ドレイパー研究所

ドレイパー研究所

会社種別	独立した非営利法人
業界	防衛 宇宙 バイオメディカル エネルギー
設立	MIT機密機器​​開発研究所（1932）[1] チャールズ・スターク・ドレイパー研究所（1973）
本部	555テクノロジースクエア、ケンブリッジ、マサチューセッツ州 02139-3563
拠点数	4
主要人物	ジェリー・M・ウォルツ博士、社長兼CEO（2022年～）[2]
収益	7億6,500万ドル（2023年度）[3]
従業員数	2,000 [4] [5]
Webサイト	ドレーパー

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組織です。正式名称はチャールズ・スターク・ドレイパー研究所（略してCSDL）です。^[6]この研究所は、国家安全保障、宇宙探査、医療、エネルギーの問題に対する先進技術ソリューションの設計、開発、展開を専門としています。

この研究所は、1932年にマサチューセッツ工科大学（MIT）のチャールズ・スターク・ドレイパーによって航空計器の開発を目的として設立され、MIT計器研究所と呼ばれるようになりました。この時期、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になりました。^{[1] [7] [8]}

研究所スタッフの専門知識には、誘導、航法、制御技術とシステム、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とソフトウェアシステム、モデリングとシミュレーション、マイクロエレクトロメカニカルシステムとマルチチップモジュール技術の分野が含まれます。^[9]

1932年、MITの航空学教授チャールズ・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、ドレイパーの研究室は機密機器開発研究所として知られていた。後に、 MIT計測研究所またはI-Labに名前が変更された。1970年の時点で、この研究所はケンブリッジのオズボーン通り45番地に所在していた。^[10]

研究所は1970年に創設者にちなんで改名され、1973年に独立した非営利研究開発法人になるまでMITの一部であった。^{[1] [7] [11]独立法人への移行は、}ベトナム戦争時にMITの研究所が軍事研究を行っていたことから撤退を求める圧力がかかったことから起こったが、その戦争では研究所は関与していなかった。^[12]

MITから分離したため、研究所は当初、75 Cambridge ParkwayやMIT近郊の散在する建物に移転し、その後、 555 Technology Squareに450,000平方フィート (42,000 m ² ) の新しい集中ビルを建設することができた。スキッドモア・オーウィングス・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」に改名された)。^[7]

1984年、ワン・ハンプシャー・ストリートに新築の17万平方フィート（16,000 m ²）のアルバート・G・ヒル・ビルがオープンし、通りを挟んだ向かい側の本館とは、安全に囲われた歩行者用スカイブリッジでつながっていた。^{[7] [13]}しかし1989年、ドレイパー研究所は、早期退職、自然減、非自発的解雇の組み合わせにより、2000人以上の従業員を半減せざるを得なくなった。^[7]この大幅な縮小は、防衛予算の削減と政府契約規則の変更によって引き起こされた。^[7]これに対応して、ドレイパー研究所は、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防衛以外の国家目標に取り組む活動を拡大し、非政府活動を増やす措置も講じ、^[7]最終的に10年以内に従業員数は1400人にまで増加した。^[14]

2017年、元々の建物の間にあった屋外の中庭が、セキュリティスキャン、受付、半公共エリア、臨時展示スペース、従業員用食堂などを備えた20,000平方フィート（1,900 m ²）の多階建てのアトリウムに改装されました。 ^{[15] [14]ボストンの建築家}エルカス・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、緑の壁面植栽とたくさんの座席が備わっています。^{[16] [17] [18]}

研究所のプログラムの主な焦点は、その歴史を通じて、米国国防総省とNASAのニーズを満たす高度な誘導、航法、および制御 (GN&C) 技術の開発と早期適用でした。研究所の成果には、海底発射弾道ミサイル用の正確で信頼性の高い誘導システムの設計と開発、およびアポロ宇宙飛行士を月まで確実に誘導し、安全に地球に帰還させたアポロ誘導コンピューターの設計と開発が含まれます。

この研究所は、民間航空機や軍用航空機、潜水艦、戦略・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ました。^[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、弾道ミサイル搭載潜水艦が海中を長時間航行して探知を回避したり、潜水艦発射弾道ミサイルを目標に誘導したりするために中心的な役割を果たしました。

Apollo 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) が率いており、ハル ラニング、ディック バティン、ドン アイルズなどのプログラマーによる作業も含まれていました。

