Realtà virtuale e realtà aumentata nelle missioni della Stazione Spaziale Internazionale

Le tecnologie immersive si rivelano alleate sempre più preziose per gli astronauti operativi sulla ISS. L’utilizzo della realtà virtuale e della realtà aumentata agevola sensibilmente sia lo svolgimento degli esperimenti scientifici che le procedure di manutenzione effettuate a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.

TAKEAWAY

  • La realtà aumentata consente di effettuare interventi di manutenzione assistita sulle strumentazioni della ISS, evitando agli astronauti lunghi processi di training.
  • La realtà virtuale agevola le simulazioni di molti esperimenti riguardanti il comportamento di uomo e macchine in condizioni di microgravità, come quelle riscontrabili in orbita sulla ISS.
  • Anche da casa possiamo comodamente provare le emozioni che gli astronauti vivono ogni giorno sulla ISS, grazie alle esperienze immersive in realtà virtuale fin qui prodotte con il supporto delle principali agenzie spaziali internazionali.

In tema di tecnologie immersive nelle missioni spaziali, da qualche tempo, a fare compagnia agli astronauti della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), troviamo sempre più spesso applicazioni in realtà virtuale e in realtà aumentata.

Sulla ISS vengono svolti ogni giorno centinaia di esperimenti scientifici, oltre a tutte le operazioni necessarie per mantenere in efficienza la stazione stessa. La manutenzione deve infatti essere svolta dagli astronauti stessi, con l’ausilio di strumentazione robotica e delle tecnologie immersive, in grado di assistere e guidare le procedure previste sulla complessa strumentazione di bordo.

L’utilizzo della realtà virtuale e della realtà aumentata nelle missioni spaziali sta dunque diventando una costante molto gradita in due ambiti principali: l’assistenza/manutenzione assistita e le ricerche in merito al comportamento dell’uomo in condizioni di microgravità, dal momento che la ISS si trova ad un’altezza orbitale di circa 400km, dove l’accelerazione gravitazionale è nettamente inferiore rispetto a quella che ritroviamo sulla superficie terrestre.

Tecnologie immersive nelle missioni spaziali: la realtà aumentata per manutenzione e assistenza in remoto

In materia di tecnologie immersive nelle missioni spaziali, le apparecchiature della ISS vengono sottoposte a regolari processi di manutenzione da parte degli astronauti, che ormai da diverso tempo si avvalgono di strumenti in realtà aumentata (tablet e visori Hololens modificati) per eseguire le applicazioni in grado di guidarli passo per passo durante le loro operazioni.

Le applicazioni AR maintenance utilizzate sulla ISS sono molto simili nella logica a quelle che vediamo abitualmente sulle linee di una fabbrica 4.0, dove gli addetti vengono guidati nelle fasi di montaggio e manutenzione da un team in remoto o direttamente dalle istruzioni provenienti dalla app in realtà aumentata.

Nel caso della ISS, i lunghi tempi di latenza con i laboratori delle agenzie spaziali operative sulla Terra limitano in certi casi la collaborazione da remoto in tempo reale, ma è sempre possibile utilizzare le registrazioni effettuate con la camera del visore per condividerle in un secondo momento con i laboratori delle agenzie sulla Terra, ai fini di effettuare tutti gli approfondimenti e le valutazioni necessarie per migliorare i processi manutentivi.

Tra i progetti speciali riguardanti le operazioni di assistenza e manutenzione che coinvolgono la realtà aumentata a bordo della ISS possiamo citare:

  • Sidekick: prevede l’utilizzo di un visore Hololens modificato per effettuare operazioni di manutenzione a mani libere, seguendo le istruzioni dell’app in realtà aumentata, che proietta le informazioni digitali in 3D in overlay sugli impianti fisici. L’applicazione prevede inoltre funzioni di videoconferenza per collaborare in remoto con gli esperti sulla Terra
  • T2 AR: applicazione in realtà aumentata utilizzata per ispezionare ed effettuare la manutenzione sul threadmill T2 della ISS. Si tratta di un progetto che vede al momento attiva l’agenzia spaziale giapponese (JAXA). La app consente di guidare la manutenzione in tempo reale, evitando un lunghissimo processo di training preventivo, che sarebbe altrimenti inevitabile data la grande complessità che caratterizza questo impianto. La app è un assistente virtuale in realtà aumentata installata su visori in realtà mista e su tablet, con la possibilità di interagire anche grazie a controlli vocali
  • Cold Atom Lab: applicazione in realtà aumentata sviluppata per guidare i processi di manutenzione di Cold Atom Lab, un mini laboratorio quantistico sviluppato dalla NASA, che consente di effettuare in orbita studi sulle particelle elementari

