Ryan étudie actuellement pour sa maîtrise en ingénierie des systèmes à l’Université Drexel, participant à plusieurs discussions hebdomadaires.
Dans une technologie complexe comme un rover lunaire, chaque composant doit fonctionner en complément avec tous les autres pour garantir que le système dans son ensemble ne tombe pas en panne.
dave_7, CC-BY-2.0 via Wikimedia Commons
L’interconnexion en tant que concept
En tant qu’étudiant nouveau dans le monde de l’ingénierie des systèmes, les conférences d’introduction m’ont donné plusieurs nouveaux concepts auxquels réfléchir tout en réitérant des concepts familiers. Le nouveau thème le plus courant était de loin l’interdépendance des systèmes. En tant qu’ingénieur en mécanique, j’ai été initié au concept de conception de pièces pour fonctionner avec d’autres pièces dans presque tous les scénarios. Cela m’est très familier.
L’ingénierie des systèmes s’appuie sur cette interconnexion. Non seulement les pièces d’un système fonctionnent ensemble, mais si l’une d’entre elles est exposée à une certaine condition, cela affectera également les autres pièces. Ceci est vital pour les grands projets et s’inscrit parfaitement dans les aspects multidisciplinaires de l’ingénierie des systèmes. Si l’une de ces pièces est faite d’un matériau moins qu’idéal, elle peut se casser. Cela affecte à son tour les autres éléments, et ainsi l’intégrité du système dans son ensemble est compromise.
Interdépendance dans la conception du Moon Rover de mon équipe
L’ingénierie des systèmes est un domaine en pleine croissance, en particulier lorsqu’il s’agit d’applications aérospatiales. J’ai eu la chance de participer à un concours de la NASA à Drexel, dans lequel mon équipe et moi avons conçu un rover qui explorerait les pôles de la lune à la recherche de glace.
Dans ces zones, les températures seraient incroyablement basses, et cela affecterait le robot de plusieurs façons. Travaillant sur la mobilité, mes principales priorités étaient le mouvement et la navigation, ou comment franchir ou contourner les obstacles et comment savoir où allait le robot. Cependant, une conception de robot typique ne fonctionnerait pas ici, car les températures empêchent la plupart des moteurs de fonctionner, et sans une isolation adéquate, l’alimentation électrique s’épuiserait également.
Cela a eu un impact sur notre conception en termes de matériau des roues, de placement du moteur et de fonction globale. Les moteurs ne pouvaient pas être placés à chaque roue, car cela nécessiterait plus d’isolation sur de plus grandes surfaces, occupant un espace précieux et ajoutant du poids. Cela aurait également nécessité des câbles sur toute la longueur du véhicule, qui aurait également été affecté par les températures extrêmes.
Dans cet esprit, nous avons dû concevoir le robot pour qu’il soit à propulsion arrière, avec l’alimentation électrique et les moteurs situés à l’arrière du rover et un seul essieu qui contrôlerait la rotation des roues avant. Cela minimisait le poids, notre zone d’isolation et le nombre de moteurs dont nous avions besoin. Malheureusement, cela s’est fait au détriment de la puissance de nos roues avant, mais c’est quelque chose que nous avons accepté dans notre liste de priorités. Ceci est un exemple de la façon dont les propriétés et la conception ont affecté les capacités du rover.
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Un autre excellent exemple est la poussière lunaire, le régolithe. Le régolithe est une poussière très fine qui contient une légère charge électrique. Cette charge l’attire vers le métal, et il peut pénétrer partout à l’intérieur d’un rover. S’il pénétrait dans les articulations du robot, ce serait catastrophique et pourrait empêcher des actions aussi basiques que tourner.
Bien que nous ayons conçu la majeure partie du robot à partir de matériaux non métalliques pour éviter cela, il y avait certains domaines dans lesquels nous ne pouvions pas sacrifier la résistance pour un matériau non métallique. Pour contrer cela, nous avions prévu d’inclure quelque chose qui produirait un champ électrique faible pour repousser les plus petites particules et garder le reste du rover en sécurité. Cela a nécessité l’ajout d’une couche de protection supplémentaire pour l’électronique embarquée, mais nous avons décidé que cela fonctionnerait mieux dans l’ensemble.
La parabole des aveugles et de l’éléphant
En regardant « l’éléphant entier »
Une parabole commune pour détailler cette interdépendance est l’histoire des hommes et de l’éléphant. La parabole va quelque chose comme ça.
Un groupe d’aveugles rencontre un éléphant pour la première fois. Le premier homme sent sa trompe sinueuse et prétend toucher un serpent. Le second touche une jambe solide et prétend que c’est un arbre. Le troisième sent son côté solide et croit toucher un mur. Le quatrième attrape la queue et pense que c’est une branche. Un autre sent la défense et croit que c’est une lance, tandis que le dernier attrape l’oreille de l’éléphant et dit aux autres que c’est un éventail.
Le point général de l’histoire est que pour voir l’ensemble d’un système, il faut regarder tous ses composants et comment ils s’emboîtent. Surtout lorsqu’il s’agit d’exploration spatiale, les projets exigent des ingénieurs qu’ils examinent « l’éléphant dans son ensemble ».
Dans l’article « Voir ‘l’éléphant entier’—la pensée systémique dans l’évaluation », Srikanth Gopal, l’auteur, affirme que le domaine de l’évaluation a traditionnellement été dirigé par une vision réductionniste. Dans une tentative de simplifier des systèmes complexes, les ingénieurs sont généralement tenus d’examiner un seul petit facteur pour en faire le meilleur possible. Cependant, cela ignore parfois la façon dont les pièces fonctionnent ensemble, même lorsqu’elles ne sont pas directement attachées.
Pour un rover réussi, même quelque chose d’aussi simple que les roues doit être conçu en tenant compte de presque tout le reste du rover, comme la répartition du poids, les pièces d’extension, l’isolation, etc. Il doit même tenir compte de facteurs externes tels que le terrain et la distance parcourue. La façon dont chaque composant du robot fonctionne les uns avec les autres (c’est-à-dire, comment les pièces sont interconnectées) est le facteur décisif entre le succès et l’échec.