ドレイパーは米国のいくつかの都市に拠点を置いています。^[4]

• マサチューセッツ州ケンブリッジ（本社）
• テキサス州ヒューストンのNASAジョンソン宇宙センターと別のオフィス
• バージニア州レストン レストンキャンパス
• インディアナ州オドンオドンキャンパス
• ワシントン D.C.ワシントン海軍工廠
• アラバマ州ハンツビルにあるNASAのマーシャル宇宙飛行センターと別のオフィス
• フロリダ州セントピーターズバーグのラピッドプロトタイピング施設と16番街施設
• マサチューセッツ州ピッツフィールド、米国海軍統合修理施設
• フロリダ州ケープカナベラル、米国海軍トライデント誘導プログラム技術サポート施設

以前の所在地には、フロリダ州タンパのサウスフロリダ大学(バイオエンジニアリング センター) が含まれます。

^{同社のウェブサイト[4]}によると、研究所のスタッフは、自律型航空、陸海空宇宙システム、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適用しています。適切な場合、ドレイパーはパートナーと協力して、その技術を商業生産に移行します。

この研究所は、以下の 7 つの技術専門分野を網羅しています。

• 戦略システム: 誘導、航法、制御 (GN&C) の専門知識をハイブリッド GPS 支援技術、潜水艦航法、戦略兵器のセキュリティに適用します。
• 宇宙システム: 「NASA​​ の技術開発パートナーおよび惑星探査の移行エージェント」として、GN&C および高性能科学機器の開発を行っています。専門知識は国家安全保障宇宙部門にも及びます。
• 戦術システム: 海洋情報監視偵察 (ISR) プラットフォーム、小型兵器誘導、物資の誘導航空輸送システム、兵士中心の物理および意思決定支援システム、安全な電子機器と通信、ミサイル防衛交戦のための早期迎撃誘導の開発。
• 特別プログラム: 他の技術分野と連携した、初めてのシステムの概念開発、プロトタイピング、低率生産、現場サポート。
• バイオメディカル システム:マイクロエレクトロメカニカル システム(MEMS)、医療技術のマイクロ流体アプリケーション、小型スマート医療機器。
• 航空戦と ISR: 標的設定と​​標的計画アプリケーションのためのインテリジェンス テクノロジー。
• エネルギー ソリューション:石炭火力発電所や国際宇宙ステーションなどの複雑なエネルギー生成および消費システム全体にわたって、機器の信頼性、効率、パフォーマンスを管理します。

ニュースで取り上げられたプロジェクト分野は、2003 年まで、ドレイパー研究所の慣性航法に関する中核的な専門知識に言及していました。最近では、革新的な宇宙航行のトピック、センサーとコンピューターに依存して自律的な決定を行うインテリジェント システム、ナノスケールの医療機器の研究に重点が移っています。

研究所のスタッフは、コストを削減し、信頼性を向上させるために、全地球測位システム(GPS)からの入力を慣性航法システムベースのナビゲーションに統合する方法を研究してきました。軍用慣性航法システム (INS) は、敵対的な妨害や信号妨害の脅威があるため、コース修正 (徐々に誤差が増大したり「ドリフト」したりするために必要) を GPS 衛星に完全に依存することはできません。慣性システムの精度が低いと、通常はコストの低いシステムになりますが、GPS などの別のソースからの位置の再調整が頻繁に必要になります。GPS と INS を統合するシステムは、ハードウェアの統合度に応じて、「疎結合」(1995 年以前)、「密結合」(1996 ～ 2002 年)、または「密結合」(2002 年以降) に分類されます。^[20] 2006年の時点では、多くの軍事および民間の用途でGPSとINSを統合することが想定されており、大砲から発射されたときに20,000gに耐えることができる深く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ました。[^{[アップデート]} 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んだ。この賞を獲得するには、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しなければならない。チームは、ドレイパー研究所の低重力誘導、ナビゲーション、制御アルゴリズムを使用して、宇宙環境での作業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」を開発した。^{[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を回転させる新しい方法「最適推進剤操作」を開発し、従来の方法に比べて94パーセントの節約を達成した。このアルゴリズムは、ステーションの移動に影響を与えるすべての要素を考慮に入れており、「スラスターの位置や重力とジャイロトルクの影響」も考慮している。^[24]