Realtà virtuale e microgravità: esplorare le capacità di uomo e macchina in condizioni estreme

Il comportamento dell’uomo sulla Terra e in orbita manifesta sensibili differenze, a causa delle variazioni gravitazionali. Allo stesso modo varia il modo con cui l’astronauta interagisce con la strumentazione di bordo, i robot e i veicoli che lo assistono durante le sue missioni sulla ISS.

La realtà virtuale e la realtà aumentata consentono di svolgere simulazioni in grado di monitorare le reazioni comportamentali fisiche e mentali degli astronauti, con rilevamenti in tempo reale svolti in varie condizioni ambientali: sulla Terra e in orbita, anche in funzione dei tempi di esposizione. Altrettanto essenziale è la valutazione del recupero delle presunte condizioni di normalità una volta tornati sulla Terra.

Tra i progetti speciali riguardanti lo studio della microgravità che coinvolgono le tecnologie immersive nelle missioni spaziali a bordo della ISS, potremmo citare:

  • Pilote: prevede l’impiego di interfacce in realtà virtuale con kit aptici, per valutare l’interazione tra l’astronauta e i bracci robotici Canadarm2 con cui collaborano a bordo della ISS. L’esperimento vuole approfondire lo studio della componente multisensoriale in condizioni di microgravità, per predisporre le condizioni relative alle future missioni sulla Luna e su Marte. Si tratta di un esperimento condotto dall’ESA ed in particolare dall’agenzia spaziale francese (CNES)
  • Immersive Exercise: esperienza immersiva in realtà virtuale che accompagna l’astronauta durante l’esercizio fisico quotidiano sulla ciclette, immergendolo in un ambiente dinamico e suggestivo, ai fini di incentivare un’azione altrimenti noiosa e monotona. Nulla di particolarmente differente rispetto alle applicazioni VR fitness diffuse in ambito consumer
  • Time Perception: applicazione in realtà virtuale che monitora la variazione di percezione che l’astronauta matura nel tempo della sua esperienza in orbita, attraverso la sua interazione con una serie di oggetti predefiniti. La VR app consente di eseguire e registrare i test cui gli astronauti vengono periodicamente sottoposti ai fini di valutare la percezione del tempo in condizioni di prolungata esposizione alla microgravità
  • GRIP: esperimento condotto dall’ESA per valutare il modo con cui l’uomo impugna e manipola un oggetto con differenti condizioni di gravità. L’applicazione in VR prevede l’interazione con oggetti virtuali in condizioni che variano dalla gravità terreste, alla microgravità dei viaggi orbitali, fino all’ipotesi riscontrabile su Marte, dove la gravità è pari a circa un terzo di quella del pianeta Terra. La app VR è inoltre finalizzata ad acquisire dati utili allo studio di nuove interfacce per i futuri viaggi nello spazio
  • VECTION: applicazione complessa che intende monitorare il comportamento del sistema vestibolare e capire come l’uomo adatta il proprio equilibrio in differenti condizioni di gravità, anche in funzione dei tempi di esposizione, ivi compresi i tempi di recupero nella condizione di partenza. Tra le finalità di questo studio vi è l’acquisizione di dati utili a progettare nuove interfacce di controllo per il personale e i robot impegnati a lungo in condizioni di microgravità
  • GRASP: progetto dell’ESA che intende studiare nel dettaglio l’interazione tra cervello e apparato muscolo scheletrico in condizioni di lunga esposizione alla microgravità. Un’applicazione in VR predispone scenari in ambiente controllato dove l’astronauta interagisce con alcuni oggetti virtuali. La ripetizione dei test consente di valutare il progressivo adattamento del cervello umano alle condizioni di microgravità. Anche GRASP mira a formare una conoscenza utile a supportare i futuri viaggi interplanetari

