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ドレイパー研究所（正式名称はチャールズ・スターク・ドレイパー研究所）は、マサチューセッツ州ケンブリッジに本部を置くアメリカの非営利研究開発機関である。[ 6 ]この研究所は、国家安全保障、防衛、宇宙探査、医療、エネルギーの問題に対する高度な技術ソリューションの設計、開発、展開を専門としている。
この研究所は、航空計器の開発を目的として、1932年にマサチューセッツ工科大学（MIT）にチャールズ・スターク・ドレイパーによって設立され、 MIT計装研究所と呼ばれるようになりました。この時期、この研究所は、最初のシリコン集積回路ベースのコンピュータであるアポロ誘導コンピュータの開発で最もよく知られています。[ 7 ] 1970年に創設者の名にちなんで改名され、1973年にMITから分離して独立した非営利団体となりました。[ 1 ] [ 7 ] [ 8 ]
研究所スタッフの専門知識は、誘導、航法、制御技術およびシステム、フォールトトレラントコンピューティング、高度なアルゴリズムおよびソフトウェアシステム、モデリングおよびシミュレーション、マイクロ電気機械システムおよびマルチチップモジュール技術の分野に及ぶ。[ 9 ]
1932年、MIT航空学教授のチャールズ・スターク・ドレイパーは、航空機の追跡、制御、航行に必要な計測機器を開発するための教育研究所を設立した。第二次世界大戦中、ドレイパーの研究所は機密計測機器開発研究所として知られていた。その後、名称はMIT計測研究所、またはI-Labに変更された。1970年時点では、ケンブリッジのオズボーン通り45番地に位置していた。[ 10 ]
研究所は1970年に創設者の名にちなんで改名され、1973年に独立した非営利の研究開発法人となるまでMITの一部であった。[ 1 ] [ 7 ] [ 11 ]独立法人への移行は、ベトナム戦争当時、研究所が戦争に関与していなかったにもかかわらず、軍事研究を行っていたMIT研究所の売却を求める圧力から生じた。[ 12 ]
MITから分離した研究所は、当初はケンブリッジ・パークウェイ75番地やMIT周辺の他の建物に分散して移転したが、最終的にテクノロジー・スクエア555番地に45万平方フィート（4万2000平方メートル）の中央集約型新棟が建設された。スキッドモア・オーウィングズ・アンド・メリル（シカゴ）が設計したこの複合施設は1976年にオープンした（後に1992年に「ロバート・A・ダフィー・ビル」と改名）。[ 7 ]
1984年、新しく建設された170,000平方フィート（16,000平方メートル）のアルバート・G・ヒル・ビルディングがワン・ハンプシャー・ストリートにオープンし、通りの向かい側にあるメインビルディングとは、安全に囲まれた歩行者用スカイブリッジで接続されました。[ 7 ] [ 13 ]しかし1989年、ドレイパー研究所は、早期退職、自然減、強制解雇の組み合わせにより、2,000人を超える従業員を半減せざるを得なくなりました。[ 7 ]この大幅な縮小は、国防予算の削減と政府契約規則の変更が原因でした。[ 7 ]これに対し、ドレイパーは、宇宙探査、エネルギー資源、医療、ロボット工学、人工知能などの分野で国防以外の国家目標に取り組む活動を拡大し、非政府業務を増やすための措置も講じ、最終的に10年以内に従業員が1,400人にまで増加しました。[ 14 ]
2017年、元の建物の間にあったかつての屋外の中庭が、セキュリティスキャン、受付、半公共エリア、一時的な展示スペース、従業員食堂を収容するために、20,000平方フィート（1,900平方メートル）の多層アトリウムに改築されました。 [ 15 ] [ 14 ]ボストンの建築家エルクス・マンフレディが設計した開放的で風通しの良い内部空間には、緑の壁面植栽と豊富な座席があります。[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]
当研究所の設立以来、主要な研究テーマは、米国国防総省およびNASAのニーズを満たすための高度な誘導・航法・制御（GN&C）技術の開発と早期応用でした。当研究所の業績には、海底発射弾道ミサイル用の高精度かつ信頼性の高い誘導システムの設計・開発、そしてアポロ宇宙飛行士を月面着陸と地球への帰還に確実に導いたアポロ誘導コンピュータの開発などが含まれます。
