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La nueva tecnología de la NASA para diseñar naves es la revolución industrial definitiva Saturday, 18 February 2023

La NASA lanzará naves espaciales fabricadas con extraños componentes enteramente diseñados con inteligencia artificial. La revolucionaria tecnología de la agencia norteamericana diseña y fabrica piezas de naves espaciales usando la misma tecnología de AI generativa que ChatGPT, Dall-e o MusicLM utilizan para crear texto, imágenes y música a partir de indicaciones humanas. Pero, al contrario que los anteriores, la tecnología de la NASA no comete errores. De hecho, supera en ingenio a los propios ingenieros humanos.

Este solomillo de vaca es tan perfecto que es difícil creer que sea fabricado en laboratorio

Los componentes en sí — algunos de los cuales puedes ver en este artículo — parecen extraídos de una nave extraterrestre capturada por el Ejército americano y almacenada en secreto en un hangar del Área 51. Un hecho que no resulta extraño cuando te enteras que el ingeniero que inició el proyecto en el Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA en Greenbelt, Maryland, se inspiró en varias series de ciencia ficción.

Esta tecnología representa el futuro de la industria a todos los niveles y, por tanto, el de la humanidad misma

"Ocurrió durante la pandemia. Tenía mucho tiempo libre y veía series como The Expanse", me cuenta Ryan McClelland en una entrevista por vídeo. "Tienen esas enormes estructuras en el espacio y me hizo pensar... no vamos a llegar allí de la forma en que estamos haciendo las cosas ahora". La Estación Espacial cuesta cien mil millones de dólares y tiene seis personas dentro, señala, así que, si la humanidad quiere un futuro en el que haya miles de personas en el espacio, tenemos que hacer algo diferente. McClelland pensó entonces que quizás la IA generativa podría tener parte de la respuesta a este gran reto.

La IA generativa se utiliza en el diseño de componentes mecánicos y arquitectónicos desde hace tiempo. Múltiples desarrolladores, desde empresas tradicionales de software de diseño asistido por computador (CAD) como Autodesk hasta nuevas empresas como Ntopology, llevan unos años vendiendo programas para hacerlo. Incluso hay startups, como Divergent3D, cuyo modelo de negocio se basa exclusivamente en el diseño y la fabricación con IA generativa para crear cosas como el bastidor trasero del DBR22 de Aston Martin. La empresa nos contó que había reducido un 40% del peso de esa pieza y, además, superando a las piezas diseñadas de forma tradicional en su rendimiento en caso de colisión.

Tres de las piezas fabricadas con diferentes aleaciones metálicas. (NASA/Henry Dennis)
Tres de las piezas fabricadas con diferentes aleaciones metálicas. (NASA/Henry Dennis)

La industria aeroespacial, sin embargo, tiene unos requisitos mucho más estrictos que la automovilística. Necesita una mayor precisión y una tolerancia al error radicalmente menor. Pero, según McClelland, pronto descubrió que las herramientas tal vez podrían estar a la altura de la tarea de diseñar piezas para misiones críticas. "Básicamente, he llevado estas herramientas y los procesos comerciales hasta el límite, trabajando con [desarrolladores] y el mundo académico para lllevarlas hasta el siguiente nivel", afirma. "La mayoría de la gente sencillamente no creía que estas piezas pudieran fabricarse con ese proceso hasta que lo comprobaron en la vida real”.

Así es como McClelland se introdujo en lo que llama Estructuras Evolucionadas. "Parecen algo extrañas y alienígenas, pero una vez que las ves en funcionamiento, su diseño realmente tiene sentido", me dice.

Diseño a velocidad de la luz

Tiene sentido porque, a pesar del aspecto extraterrestre de las piezas, el resultado funciona mejor y son más eficientes que las piezas creadas de forma más tradicional, ya que ahorran un tercio del peso pero obtienen los mismos valores de rendimiento o superan las especificaciones de piezas diseñadas por los humanos.

"La herramienta de IA generativa comprime todo ese proceso", afirma. Lo hace absolutamente todo internamente, por sí sola, sin intervención humana, ideando el diseño, analizándolo, evaluando posibles problemas de fabricación. El algoritmo de inteligencia artificial hace de 30 o 40 iteraciones en solo una hora. "Como mucho, un equipo humano puede hacer un par de iteraciones en una semana", apunta McClelland.

Sin embargo, esta tecnología no puede funcionar sin la aportación humana. "Todavía se necesita aplicar la intuición humana", asegura. Eso es algo que la máquina no puede hacer. Un humano puede evaluar si algo puede funcionar o no. "Podemos mirar la rama de un árbol y pensar que no me voy a colgar de esa rama porque no parece lo suficientemente fuerte", describe. Lo mismo ocurre con la solución de la IA generativa.

Ryan McClelland. (NASA/Henry Dennis)
Ryan McClelland. (NASA/Henry Dennis)

Uno de sus problemas que tiene actualmente, por ejemplo, es que las herramientas tienen una tendencia a hacer las cosas demasiado finas en algunas ocasiones y eso es algo, afirma McClelland, con lo que hay que tener cuidado. Siempre hay que preguntarse si hay que retocar algo o si falta algún requisito, pero, una vez que esto está validado, "todo está listo" para obtener la pieza. No hay que preocuparse absolutamente de nada porque la IA ya ha hecho la simulación de fabricación, así que sólo tienes que mecanizar el modelo digital CAD final con una máquina CNC de cinco ejes, que utiliza un taladro para eliminar material de un bloque sólido de metal hasta que emerge el componente, en toda su belleza orgánica extraterrestre, como una Venus saliendo de la concha en un cuadro de Botticelli.