Tecnologie immersive nelle missioni spaziali: Space Explorers: The ISS Experience, tutti a bordo grazie alla realtà virtuale

Una delle caratteristiche peculiari della realtà virtuale risiede nel consentire esperienze altrimenti impossibili nel mondo reale. Viaggiare a bordo di una stazione spaziale è al momento una di queste.

Grazie alle produzioni multimediali immersive, anche da casa possiamo provare le sensazioni che gli astronauti vivono quotidianamente a bordo della ISS. Tra queste esperienze segnaliamo Space Explorers: The ISS Experience, serie di mediometraggi in VR 360, e Mission: ISS, videogioco interattivo in realtà virtuale ambientato a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.

In tema di tecnologie immersive nelle missioni spaziali, Space Explorers: The ISS Experience è il risultato di un grande sforzo di una piccola casa di produzione indipendente: la Felix and Paul Studios, che ha dovuto letteralmente superare se stessa per portare a termine un lavoro di per sé tanto semplice qualora svolto sulla Terra, quanto ostico se proiettato in orbita.

Il set ha previsto una serie di camere VR 360 commerciali, modificate per rispondere alle rigidissime policy previste da NASA, ma la crew non ha potuto logicamente andare in orbita per dirigere le riprese, quindi ha dovuto collaborare da remoto con gli astronauti, tra cui vediamo impegnato anche il nostro Luca Parmitano (ESA), veterano delle missioni spaziali sulla ISS, che ha peraltro diretto nel corso della Expedition 61.

Il personale a bordo della ISS ha collaborato con notevole entusiasmo alle riprese in 360. E il risultato è stato per molti versi superiore alle aspettative della vigilia, grazie all’ottimo livello di empatia che si è generato tra tecnici e artisti. Gli stessi astronauti, con evidente entusiasmo, hanno suggerito molte modifiche alle riprese, ritraendo momenti più rappresentativi della vita a bordo della ISS rispetto a quanto previsto dalle intenzioni originali della produzione.

Come citato, anche i più elementari materiali inviati in orbita hanno dovuto inoltre subire approfonditi processi di certificazione da parte dei laboratori della NASA, che hanno richiesto frequenti modifiche alle apparecchiature standard, ragion per cui i tempi di produzione si sono inevitabilmente dilatati.

In materia di tecnologie immersive nelle missioni spaziali, la produzione della miniserie in VR 360 è stata co-prodotta da Time Studios ed ha visto il supporto ufficiale di NASA, ESA, delle agenzie spaziali di Canada e Giappone e della no-profit ISS National Laboratory. The ISS Experience è attualmente disponibile su Oculus Store ed ha ricevuto un generale consenso da parte della critica, con diversi premi e menzioni nei festival cinematografici di tutto il mondo, dove si stanno progressivamente diffondendo le sezioni dedicate alla VR.

Per salire a bordo della Stazione Spaziale Internazionale possiamo, inoltre, provare il videogame Mission: ISS, sviluppato da Magnopus e disponibile gratuitamente su Oculus Store.

La ricostruzione in 3D di alcuni spazi della ISS ci consente di esplorarla virtualmente per un’esperienza didattica interattiva, per provare, almeno virtualmente, le sensazioni degli astronauti alle prese con la strumentazione di bordo.

Per scoprire come è stato realizzata la versione digitale della ISS è possibile consultare il breakdown di Mission: ISS sul sito ufficiale del gioco.

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Francesco La Trofa
Da vent’anni attivo nella ricerca relativa alle tecnologie 3D, divulgatore sul tema delle applicazioni enterprise di tali tecnologie e autore di “VR Developer. Il creatore di contenuti in realtà virtuale ed aumentata” (2018), edito da Franco Angeli (vrdeveloper.info). Scrive di IT anche per il portale https://www.sergentelorusso.it/
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