Пресс-центр

Технология NVIDIA Maximus помогает компании Astrobotic дать толчок новой эре исследований на Луне

После объявления об учреждении соревнования Google Lunar X PRIZE в 2010 году компания Astrobotic Technology была одной из первых, кто отреагировал на него. Общий призовой фонд соревнования составляет $30 миллионов, что является самой большой поощрительной наградой всех времен для команд с частным финансированием. Задача соревнования заключается в том, чтобы быть первой компанией, которая успешно посадит на поверхность Луны космический аппарат, который пройдет по лунной поверхности 500 метров и отправит на Землю видеозаписи и снимки высокой четкости, а также другие данные.

«Astrobotic немного напоминает Единую службу доставки посылок, только для Луны», - сказал Джейсон Калайаро (Jason Calaiaro), директор отдела информационных систем и технологий Astrobotic Technology. Основной род занятий компании представляет собой доставку полезного груза – научных приборов, механизмов для космических исследований, устройств сбора информации и прочего – на лунную поверхность. Lunar X PRIZE полностью соответствует бизнес-модели Astrobotic, ее задачам и целям и обещает принести компании необычайную известность.

Чтобы оправдать свои надежды по поводу соревнования, у Astrobotic появилась необходимость в более комплексном и скоростном осуществлении сложного процесса проектирования, расчета конструкций и вибрационных характеристик и визуального отображения. Компания модифицировала свое аппаратное обеспечение и внедрила в использование ПО Dassault Systèmes SolidWorks, ANSYS и MathWorks MATLAB с поддержкой технологии NVIDIA Maximus. Эта передовая технология помогает Astrobotic не только укрепить свои шансы на успех в Lunar X, но и нарастить объемы основных коммерческих проектов компании.

ЗАДАЧА

astrobotic-1-thumb.jpg

Компания Astrobotic была основана в 2008 году в качестве независимой дочерней компании Института робототехники университета Карнеги Меллон в Питтсбурге, штат Пенсильвания, чья миссия заключалась в создании роботов для исследования и доставки полезных грузов на Луну, Марс и другие небесные тела. Несмотря на свои столь амбициозные цели, Astrobotic – маленькая компания из 20 человек, состоящих в штате Университета или сотрудничающих с ним, в которой отсутствует бюджет для содержания централизованного сервера. Вместо этого инженеры компании полагаются на распределенную вычислительную сеть рабочих станций для проектирования своих продуктов.

Основные продукты компании – посадочный аппарат и вездеход – разработаны для совместного путешествия к своему месту назначения, например, к Луне, после которого вездеход отделяется для передвижения по поверхности, а также может отправлять видео высокой четкости почти в режиме реального времени.

«Существует большой научный интерес к исследованию Луны, - сказал Калайаро. – К примеру, ученые уверены, что почва Луны содержит достаточно редких металлов (таких, как платина), ракетного топлива, кислорода и воды для создания и снабжения топливом того оборудования, которое необходимо для путешествия на Марс и другие планеты. Роботы могут быть использованы для построения лунной базы, добычи материалов и даже сборки оборудования».

Удаленные роботы, работающие автономно, однозначно требуют чрезвычайно точного проектирования и управления. До использования технологии NVIDIA Maximus каждый этап процесса проектирования в Astrobotic занимал слишком много времени. Каждый этап, требующий обработки большого объема данных, как, например, проектирование в 3D, анализ, визуализация, полностью поглощал мощность компьютера.

«Выполнение таких инженерных задач, как основные вычисления в MATLAB или конкретизация окончательной формы детали в ANSYS превращала компьютер в совершенно неэффективный узел, - пояснил Калайаро. - Инженерам приходилось отходить от машины и зачастую сидеть без дела в течение нескольких часов. Для таких небольших компаний, как наша, это совершенно невыгодно, когда инженер вынужден некоторое время проводить впустую».

В прошлом при выполнении многих вычислений Astrobotic приходилось полагаться на сотрудничество с ANSYS, спонсора робототехнической компании. «Мы высоко ценили помощь ANSYS, однако неспособность проведения собственных анализов неизбежно вела к задержкам в графике работ и малопродуктивности вследствие коммуникационного барьера, - сказал Калайаро. – Небольшие ошибки, которые наши инженеры обнаружили бы сразу, оставались незамеченными на протяжении недель и месяцев. Это было не самое лучшее положение вещей».