同研究所は、商用および軍用航空機、潜水艦、戦略および戦術ミサイル、宇宙船、無人車両の GN&C 用の慣性センサー、ソフトウェア、その他のシステムの開発に貢献した。[ 19 ]慣性ベースの GN&C システムは、UGM-27 ポラリスミサイル プログラムから始まり、弾道ミサイル潜水艦が探知を避けるために長期間海底を航行し、潜水艦発射弾道ミサイルを目標に誘導する上で中心的な役割を果たした。
アポロ計画のソフトウェアチームは、マーガレット・ハミルトン（優先順位付けが正しく機能しているときに視覚的な合図を提供するコードを書いた人物）が率いており、ハル・ラニング、ディック・バッティン、ドン・エイルズといったプログラマーたちの貢献も含まれていた。
ドレイパーはアメリカのいくつかの都市に拠点を置いています: [ 4 ]
ウェブサイトによると、[ 4 ]研究所のスタッフは、自律型航空、陸上、海上、宇宙システム、情報統合、分散型センサーとネットワーク、精密誘導兵器、生物医学工学、化学/生物兵器防衛、エネルギーシステムのモデリングと管理に専門知識を応用しています。適切な場合には、ドレイパーはパートナーと協力して、彼らの技術を商業生産に移行させます。
この研究所は、7つの技術分野を網羅しています。
ニュースで取り上げられたプロジェクト分野は、2003年頃まではドレイパー研究所の中核的な専門分野である慣性航法に関するものでした。しかし近年では、革新的な宇宙航法に関する研究、センサーとコンピューターを用いて自律的な意思決定を行うインテリジェントシステム、そしてナノスケールの医療機器の研究へと重点が移っています。
研究室のスタッフは、コスト削減と信頼性向上を目的として、全地球測位システム（GPS）からの入力を慣性航法システム（INS）ベースの航法に統合する方法を研究してきた。軍事慣性航法システム（INS）は、敵対勢力による信号妨害やジャミングの脅威があるため、コース修正（徐々に増大する誤差、すなわち「ドリフト」によって必要となる）にGPS衛星の利用可能性に完全に依存できない。慣性システムの精度が低いほど、通常はコストは低くなるが、GPSなどの別のソースからの位置の再校正をより頻繁に行う必要がある。GPSとINSを統合したシステムは、ハードウェアの統合度に応じて、「疎結合型」（1995年以前）、「密結合型」（1996年～2002年）、または「高度統合型」（2002年以降）に分類される。[ 20 ] 2006年現在軍事および民間の多くの用途でGPSとINSが統合されることが想定されており、大砲から発射された際に20,000gの衝撃に耐えられる高度に統合されたシステムを備えた砲弾の可能性も含まれている。[ 21 ]
2010年、ドレイパー研究所とMITは、Next Giant Leapチームの一員として他の2つのパートナーと協力し、Google Lunar X Prizeの達成に向けた助成金を獲得し、民間資金による初のロボットを月に送り込むことを目指しました。賞の資格を得るには、ロボットは月面を500メートル移動し、ビデオ、画像、その他のデータを地球に送信する必要があります。チームは、ドレイパー研究所の低重力誘導、航法、制御アルゴリズムを使用して、宇宙環境での操作をシミュレートする「地上人工月面および低重力シミュレーター」を開発しました。[ 22 ] [ 23 ]
2012年、テキサス州ヒューストンのドレイパー研究所のエンジニアは、国際宇宙ステーションの向きを変えるための新しい方法「最適推進剤操作」を開発し、従来の方法に比べて94%の節約を実現しました。このアルゴリズムは、ステーションの動きに影響を与えるすべての要素、例えば「スラスタの位置、重力、ジャイロスコープのトルクの影響」などを考慮に入れています。[ 24 ]
2013年現在個人的なレベルでは、ドレイパーは、制御モーメントジャイロ（CMG）を使用して宇宙飛行士の四肢の動きに抵抗を生み出し、長期間の宇宙飛行中の骨量減少を軽減し、筋緊張を維持する軌道上での使用に適した衣服を開発していた。この装置は可変ベクトル対抗策スーツ、またはV2スーツと呼ばれ、CMGを使用して動きに抵抗を生み出し、人工的な「下」の感覚を生み出すことで、バランスと運動協調を補助する。各CMGモジュールはトランプのデッキほどの大きさである。この衣服のコンセプトは、「地球への帰還に先立って、または長期ミッション中に定期的に」着用することである。[ 25 ]
