南加州大学学生参与增强现实NASA“学生宇航服用户界面技术”挑战赛

南加大团队很荣幸成为美国宇航局(NASA)十支入围队伍之一,为探索月球、火星设计增强现实(AR)界面。

南加州大学学生参与增强现实NASA“学生宇航服用户界面技术”挑战赛

虚拟环境可用于探索任何事物 — 从哥斯达黎加的雨林到拟建的新教学楼。而在目前的美国宇航局新项目中,相关负责人希望在优秀学生的帮助下,将增强现实(AR)应用于太空探索。在2017年由美国宇航局设立的名为“学生宇航服用户界面技术”(Spacesuit User Interface Technologies for Students,简称SUITS)发起的挑战赛,,要求学生设计和打造航天服信息显示屏,在增强现实环境中显示生命体征、位置等重要信息。

南加大和亚利桑那大学组成的“Aegis 团队”是入围SUITS挑战赛决赛的十支团队之一。他们的显示屏采用了免提全息设备Microsoft HoloLens 2平台,并通过Unity游戏引擎托管AR应用程序。对于探索月球的宇航员而言,这款便捷易用的界面将显示宇航员和探月车的位置跟踪等重要信息,以及宇航员心率和氧水平等生命体征信息。

约翰逊航天中心AEGIS团队及其导师

在德克萨斯州休斯顿的约翰逊航天中心,AEGIS团队及其导师在VIP贵宾区观看阿波罗任务控制室的还原场景。第一排(从左到右):ANDY ARTZE、SOPHIA AGUILAR、ZOË WILBUR、DARLENE VILLICAÑA、GARRETT REISMAN教授、PROFESSOR DAVID BARNHART、WILL FARHAT 第二排:SPENCER LIN、ROHAN SHUKLA、BAS RIZK、STANLEY LIN、AKSHITA SWAMINATHAN、JENNIFER LEE、EVAN COOPER、ISAAC WARD 摄影/AEGIS团队

最终的SUITS决赛于五月底在德克萨斯州休斯顿历史悠久的NASA约翰逊航天中心岩石场(NASA Johnson Space Center Rock Yard)举行。NASA负责人评估了学生们的技术在模拟月球条件的太空中解决关键问题的表现。学生们不仅获得了测试他们设计的机会,还得到了参观航天中心的实验室的机会。

南加大Viterbi工程学院航天工程系硕士兼生项目主管Evan Cooper说道:“这个周末的经历实在太棒了。能够在NASA实际用来测试将把人类带上月球及更远地方的技术的测试地点来测试我们的设计,这次体验真的震撼人心。尽管比赛本身是我们努力了一年的结果,但对我来说意义更大的是能够看到这次整体的体验对我们团队成员的作用。从参观中性浮力实验室(Neutral Buoyancy Lab):一个供宇航员进行微重力训练的内部设有巨大水池的水下测试设施,到站在土星5号运载火箭(Saturn V)旁,再到亲耳聆听行业领袖的演讲,我听到最多的词是‘难以置信’。”

Aegis团队由一名南加大视觉人类学太空舱外界面研究方向的硕士生Darlene Villicaña创立,最初由11名学生组成。2021年12月,在提案获得了NASA SUITS比赛组采用后,Aegis团队迅速发展到60多名学生,这些学生来自多个学科,经验水平各异。团队的导师由南加大Viterbi工程学院David Barnhart教授和Garrett Reisman教授,以及亚利桑那大学助理教授Jessica Barnes组成。团队的学生们制定了一系列远大目标及时间表,队内也划分了多个小分队去共同努力实现里程碑目标。

在最终测试中,各支团队需要在多个计划内和计划外位置之间实时准确地指导用户,通过导航和可视化为乘组人员提供协助并与指定的航天服遥测数据流进行交互。各支团队还要提供一个简明易用的界面,向乘组人员显示所有必要的信息。

Barnhart说道:“比赛胜负难分,各队成果各有千秋,但NASA负责人和工程团队认为我们团队‘出色地解决了每一个关键问题和挑战’。NASA负责人强烈建议我们提交申请参与明年的挑战赛。”