РЕШЕНИЕ

Компания Astrobotic внедрила в использование технологию NVIDIA Maximus, которая объединяет в себе ведущие в отрасли 3D возможности профессиональных графических процессоров NVIDIA Quadro и мощность параллельных вычислений нового копроцессора NVIDIA Tesla C2075, что делает возможным одновременное 3D проектирование, моделирование и визуализацию за одним рабочим столом. На базе этого аппаратного обеспечения Astrobotic выполняет компьютерное 3D моделирование в SolidWorks, математическое моделирование в MATLAB и анализ в ANSYS.

«Учитывая наш род занятий, всегда лучше совершить ошибку на ранней стадии проекта, чтобы иметь возможность изучить неудачи и, конечно, исправить их, - объяснил Калайаро. – Теперь мы в состоянии проводить некоторые очень полезные и интересные исследования с ANSYS, которые раньше были невозможны».

К примеру, Astrobotic было необходимо выбрать лучшие материалы для создания определенной детали. Для рассмотрения имелось 10 видов материалов, и анализ каждого занял бы около получаса. При использовании предыдущих технологий это означало бы, что компьютер (а вместе с ним и инженер, работающий на нем) в течение пяти часов будет занят выполнением только этой части анализа, не имея возможности делать что-либо еще.

«Теперь мы можем создавать большие профильные файлы для анализа и задавать все интересующие нас вопросы одновременно, и, в то время как компьютер вычисляет их, инженер может продолжать компьютерное моделирование в SolidWorks или вычисления в MATLAB», - пояснил Калайаро.

ЗНАЧЕНИЕ

«Система на базе технологии NVIDIA Maximus напоминает объединение усилий трех человек на одной машине, - сказал Калайаро. - Эта система просто зверь. Мы еще не сталкивались с задачей, с которой такая система не смогла бы справиться, даже если говорить об одновременном выполнении задач в САПР, анализе и решении числовых задач большого объема при осуществлении удаленного рендеринга». Для анализа в ANSYS размеры файла выражаются в степенях свободы. «При разработке предыдущей модели посадочного аппарата нам приходилось работать с файлами небольшого размера, ограничивая себя до полумиллиона степеней свободы, чтобы осуществлять процесс анализа в разумные сроки», - рассказал Калайаро.

«Технология Maximus демонстрирует себя с лучшей стороны при достижении около полутора миллионов степеней свободы. Сейчас мы можем осуществлять полный анализ нашего аппарата, что составляет от 2 до 3 миллионов степеней свободы. Это означает, что теперь мы можем дорабатывать и тестировать наши модели более комплексно и в более сжатые сроки».

Изображение предоставлено Astrobotic Technology

Делая возможной параллельную обработку даже тех задач, которые требуют большой вычислительной мощности, технология Maximus является идеальным решением для распределенной вычислительной среды Astrobotic.

«Мы можем выполнять комплексный анализ или рендеринг, не прерывая других процессов, - сказал Калайаро. – Это очень мощная возможность для такой маленькой компании, как наша. Это означает, что все наши инженеры могут продолжать полноценно работать, не теряя времени на ожидание, в то время как их компьютеры загружены работой».

Помимо возможности работать более продуктивно и выполнять больший объем работ в те же самые сроки, Astrobotic также использует дополнительные возможности, которые раньше она не смогла бы внедрить в свой рабочий процесс.

«В рамках НАСА существует много возможностей для создания новых проектов вездеходов и других роботов, - заявил Калайаро. – Система на базе Maximus позволяет нам браться за осуществление большего количества проектов, что повышает наши доходы и, в конце концов, позволит нам добраться до Луны быстрее». Фраза «предел – это небо» когда-то означала бескрайние возможности. Компания Astrobotic внесла свою лепту в значение этого старого изречения, доказав, что даже «в небе» (т.е. в космосе)возможно столкнуться и преодолеть определенные ограничения.

«Мы намереваемся одержать победу в соревновании Google Lunar X PRIZE, в то же время продолжая работу над радикальным изменением процесса исследований и практического использования Луны и других близлежащих планет, - заявил Калайаро. – Компьютер никогда не должен быть ограничивающим ресурсом для компании. С технологией NVIDIA Maximus для нас он больше не является преградой. Условия работы теперь более приятные и ведут к большей продуктивности».

astrobotic-1-large.jpg