De succesvolle eerste testvlucht van het SpaceX Falcon Heavy-lanceervoertuig woensdagochtend was een verbazingwekkende technologische prestatie - en fantastisch theater.

De Falcon Heavy is de op één na krachtigste raket ooit gelanceerd, net achter de Saturn V-raketten die mensen naar de maan stuurden, en is de krachtigste raket die momenteel in gebruik is. Het is ook opmerkelijk dat deze raket is ontworpen en gelanceerd door een privébedrijf - SpaceX van Elon Musk. Hoewel NASA een soortgelijk lanceervoertuig in ontwikkeling heeft, sommige schattingen van de lanceringskosten zijn meer dan tien keer die van de Falcon Heavy.

Een deel van deze kostenbesparingen hangt samen met een van de visueel meest spectaculaire elementen van de testvlucht:de gelijktijdige rechtopstaande landing van de twee zijboosters.

Die twee SpaceX-boosters die autonoom perfect samen landden, was een van de meest verbazingwekkende dingen die ik in lange tijd heb gezien. Soms voelt het echt alsof we in de toekomst leven. pic.twitter.com/6miWqKeUWl

— Mike Murphy (@mcwm) 6 februari 2018

De standaardpraktijk was om dergelijke boosters in de oceaan te gooien, maar SpaceX laat deze boosters veilig landen en kan ze vervolgens opnieuw gebruiken op volgende vluchten. Het onderliggende principe dat de landing mogelijk maakt is "feedback control" of, in feite, automatische feedbackcontrole.

Feedbackcontrole is overal

Feedbackcontrole is gebruikelijk en wijdverbreid. In feite, zo algemeen en wijdverbreid dat het vaak onopgemerkt blijft. Echter, deze "verborgen technologie" drijft het meest, zo niet alle, van onze technologie – en beschrijft zelfs de fundamenten van hoe mensen en dieren zich gedragen.

Het basisidee is er een van zin, denken, handelen zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Goed ontworpen feedbackregeling zorgt voor robuuste, betrouwbaar, en efficiënte systemen door corrigerende maatregelen te kiezen op basis van het verzamelen van beschikbare gegevens.

Overweeg een cruisecontrol op een auto die geen feedbackcontrole gebruikt, maar houdt het gaspedaal alleen in een vaste positie. De snelheid neemt toe als we bergafwaarts gaan, of neemt af als we bergopwaarts gaan. Dit corrigeren met feedbackcontrole is eenvoudig. Meet de snelheid van de auto (sense), beslissen of de auto sneller of langzamer rijdt dan gewenst (denk aan), en verander vervolgens het gaspedaal op de juiste manier (act).

Automatische feedbackcontrole is ook de sleutel om de lichten aan te houden. Elektriciteitsnetten zijn ontworpen om te werken met een frequentie van 50 of 60 Hertz. De werkelijke frequentie verandert in de loop van de tijd, afhankelijk van de belasting, die vervolgens wordt gecompenseerd door reactieve veranderingen in de generatie, zoals het sneller of langzamer laten draaien van generatoren. Met andere woorden, we meten de frequentie (sense), een passende corrigerende actie berekenen (denken), en voer vervolgens die actie uit (act).

Hetzelfde principe is aan het werk in het menselijk lichaam en kan worden nagebootst door kunstmatige organen, zoals de kunstmatige alvleesklier die aan de Universiteit van Newcastle wordt ontwikkeld door een team onder leiding van professor Graham Goodwin. De alvleesklier speelt een sleutelrol bij de regulering van de bloedglucosespiegels, en een slecht functionerende alvleesklier leidt tot diabetes. Een kunstmatige alvleesklier zou weer de zin volgen, denken, handelen paradigma door het meten van bloedglucosewaarden (sens), een klinisch model van de patiënt gebruiken om een ​​insulinedosis te berekenen (denk), en lever vervolgens de berekende dosis (act).

Het strekt zich zelfs uit tot financiële instellingen, zoals de Reserve Bank of Australia. Een van de doelstellingen van de Reserve Bank is het waarborgen van de stabiliteit van de Australische dollar. Het belangrijkste instrument dat wordt gebruikt om dit doel te bereiken, is het vaststellen van rentetarieven. Weer hier, we zien het gebruik van het feedbackcontrole-idee. De Reserve Bank verzamelt gegevens over verschillende economische indicatoren, zoals werkgelegenheidsniveaus en inflatiepercentage (sense), analyseert de gegevens om een ​​rentepercentage te bepalen (denk), en stelt vervolgens de rente in (act).

Balanceren van de Falcon Heavy-boosters

Terugkomend op de landing van de Falcon Heavy-boosters, er zijn een aantal vergelijkbare en bekende evenwichtsproblemen:de Segway, het balanceren van offshore boorplatforms boven een putmond, of zelfs lopen op twee benen. Een circus-geïnspireerde analogie probeert een bezemsteel op je vingertoppen te balanceren.

Elke Falcon Heavy-booster volbrengt deze balancerende truc door negen motoren te hebben, die elk kunnen worden gericht. Bekijk de landingsvideo goed, het is mogelijk om de verschillende motoren op verschillende tijdstippen en met verschillende intensiteiten te zien afvuren.

Het is ook mogelijk om de centrale motor van richting te zien veranderen. In de bezemsteel analogie, het veranderen van de intensiteit en oriëntatie van de motoren komt overeen met het bewegen van uw hand om de bezemsteel rechtop te houden. In beide gevallen, het is mogelijk om de oriëntatie van de raket/bezem te meten (sense), beslissen hoe je de motoren moet afvuren of je hand beweegt (denk), en vervolgens die besluiten uitvoeren (act).

Hoewel de hierboven besproken voorbeelden uit zeer verschillende domeinen komen, ze delen het gemeenschappelijke kenmerk van sleutelgrootheden of variabelen die in de loop van de tijd veranderen. Met andere woorden, het zijn dynamische systemen.

Voor elk van deze voorbeelden kunnen we wiskundige modellen construeren die vaak gelijkaardig blijken te zijn, ondanks dat ze afkomstig zijn uit zeer verschillende toepassingen. Het rijke wiskundige veld van de feedbackregeltheorie biedt soms een kant-en-klaar algoritme voor de berekeningen die het "denk"-gedeelte van de feedbackregellus vormen.

Echter, voor veel denkbeeldige toepassingen, zoals auto's zonder bestuurder, slimme elektriciteitsnetwerken, of optimale koolstofprijsstelling, deze algoritmen zijn nog steeds het onderwerp van actief onderzoek.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.