AEGIS团队站在猎鹰9号助推器的下方

AEGIS团队站在猎鹰9号助推器的下方,这是全球公开展出的仅有的两枚猎鹰9号助推器其中之一。摄影/DAVID BARNHART。

Villicaña说:“我们的团队从跨学科的角度着手来应对这次挑战赛。我们的学生团队充满激情。他们来自航天工程、计算机科学、地质学和人类学等多个学科,通过具有创造性的思路和方法来解决工程问题。”

这次挑战赛本身便具有跨学科性质。在准备的过程中,学生们需要努力将课堂所学的核心概念转化为实际操作能力。对于致力从事空间工程领域的学生来说,这是一次非常宝贵的学习体验。对此,Barnhart希望将这种体验转化为秋季学期的一节课,让更多的学生参与进来并为明年春天的挑战赛做准备。

NASA前宇航员Garrett Reisman表示:“我们南加大/亚利桑那大学团队的表现十分出色,他们收获了非常重要的工程学实操经验。而我们也拥有了最棒的宣传视频。我认为这对我们的学生来说是一次非常宝贵的经历,我当然希望我们明年还能再次举办。

该挑战赛举办于NASA的“阿尔忒弥斯”(Artemis)美国宇航员登月任务之前。为确保顺利登月,必须为乘机人员配备适当的人类自主使能技术,以提供重要的实时信息。

Villicaña说道:“NASA SUITS挑战赛是一次独一无二的宝贵经历,让我们有机会解决真实世界的工程问题,能够与正在积极研究这些问题和相关技术的领域内顶尖专家合作。而且,我们还有机会进入了NASA的行星模拟试验场,并加入到NASA的阿尔忒弥斯登月计划,为开发增强现实技术以用于航天服设计的未来技术的研发。我们学到了新的技术,通过我们的外展活动鼓励了学弟学妹们投入到STEM研究中,在跨学科团队中学会与彼此合作,并收获了将维系终生的事业联系和个人友谊。”

Aegis团队获得了南加大Viterbi工程学院、加州太空资助联盟(California Space Grant Consortium)和亚利桑那州太空资助联盟(Arizona Space Grant Consortium)的支持。

团队完整名单(包括南加大和亚利桑那大学成员)如下:Evan Cooper(项目主管)、Darlene Villicana(项目副主管、HITL兼用户研究副主管)、Spencer Lin(首席开发人员兼UI/UX主管)、Andres Artze(系统工程主管)、Basem Ibrahim Mikhail Rizk(机器学习主管)、Isaac Ward(地形网格联合主管)、Will Farhat(地形网格联合主管)、Jennifer Lee(导航联合主管)、Sophia Aguilar(导航联合主管)、Akshita Swaminathan(遥测联合主管)、Rohan Shukla(遥测联合主管)、Zoe Wilbur(地质学联合主管)、Patrick O ‘Brien(地质学联合主管)、Stanley Lin(营销主管)、Aaron Shields、Aman Mohandas、Anand Shah、Andy Semin Park、Ann Tian Shao、Anunay Rajesh Bagga、Benran Zhang、Chandini Velilani、Christian Bryan、Dongzhe Wei、Elizabeth Lee、Ethan Ma、Felix Chen、Gabrielle Jung、Han Yue Emerald Liu、Ho Ko、Jason Chen、Jorge Gonzalez、Joshua Lac、Kamel Gazzaz、Kanika Jindal、Karim Rahal、Kasturi Khatun、Mansi Kulhari、Miru Jun、Nawach Kuptimanus、Ning Nie 、Pavan Garidipuri、Phuong Pham、Smit Kadvani 、Sofian Ghazali、Surya Roshan Mugada、Talha Rafique、Trinity Lopez、Yaxi Liu、Yeh Lin、Yuiwei Xi、Zhenghan Fang、Zhenghao Li

编辑:Avni Shah
头图:在测试S.E.N.V.A.应用程序时,首席开发者SPENCER LIN正在为休斯顿太空中心(SPACE CENTER HOUSTON)的一名游客讲解。摄影/AEGIS团队。
来源:南加州大学