2013年時点で^{[アップデート]}、ドレイパーは個人用として軌道上で使用するための衣服を開発していた。この衣服は制御モーメントジャイロ（CMG）を使用しており、宇宙飛行士の手足の動きに抵抗を生じさせ、長期の宇宙飛行中に骨の損失を軽減し、筋肉の緊張を維持するのに役立つ。このユニットは可変ベクトル対抗手段スーツ（V2Suit）と呼ばれ、CMGを使用して動きへの抵抗と人工的な「ダウン」感覚を作り出し、バランスと動きの調整を支援する。各CMGモジュールはトランプ一組ほどの大きさである。この衣服は「地球への着陸の準備段階、または長期のミッション中定期的に」着用されるというコンセプトである。^[25]

2013年、ドレイパー/MIT/NASAチームは、NASAの「船外活動救助のための簡易補助装置」(SAFER)の現在の機能を拡張するCMG強化宇宙服も開発していた。SAFERは、宇宙飛行士が誤って宇宙船から外れた場合に「推進力による自己救助」を行うために設計された宇宙服である。CMG強化宇宙服は、低重力環境で宇宙飛行士がツールを使用する際に、現在利用できるものよりも優れた反力を提供する。反力は地球上で重力から得られる。反力がなければ、加えられた力は、直線または回転のいずれかの反対方向に等しい力をもたらす。宇宙では、これは宇宙飛行士を制御不能に陥らせる可能性がある。現在、宇宙飛行士は作業する表面に自分自身を固定する必要がある。CMGは、機械的な接続または重力の代替手段となる。^[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）の請負業者に指名され、NASAのために科学技術ペイロードを月に届ける入札資格を得た。^{[27]ドレイパー研究所は正式に}アルテミス7と呼ばれる月面着陸船を提案した。^{[28] [29]}同社は、7という数字は、アポロの6回の月面着陸に続いて、ドレイパー研究所が関与する7番目の月面着陸ミッションを表していると説明した。^[29]着陸船のコンセプトは、このベンチャーでドレイパーのチームメンバーであるispaceという日本の企業の設計に基づいている。 ^[30]このベンチャーの下請け業者には、着陸船を製造するゼネラルアトミックス社と、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社が含まれている。^{[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にAPEX 1.0と呼ばれる月面着陸船を開発している。^[32]

ドレイパーの研究者は、ロボット装置が失敗から学習できるようにする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車は、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年の時点で、ポール・デビテットが研究所の認知ロボットグループを率いてこの研究に取り組んでいると伝えられている。^{[33][アップデート]}

2009年^{[アップデート]}、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、検査対象の人々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フォローアップ検査の候補者を評価するために応用されます。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して、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、ドレイパー研究所の戦術システムプログラム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ました。これには、車両、通信、地上管制システムの管理が含まれ、NAVが自律的に機能してセンサーペイロードを運び、目的のミッションを達成できるようにします。NAVSは、GPS信号がほとんどまたはまったく利用できない都市部で動作する必要があるため、視覚ベースのセンサーとシステムに頼る必要があります。^[35]

2009年、ドレイパーはマサチューセッツ眼科耳鼻科と共同で、インプラント可能な薬剤送達装置を開発した。これは「微小電気機械システム（MEMS）の側面と、非常に小さなスケールでの流体の正確な制御を可能にするマイクロ流体工学を融合したもの」である。この装置は「柔軟な液体充填機械」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、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膨張および収縮するチューブを使用する。国立衛生研究所が資金提供したこのシステムは、「耳の非常に繊細な領域に微量の液体薬剤を送達することで、インプラントが感覚細胞の再生を可能にし、最終的に患者の聴力を回復させる」ことで難聴を治療できる可能性がある。^[36]

2010年^{[アップデート]}、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。この方法では、患者が皮膚に貼る直径数ミリの小さなタトゥーのようなナノセンサーを使用する。このセンサーは、近赤外線または可視光線の範囲を使用してグルコース濃度を判定する。通常、糖尿病患者は血糖値を調節するために、ピンで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しなければならない。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ものである。^[37]

研究室のスタッフはチームを組んで、慣性誘導とデジタル コンピューターをベースに、空間位置を決定するために必要な計算をサポートする新しいナビゲーション システムを開発しました。