2013年、ドレイパー/MIT/NASAのチームは、NASAの「Simplified Aid for EVA Rescue」（SAFER）の現在の機能を拡張するCMG強化型宇宙服も開発していた。SAFERは、宇宙飛行士が宇宙船から誤ってテザーが外れた場合の「推進自己救助」用に設計された宇宙服である。CMG強化型宇宙服は、宇宙飛行士が低重力環境で工具を使用する際に、現在よりも優れた反力を提供する。地球上では、反力は重力によって得られる。反力がなければ、加えられた力は反対方向に等しい力を生み出し、直線または回転する。宇宙では、これにより宇宙飛行士が制御不能になる可能性がある。現在、宇宙飛行士は作業する表面に体を固定する必要がある。CMGは、機械的な接続または重力に代わる手段を提供する。[ 26 ]
2018年11月29日、ドレイパー研究所はNASAから商業月面ペイロードサービス（CLPS）契約業者に指名され、NASAのために科学技術ペイロードを月に運ぶ入札に参加する資格を得た。[ 27 ]ドレイパー研究所は正式にアルテミス7号と呼ばれる月着陸船を提案した。[ 28 ] [ 29 ]同社は、7という数字は、6回のアポロ月面着陸に続いて、ドレイパー研究所が関与する7番目の月着陸ミッションを意味すると説明した。[ 29 ]着陸船のコンセプトは、この事業でドレイパーのチームメンバーであるispaceという日本の会社による設計に基づいている。 [ 30 ]この事業の下請け業者には、着陸船を製造するゼネラル・アトミックスと、着陸船の打ち上げサービスを手配するスペースフライト・インダストリーズが含まれる。 [ 30 ] [ 31 ] 2023年9月現在、ドレイパーとispaceは、2026年にCLPSペイロードを月に届けるためのAPEX 1.0と呼ばれる月着陸船を開発している。 [ 32 ]
ドレイパー研究所の研究者たちは、ロボット機器が自らの過ちから学習できるようにするための人工知能システムを開発している。この研究は、陸軍将来戦闘システムに関連するDARPA資金提供の研究を支援するものである。この機能により、攻撃を受けている自律走行ロボットは、その道路が危険であることを学習してより安全なルートを見つけたり、燃料の状態や損傷状態を認識したりすることができるようになる。2008年現在ポール・デビテットはこの取り組みにおいて研究所の認知ロボットグループを率いていたと伝えられている。[ 33 ]
2009年現在米国国土安全保障省は、ドレイパー研究所と他の協力者に資金を提供し、検査対象者の行動を監視するカメラやその他のセンサーを使用して潜在的なテロリストを検出する技術を開発しました。このプロジェクトは、Future Attribute Screening Technology (FAST) と呼ばれています。この技術は、セキュリティチェックポイントで、追跡検査の候補者を評価するために使用されます。この技術のデモンストレーションで、プロジェクトマネージャーのロバート・P・バーンズ氏は、このシステムは、欺瞞の心理学に関する膨大な研究を活用することで、悪意と無害な苦痛の表現を区別するように設計されていると説明しました。[ 34 ]
2010年現在、ドレイパー研究所の戦術システムプログラム担当ディレクターであるニール・アダムスは、飛行偵察プラットフォームを小型化するための国防高等研究計画局（DARPA）のナノ航空機（NAV）プログラムのシステム統合を主導している。これには、NAVが自律的に機能し、センサーペイロードを搭載して目的の任務を達成できるように、機体、通信、地上管制システムを管理することが含まれる。NAVは、GPS信号がほとんどまたは全く利用できない都市部で動作し、視覚ベースのセンサーとシステムに頼る必要がある。[ 35 ]
2009年、ドレイパーはマサチューセッツ眼科耳鼻咽喉科病院と共同で、埋め込み型薬剤送達装置を開発しました。この装置は「マイクロ電気機械システム（MEMS）の側面と、非常に小さなスケールで流体を精密に制御できるマイクロ流体工学の側面を融合させたもの」です。この装置は「柔軟な流体充填装置」であり、環境入力に適応するマイクロスケールポンプによって駆動される、一定のリズムでチャネルを通る流体の流れを促進するために伸縮するチューブを使用しています。国立衛生研究所の資金提供を受けたこのシステムは、「耳の非常に繊細な領域に微量の液体薬剤を投与することで難聴を治療し、インプラントによって感覚細胞が再生し、最終的に患者の聴力を回復させる」可能性があります。[ 36 ]
