Dalle esplorazioni alla rimozione di detriti alla manutenzione di satelliti e di stazioni spaziali: ecco il ruolo svolto dalla ricerca nazionale nell’ambito della robotica per le missioni nello spazio, in primis dall’Agenzia Spaziale Italiana.

TAKEAWAY

• I robot nello spazio si prestano a molteplici impieghi, dalle esplorazioni spaziali alla rimozione di detriti.
• In Italia ASI – Agenzia Spaziale Italiana sta lavorando a progetti per lo sviluppo della robotica nelle missioni spaziali. A questo proposito si lega l’accordo quadro con IIT – Istituto Italiano di Tecnologia.
• A livello europeo va segnalato il programma europeo UE PERASPERA dedicato alle Space Robotic Technologies.

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La robotica per le missioni spaziali è una delle frontiere più avanzate e promettenti della ricerca in ambito cosmico. Oltre che per le esplorazioni spaziali, i robot possono essere utili per risolvere il problema dei detriti spaziali.

Pur se sconfinato, infatti, lo spazio nelle vicinanze della Terra è assai trafficato: sono sempre più numerosi i satelliti in orbita terrestre, implicando il rischio costante di collisione tra satelliti oppure con frammenti.

Proteggere i satelliti dai detriti spaziali implica costi elevati: secondo l’OCSE, i costi per i satelliti in orbita geostazionaria ammontano al 5-10% della spesa totale della missione. Tradotto in cifre parliamo di centinaia di milioni di dollari. Nell’orbita terrestre bassa (tra 300 e 1000 km di altezza dalla Terra), i costi relativi per missione potrebbero essere ancora più alti.

Per fare fronte a questa situazione è nata l’Inter Agency Space Debris Committee (IADC), organizzazione delle Nazioni Unite cui fanno parte 14 agenzie spaziali, tra cui quella europea (ESA) e l’ASI – Agenzia Spaziale Italiana. Quest’ultima è molto attiva a livello nazionale e internazionale, anche sulla robotica.

A questo proposito va segnalato il recente accordo quadro con l’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) per sviluppare iniziative di ricerca finalizzate a creare un laboratorio congiunto su ambiti che spaziano dalla robotica alla nanomedicina.

Inoltre, ASI è partner del progetto europeo PERASPERA, coordinato da ESA e finanziato in ambito Horizon 2020 per realizzare un cluster di ricerca strategica sulle tecnologie dedicate alla robotica spaziale.

Robotica per le missioni spaziali, l’impiego delle macchine nello spazio

Ci sono molti impieghi dei robot nello spazio. I veicoli spaziali che esplorano altri pianeti, sono robot e comprendono orbiter, lander e rover. Un altro versante di impiego della robotica per missioni spaziali riguarda la “robotica orbitale” e in questo senso viene in supporto delle attività di servizio e manutenzione orbitale.

Esempi di queste attività sono il braccio robotico di una stazione spaziale, utilizzata come supporto per costruire la stazione stessa. I bracci robotici servono anche a spostare gli astronauti durante le passeggiate spaziali.

Le attuali missioni planetarie coinvolgono veicoli robotici per raggiungere gli obiettivi di esplorazione o per eseguire esperimenti scientifici mirati. Si può prevedere che le future missioni planetarie mireranno a fare un passo avanti in uno qualsiasi di questi domini e dovranno quindi avere a disposizione sistemi più maturi per aiutare queste missioni a guadagnare autonomia e prestazioni in termini di ritorno scientifico.

Space economy e ricerca: accordo Agenzia Spaziale Italiana – Istituto Italiano di Tecnologia

Lo spazio è “l’ultima frontiera” anche considerando il forte interesse economico che suscita: secondo Morgan Stanley, i ricavi generati dall’industria spaziale globale potrebbe aumentare fino a superare i mille miliardi di dollari entro il 2040, triplicando rispetto ai 350 miliardi attuali. Per questo c’è molto interesse a livello scientifico e industriale.

Uno dei più recenti esempi di interesse per la ricerca è l’accordo quadro tra ASI e IIT. Nel primo workshop, avvenuto lo scorso gennaio, sono stati sondati temi di comune interesse da sviluppare che riguardano, oltre alla robotica, l’Intelligenza artificiale, la nano-medicina, la sensoristica, i materiali avanzati, la gestione dell’energia, i digital twins per satellite e astronauta. Su questo accordo, il presidente dell’Agenzia Spaziale, Giorgio Saccoccia ha affermato in proposito:

“Decidere da subito quali saranno i temi specifici di ricerca permetterà di concentrare gli sforzi innovativi su tematiche che ci aspettiamo, avranno un ritorno immediato nella capacità di posizionamento italiano nel futuro dello spazio”

Nello scegliere un esempio di collaborazione tra ASI e IIT, Saccoccia ha parlato proprio di robotica, auspicando che “attraverso questa collaborazione, le capacità e l’esperienza maturata nel settore della robotica spaziale dall’IIT porteranno beneficio alle attività di “in-orbit servicing” o di “proximity operation” di satelliti in orbita”.