Ingeniería del ‘prompt’

Pero el papel del ingeniero va más allá de la evaluación final de la solución. Al igual que ocurre con los programas de imagen de IA generativa como DALL-E, Stable Diffusion y MidJourney, hay que encontrar el ‘prompt’ adecuado, el texto que contiene las instrucciones para que la inteligencia artificial haga lo que describes. "Para obtener un buen resultado se necesita darle un texto con instrucciones detalladas", me dice McClelland, y lo mismo ocurre con el diseño industrial. "Es la ingeniería del prompt". Salvo que, en este caso, no se trata de escribir una descripción de dos párrafos con la esperanza de que a la IA se le ocurra algo que no tenga cinco extremidades más de las necesarias.

Una de las piezas diseñadas por la inteligencia artificial para la nave Excite. (NASA/Henry Dennis)
Una de las piezas diseñadas por la inteligencia artificial para la nave Excite. (NASA/Henry Dennis)

Cuando usas IA generativa en ingeniería, el ‘prompt’ es una serie de límites geométricos y especificaciones físicas. Para ilustrar cómo funciona, en la entrevista me mostró el modelo que puedes ver sobre estas líneas. "Por ejemplo, yo no diseñé nada de esto", afirma, moviendo sus manos sobre los intrincados brazos y curvas. "Sólo le di los anclajes, que no son más que simples bloques [señalando las pequeñas formas cúbicas que se ven en la pieza] y le dije que había una masa de cinco kilos colgando de estos puntos que iba a experimentar una aceleración de 60 g" (60 veces la fuerza de la gravedad). La IA generativa ideó el diseño a partir de esas instrucciones básicas. McClelland afirma que ésta es la habilidad que un ingeniero tendrá que desarrollar para usar esta tecnología con éxito.

El trabajo de este ingeniero ha sido uno de esos éxitos. Los resultados son tan buenos que la NASA va a utilizar piezas diseñadas con esta tecnología en varias misiones. La primera de ellas es Mars Sample Return, la nave que aterrizará en el planeta rojo para recoger las muestras de rocas obtenidas por el roverance Perseverance y luego enviarlas de vuelta a la Tierra en una pequeña cápsula. Otra de las misiones es Excite, una observatorio espacial que estudiará en detalle las atmósferas de los exoplanetas. La tecnología también se está utilizando en otra gran número de propuestas de misiones, dice McClelland. "Alguien también usó el diseño generativo para crear un modelo de un cuadricóptero que podría ir a Titán", la luna de Saturno.

Hasta el infinito y más allá​

Para McClelland, esta tecnología representa el futuro de la industria a todos los niveles y, por tanto, el de la humanidad misma. Aunque es difícil saber a qué velocidad avanzará, es innegable que el diseño generativo con IA cambiará fundamentalmente la forma en que diseñamos y fabricamos todas nuestras máquinas. Incluso sus cerebros: "Empieza a haber ingenieros que están explorando el diseño generativo en la electrónica. Le dices a la IA la función de un circuito y ella lo diseña de forma autónoma", señala McClelland. "Hay equipos en el Centro Goddard que están trabajando en la impresión 3D de circuitos y cables, que son como el sistema nervioso de los ‘huesos’ en los que yo estoy trabajando".

Tycho Station, una de las estaciones espaciales que inspiró a McClelland a investigar la inteligencia artificial generativa. (SyFy)
Tycho Station, una de las estaciones espaciales que inspiró a McClelland a investigar la inteligencia artificial generativa. (SyFy)

Los ingenieros seguirán ampliando los usos de la IA a otros entornos, haciendo evolucionar máquinas complejas y de gran tamaño como si fueran organismos que evolucionan en la naturaleza. Pero, en vez de tardar millones de años, se tardarán semanas, días u horas. De hecho, ya hay gente trabajando en ello: "Se llama optimización multidisciplinar. Todas estas cosas están llegando, algunas antes que otras, pero ésa es la gran visión de futuro".

Y no, no vamos a tener un campo de texto en el que escribir "construye una nave espacial para viajar a Júpiter en 30 días" esperando que la IA la diseñe y la imprima con gigantescas máquinas 3D. Al menos por ahora. Pero nos dirigimos a ese lugar y es un camino irresistible, como dice McClelland. El cree que este momento es similar al del primer humano que fabricó la primera herramienta. Después, no pudo dejarlo y la humanidad ha llegado así hasta este momento en la historia.

Yo opino lo mismo. Ahora, sin embargo, parecemos un grupo de homínidos como los que encontraron el monolito en 2001: Odisea del espacio. La IA generativa es el monolito que nos elevará a un nuevo plano y abre un camino hiperveloz hacia un brillante futuro de la humanidad. Por eso parece adecuado que los primeros hijos de esta tecnología en ir al espacio tengan el aspecto de estar de regreso a su nave nodriza alienígena.


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