2010年現在ドレイパー研究所のヘザー・クラークは、指を刺さずに血糖値を測定する方法を開発していた。この方法は、数ミリメートルほどの小さなタトゥーのようなナノセンサーを患者が皮膚に貼るというものだ。このセンサーは近赤外線または可視光線の範囲を利用してグルコース濃度を測定する。通常、糖尿病患者は血糖値を調節するために、指を刺して採取した血液を1日に数回採取し、そのサンプルをグルコース値を測定できる機械に挿入して血糖値を測定する必要がある。ナノセンサーのアプローチはこのプロセスに取って代わることになる。[ 37 ]
研究室のスタッフはチームを組んで、慣性誘導と、空間位置を決定するために必要な計算を支援するデジタルコンピュータに基づいた、斬新な航法システムを開発した。
ドレイパー研究所は、教育プログラムや一般向け展示会を通じて、技術系人材の育成と表彰に資源の一部を投入している。また、米国工学アカデミーが運営する、いわゆる「工学分野のノーベル賞」の一つであるチャールズ・スターク・ドレイパー賞のスポンサーも務めている。
ドレイパー研究所は、時折、一般公開の無料展示会やイベントを開催しており、それらはダフィー・ビルディング中央アトリウム正面の特別な半公共スペースで行われます。例えば、2019年には、1969年7月20日のアポロ計画による初の月面着陸50周年を記念して、「ハック・ザ・ムーン」を開催しました。この展示会では、ドレイパー研究所で開発されたアポロ誘導コンピュータのハードウェアや、ドン・エイルズ、マーガレット・ハミルトン、ハル・ラニングといったドレイパー研究所のスタッフが開発したミッションソフトウェアなどの展示品が紹介されました。来場者はソフトウェアシミュレーターでアポロ月着陸船の着陸を練習し、その後、宇宙飛行士が実際のミッションの練習に使用したような実物大のモーションシミュレーターに乗って着陸に挑戦することができました。ドレイパー研究所のスタッフや退職者による講演や、無料の公開コンサートも開催され、祝賀行事を締めくくりました。この祝典を記念して、特別なHack the Moonウェブサイトが作成されました。[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]
他の展示会では、雇用機会に関する情報を含め、ドレイパーで実施された研究プロジェクトのさまざまな側面が紹介されています。すべての訪問者は空港で使用されているものと同様のセキュリティスキャナーを通過する必要がありますが、半公共エリアへの立ち入りに特別なセキュリティクリアランスは必要ありません。 [ 49 ]
研究を基盤とするドレイパー・フェロー・プログラムは、毎年約50名の大学院生を支援しています。[ 50 ]学生は、政府、軍、産業界、教育機関における指導的役割を担うための訓練を受けます。また、この研究所は、大学の研究開発プログラムを通じて、教員や主任研究者による学内資金による研究も支援しています。さらに、学部生向けの雇用やインターンシップの機会も提供しています。
ドレイパー研究所は、 1984年に設立したSTEM（科学、技術、工学、数学）K-12および地域社会教育アウトリーチプログラムを実施しています。 [ 51 ]毎年、研究所は地域社会関係プログラムを通じて17万5000ドル以上を分配しています。[ 52 ]これらの資金には、インターンシップ、共同研究、科学フェスティバルへの参加、ツアーや講演者の提供の支援が含まれており、この使命の延長線上にあるものです。[ 53 ]
2021年現在ドレイパー研究所は、ワシントンDCのナショナル・モールにある国立アメリカ歴史博物館内のドレイパー・スパーク！ラボも後援しています。スミソニアン協会が運営するこの体験型発明作業スペースは、すべての来館者に無料で開放されており、6歳から12歳までの子供向けの教育活動に重点を置いています。[ 54 ]
同社は、全米技術アカデミーが運営するチャールズ・スターク・ドレイパー賞を授与している。この賞は、「人類の幸福と自由の重要な向上と著しい改善につながる革新的な工学的成果とその実用化を称える」ために授与される。あらゆる工学分野の成果が、50万ドルの賞金の対象となる。[ 55 ]