Den framgångsrika första testflygningen av SpaceX Falcon Heavy lanseringsfordon onsdag morgon var en fantastisk teknisk bedrift - och fantastisk teater.

Falcon Heavy är den näst kraftfullaste raketen som någonsin lanserats, precis bakom Saturn V -raketer som skickade människor till månen, och är den kraftfullaste raket som för närvarande är i drift. Det är också anmärkningsvärt att denna raket designades och lanserades av ett privat företag - Elon Musks SpaceX. Medan NASA har ett liknande lanseringsfordon under utveckling, vissa uppskattningar av lanseringskostnaderna är över tio gånger högre än Falcon Heavy.

Några av dessa kostnadsbesparingar är knutna till en av de mest visuellt spektakulära delarna av testflygningen:samtidig upprätt landning av de två sidostyrningarna.

De två SpaceX -boostrarna som självständigt landade perfekt i samklang var en av de mest fantastiska saker jag har sett på länge. Ibland känns det verkligen som att vi lever i framtiden. pic.twitter.com/6miWqKeUWl

- Mike Murphy (@mcwm) 6 februari 2018

Standardpraxis har varit att släppa ut sådana boosters i havet, men SpaceX landar säkert dessa boosters och kan sedan återanvända dem på efterföljande flygningar. Den underliggande principen som gör landningen möjlig är "återkopplingskontroll" eller, faktiskt, automatisk återkopplingskontroll.

Feedbackkontroll finns överallt

Feedbackkontroll är vanlig och utbredd. Faktiskt, så vanligt och utbrett att det ofta går obemärkt förbi. Dock, denna "dolda teknik" driver mest, om inte alla, av vår teknik - och beskriver till och med grunderna för hur människor och djur beter sig.

Grundidén är en mening, tror, agera enligt bilden nedan.

Väl utformad feedbackkontroll ger robust, pålitlig, och effektiva system genom att välja korrigerande åtgärder baserade på insamling av tillgänglig data.

Tänk på en farthållare på en bil som inte använder feedbackkontroll, men håller bara gaspedalen i ett fast läge. Hastigheten ökar om vi är på väg nedåt, eller minskar om vi är på väg uppför. Att korrigera detta med feedbackkontroll är enkelt. Mät bilens hastighet (sense), bestäm om bilen kör snabbare eller långsammare än önskat (tänk), och ändra sedan gaspedalen på lämpligt sätt (agera).

Automatisk återkopplingskontroll är också nyckeln till att hålla lamporna tända. Elnät är utformade för att fungera med antingen 50 eller 60 Hertz. Den faktiska frekvensen ändras över tiden beroende på belastningen, som sedan kompenseras av reaktiva förändringar i generationen, som att snurra generatorer snabbare eller långsammare. Med andra ord, vi mäter frekvensen (sense), beräkna en lämplig korrigerande åtgärd (tänk), och sedan genomföra denna åtgärd (handling).

Samma princip fungerar i människokroppen och kan efterliknas av konstgjorda organ, såsom den konstgjorda bukspottkörteln under utveckling vid University of Newcastle av ett team som leds av professor Graham Goodwin. Bukspottkörteln spelar en nyckelroll i regleringen av blodsockernivåer, och en felaktig bukspottkörtel leder till diabetes. En artificiell bukspottkörtel skulle återigen följa känslan, tror, agera paradigm genom att mäta blodsockernivåer (känsla), använda en klinisk modell av patienten för att beräkna en insulindos (tänk), och leverera sedan den beräknade dosen (akt).

Det gäller till och med finansinstitut, såsom Reserve Bank of Australia. Ett av reservbankens mål är att säkerställa stabiliteten i den australiska dollarn. Det viktigaste verktyget som används för att uppnå detta mål är fastställandet av räntor. Här igen, vi ser användningen av feedbackkontrollidén. Reservbanken samlar in uppgifter om olika ekonomiska indikatorer, såsom sysselsättningsnivåer och inflationstakt (känsla), analyserar data för att bestämma en ränta (tänk), och ställer sedan in räntan (akt).

Balansera Falcon Heavy boosters

Kommer tillbaka till landningen av Falcon Heavy boosters, Det finns en rad liknande och välbekanta balanseringsproblem:Segway, balansera offshore -borrplattformar över ett brunnhuvud, eller ens gå på två ben. En cirkusinspirerad analogi försöker balansera ett kvasthandtag på dina fingertoppar.

Varje Falcon Heavy booster uppnår detta balanseringstrick genom att ha nio motorer, var och en kan riktas. Tittar noga på landningsvideon, det är möjligt att se de olika motorerna skjuta vid olika tidpunkter och med olika intensitet.

Det är också möjligt att se den centrala motorn ändra riktning. I kvasthandtaget analogi, att ändra motorns intensitet och orientering motsvarar att du rör din hand för att hålla kvasthandtaget upprätt. I båda fallen, det är möjligt att mäta rakets/kvastens orientering (känsla), bestäm hur du ska skjuta motorerna eller flytta din hand (tänk), och sedan genomföra dessa beslut (agera).

Även om exemplen som diskuterats ovan kommer från mycket olika domäner, de delar det gemensamma attributet för nyckelmängder eller variabler som förändras över tiden. Med andra ord, de är dynamiska system.

För vart och ett av dessa exempel kan vi konstruera matematiska modeller som ofta visar sig vara likadana trots att de kommer från mycket olika applikationer. Det rika matematiska området för feedbackkontrollteori tillhandahåller ibland en färdig att använda algoritm för beräkningarna som innefattar "tänk" -delen av återkopplingsstyrslingan.

Dock, för många tänkta tillämpningar, som förarlösa bilar, smarta elnät, eller optimal kolprissättning, dessa algoritmer är fortfarande föremål för aktiv forskning.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.