C’è grande fermento, quindi, in ambito space economy e la robotica per missioni spaziali è parte integrante di questo interesse. Come evidenzia Marco Di Clemente, responsabile dell’unità Tecnologie di ASI:

“Nel mondo spazio si parla sempre più di sistemi autonomi, di sistemi robotici per vari impieghi, dall’esplorazione di altri pianeti alle attività di operazioni in orbita, anche mediante l’impiego di un braccio robotico: in questo caso potrebbero essere di aiuto nel caso di rimozione di un satellite a fine vita oppure di detriti spaziali di potenziale rischio per altri sistemi. Sul lungo termine l’impiego di sistemi robotici potrebbe essere diretto ad accrescere la capacità di assemblaggio parti già in orbita su grandi infrastrutture, per rifornire un satellite o intervenire in caso di guasti”

Dalle ricadute nella vita quotidiana alle stazioni lunari

La robotica nelle missioni spaziali è un campo assai ampio, come detto. Per cercare di ridurre sensibilmente i tempi di realizzazione, la strada più vantaggiosa va propria in direzione di una collaborazione sinergica tra chi ha particolare esperienza nel settore robotica (IIT) e chi ne ha nell’ambito spaziale (ASI).

“La competenza IIT sarà finalizzata a sviluppare una maggiore autonomia nella robotica, quindi fare uso di intelligenza artificiale per assumere capacità decisionali, mentre ASI ha esperienza e conoscenza dello spazio e delle sue specificità e complessità” specifica Di Clemente, segnalando che l’importanza di tale accordo, tra due enti di ricerca pubblici, è anche per le sue ricadute sul sistema industriale: si pensi ai sistemi AI o alla sensoristica solo per fare qualche esempio.

In tema di ricadute industriali e di vita quotidiana, proprio in questi giorni è stata data notizia del progetto “RECONNECT – Ultra Precise Bionic Hand Prosthesis Based on Space Transmission” per la realizzazione di un prototipo per la trasmissione meccanica della protesi di mano bionica, integrando la tecnologia spaziale già utilizzata per l’indagine del suolo dei veicoli spaziali Lander Beagle 2 nella missione Mars Express.

Oltre la robotica, le implicazioni della ricerca congiunta spaziano dalle scienze della vita alla medicina nello spazio: in questo senso, sono già stati condotti studi da parte di IIT in ambienti di microgravità. Inoltre ASI è parte attiva del programma Artemis della NASA, che implica la realizzazione di un avamposto umano in orbita lunare. Anche in questo caso saranno realizzati supporti robotici.

L’impiego dell’intelligenza artificiale e il coinvolgimento dell’industria

ASI partecipa a un programma europeo finanziato da commissione UE in ambito H2020. Si chiama PERASPERA (nome ispirato dal motto latino Per aspera ad astra) ed è dedicato alla costruzione di roadmap tecnologiche sui temi della robotica: si parla, infatti, di Space Robotic Technologies. Coordinato dalla European Space Agency, il progetto vede il coinvolgimento di diverse agenzie spaziali nazionali. “L’obiettivo è proprio quello di lavorare insieme per delineare programmi di sviluppo per le tecnologie robotiche” spiega il responsabile dell’unità Tecnologie di ASI.

L’Agenzia, in ambito nazionale, è impegnata anche a creare condizioni di sviluppo tecnologiche tali da coinvolgere imprese. “In particolare, stiamo parlando di tutta la parte sensoristica, fondamentale per la robotica, e c’è anche bisogno di intelligenza artificiale in grado di poter comprendere e riconoscere un oggetto. A questo proposito c’è un’attività di sviluppo su algoritmi di AI attraverso anche call nazionali. Sono tutte attività che presuppongono lo sviluppo di tecnologie abilitanti, che in prospettive preparano anche per eventuali future missioni spaziali”.

Robotica per le missioni spaziali, le prospettive aperte

Cosa accadrà da qui ai prossimi cinque anni in termini di ricerca e sviluppo della robotica spaziale? “In questa prospettiva a breve termine in ambito space, la robotica a mio avviso sarà in grado di operare su due fronti in particolare – illustra Di Clemente – Da una parte opererà per assicurare capacità di rimozione dei detriti spaziali”

Un altro fronte sarà quello delle esplorazioni spaziali a livello planetario: ci sono progetti già finanziati e missioni in ambito ESA che interagiranno, per esempio, con il rover Perseverance su Marte per avviare missioni con veicoli a guida autonoma capaci di esplorare il pianeta e riportare sulla Terra reperti marziani.

Altro aspetto utile sarà quello rivolto a interventi di riparazione, per esempio su un satellite in orbita danneggiato, oppure di assemblaggio di più satelliti per realizzare sistemi di maggiori dimensioni.