• マーク14照準器（1942年） - 第二次世界大戦で海軍艦艇に搭載された対空砲の照準精度を向上^[38]
• 宇宙慣性基準装置（SPIRE）（1953年）—航空機用の自律型全慣性航法。1953年の一連の飛行試験でその実現可能性が実証された。^{[21] [39]}
• LaningとZierlerシステム（1954年：「George」とも呼ばれる）—Hal LaningとNeal Zierlerによって設計された初期の代数コンパイラ。 ^[40]
• Q誘導- ハル・ラニングとリチャード・バティンが開発したミサイル誘導方法^[41]
• アポロ誘導コンピュータ-宇宙での自律航行のための集積回路技術を活用した最初の配備されたコンピュータ^[42]
• デジタルフライバイワイヤ- パイロットが航空機の操縦翼面に機械的に接続することなく航空機を制御できる制御システム^[43]
• フォールトトレラントコンピューティング - 複数のコンピュータを同時に使用してタスクを実行します。航空機やその他のシステムの安全性が危険にさらされている場合、コンピュータの1台に障害が発生しても、他のコンピュータが重要な機能を引き継ぐことができます。^[44]
• 微小電気機械（MEMS）技術—最初のマイクロマシンジャイロスコープを可能にしたマイクロメカニカルシステム。^[45]
• 自律システムアルゴリズム - 宇宙船の自律ランデブーとドッキングを可能にするアルゴリズム、水中車両用システム
• GPSと慣性航法システムの組み合わせ - 車両やシステムがGPSが利用できない環境でも継続的な航行を可能にする手段^[20]

ドレイパー研究所は、教育プログラムや公開展示会を通じて、技術的才能の育成と評価にリソースの一部を投入しています。また、米国工学アカデミーが管理する「工学のノーベル賞」と呼ばれる 3 つの賞の 1 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ます。

ドレイパー研究所では、定期的に無料の展示会や一般公開イベントを開催しており、メインのダフィービルの中央アトリウムスペースの正面にある特別な半公共スペースで開催されます。たとえば、2019年にドレイパーは、1969年7月20日のアポロ初の月面着陸50周年を祝う「Hack the Moon」を発表しました。この展示会では、ドレイパー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・アイルズ、マーガレット・ハミルトン、ハル・ラニングなどのドレイパーのスタッフが開発したミッションソフトウェアなどの成果物が紹介されました。訪問者は、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のと同じフルサイズのモーションシミュレーターに乗りながら着陸に挑戦することができました。ドレイパー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で祝賀会は締めくくられました。この祝賀を記念して、特別なHack the Moonウェブサイトが作成された。 ^{[46] [47] [48]}

その他の展示では、雇用機会に関する情報など、ドレイパーで実施されている研究プロジェクトのさまざまな側面が強調されています。すべての訪問者は空港で使用され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、半公共エリアへのアクセスには特別なセキュリティクリアランスは必要ありません。^[49]

研究ベースのドレイパーフェロープログラムは、毎年約50人の大学院生を支援しています。^[50]学生は、政府、軍事、産業、教育の分野で指導的地位に就くための訓練を受けます。研究所はまた、大学のR＆Dプログラムを通じて、教員や主任研究者と共同で、キャンパス内で資金提供を受けた研究をサポートしています。学部生に就職やインターンシップの機会を提供しています。

ドレイパー研究所は、 1984年に設立されたSTEM（科学、技術、工学、数学）K-12およびコミュニティ教育アウトリーチプログラムを実施しています。 ^[51]毎年、研究所はコミュニティ関係プログラムを通じて175,000ドル以上を配布しています。^[52]これらの資金には、インターンシップ、協同組合、科学フェスティバルへの参加、ツアーや講演者の提供への支援が含まれており、この使命の延長です。^[53]

2021年現在、ドレイパー研究所はワシントンD.C.のナショナルモールにある国立アメリカ歴史博物館^{[アップデート]}のドレイパー・スパーク・ラボも後援している。スミソニアン協会が運営するこの実践的な発明ワークスペースはすべての来場者に無料で開放されており、6歳から12歳の子供向けの教育活動に重点を置いている。^[54]

同社は、全米工学アカデミーが管理するチャールズ・スターク・ドレイパー賞に寄付を行っている。この賞は「人類の幸福と自由に重要な利益と大幅な改善をもたらした革新的な工学の成果とその実践を認める」ために授与される。工学のあらゆる分野の成果が50万ドルの賞金の対象となる。^[55]

• 基礎防衛研究を行っている米国の大学研究室のリスト
• ベル研究所
• マサチューセッツ工科大学
• デビッド・ホアグ