 데 더 효과적으로 만들기 위해서는 1800 년대 초반의 수학적 도구 인 푸리에 변환과 결합하여 이미지를 개별 구성 요소로 분해 할 수 있습니다..
“우리는 이 멋진 최첨단 신경망에 250년 된 수학을 추가하여 신경망이 더 잘 작동하도록 돕습니다.”라고 Paffenroth는 말했습니다. "푸리에 변환은 이미지를 구성하는 데이터를 분해하여 고해상도 이미지를 생성하는 문제를 훨씬 쉽게 만듭니다. 푸리에 변환을 신경망용 안경 세트로 생각하십시오. 흐릿한 내용을 알고리즘에 명확하게 만듭니다. 우리는 컴퓨터 비전을 사용하여 가상으로 안경을 씌웁니다.
“이런 종류의 작업을 위해 현대 머신 러닝과 고전적인 수학의 조합을 사용하는 것이 흥미 롭습니다.”라고 그는 덧붙였습니다.
Paffenroth의 작업은 항공 우주, 방어 및 자동 유전자 산업을위한 고급 카본 나노 튜브 재료를 만드는 Huntsman Corporation의 Nanocomp Technologies로부터받은 87,353 달러의 보조금 슬롯 사이트에 의해 자금을 지원받습니다. 슬롯 사이트는 NANOCOMP의 하청 업체로서 NASA로부터 탄소 나노 튜브 시트와 원사를 발전시키기 위해 810 만 달러의 계약을 받았습니다.
“현대 머신 러닝 의이 조합을 사용하는 것은 흥미 롭습니다
그리고 이런 종류의 작업을위한 고전적인 수학.”
-Randy Paffenroth, 슬롯 사이트의 수학 과학 부교수
Miralon®은 이미 우주에서 입증되었습니다. 예를 들어, NASA의 구조적 지지대를 둘러싼Juno Probe진동 댐핑 및 정적 배출의 도전적인 문제를 돕기 위해 행성 목성을 공전합니다.NASA는 또한 Miralon® Nanomaterials를 사용하여 차세대 로켓 연료 탱크의 전구체 인 새로운 탄소 복합 압력 용기의 프로토 타입을 만들고 테스트했습니다. NASA 우주선은 집에서 더 멀리 여행하고 우주로 더 깊이 여행 할 때 힘과 내구성이 추가 될 것입니다.
현재 NASA 계약의 일환으로 Nanocomp는 3 배 더 강한 Miralon® 원사를 만들려고 노력하고 있으며 Paffenroth 팀의 작업은 그 일을하는 데 큰 도움이됩니다.
“Randy is helping us achieve this goal of tripling our strength by improving the tools in our toolbox so that we can make stronger, better, next-generation materials to be used in space applications,” said Bob Casoni, Quality Manager at Nanocomp. “If NASA needs to build a new rocket system strong enough to get to Mars and back, it has a big set of challenges to face. Better materials are needed to allow NASA to design rockets that can go farther faster and survive longer.”
Casoni는 슬롯 사이트 알고리즘의 더 높은 해상도를 통해 Nanocomp가 이전에는 볼 수 없었던 재료의 패턴과 변형을 볼 수 있다고 언급했습니다.
“우리는 기능을 선택할 수있을뿐만 아니라 이러한 기능의 규모에 대한 더 나은 아이디어도 있습니다.”라고 그는 말했습니다. "이전에는 흐릿한 위성 이미지를 보는 것과 같았습니다. 펜실베이니아의 롤링 언덕을보고 있다고 생각할 수도 있지만, 더 나은 해상도로 워싱턴이나 콜로라도 로키 산맥이 있습니다. 꽤 놀라운 것입니다.".
그리고 더 나은 측정 도구를 사용하면 Nanocomp는 온도, 장력 제어, 압력 및 유량과 같은 요소의 변화가 더 나은 재료를 만드는지 여부를 테스트하여 제조 공정을 개선할 수도 있습니다. Casoni는 "우리는 더 나은 측정을 사용하여 궁극적인 제품 성능을 최적화할 수 있습니다."라고 말했습니다. "Randy는 우리가 제조 공정을 더 잘 이해할 수 있도록 돕고 있습니다. 그는 제품의 변형을 더 잘 이해할 수 있도록 '마법의 수학'을 하고 있습니다. 재료의 균일성은 궁극적인 강점에서 큰 역할을 합니다."
Paffenroth와 그의 팀은 또한 액티브 피드백 제어 시스템에서 사용될 알고리즘을 개발하여 특정 재료가 처음부터 얼마나 좋은지 예측하여보다 일관된 최종 제품을 보장하는 데 도움이됩니다. 알고리즘은 기계적 특성 및 실행 길이를 포함하여 실행 종료시 특성을 효과적으로 예측하기 위해 제조 실행 시작시 측정 된 특성을 분석합니다..
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NASA와의 슬롯 사이트 관련 작업에 대해 자세히 알아보십시오
슬롯 사이트 소개
목적 중심의 교육자 및 연구원 커뮤니티 인 슬롯 사이트는 50 년 동안 프로젝트 기반 학습 분야의 글로벌 리더였습니다. 고등 교육 및 세계의 충격 제작자 인 WPI는 학생들을 진정한 실제 경험에 몰입시키는 프로젝트 기반 커리큘럼을 통해 자신감 있고 유능한 문제 해결사를 준비합니다..
