Le operazioni robotiche della NASA nello spazio hanno dovuto a lungo affrontare un ostacolo sorprendente: gli stessi strumenti che funzionano perfettamente sulla Terra spesso falliscono in assenza di gravità dell’orbita. Non si tratta di malfunzionamenti complessi; riguarda la fisica fondamentale. Senza gravità, anche i sensori avanzati faticano a mantenere l’orientamento, causando la deriva dei robot. Ora, una collaborazione con il professor Pyojin Kim e il suo team presso l’Istituto di scienza e tecnologia di Gwangju (GIST) ha prodotto una soluzione, che si basa su una replica virtuale dello spazio stesso.
Il problema dei robot nello spazio
La Stazione Spaziale Internazionale (ISS) è un laboratorio sofisticato, ma è anche un ambiente difficile per la robotica. Robot come Astrobee, progettati per automatizzare i compiti e liberare gli astronauti per la ricerca, spesso perdono l’orientamento. L’assenza di gravità significa che i tradizionali sistemi di navigazione inerziale, che si basano sul rilevamento dell’inclinazione rispetto all’attrazione terrestre, diventano inaffidabili. Piccoli errori si accumulano, portando al disorientamento e alla necessità dell’intervento umano: un’interruzione costosa quando ogni minuto è programmato.
Il problema principale è che la maggior parte degli algoritmi di navigazione presuppone un punto di riferimento gravitazionale. Nello spazio, questo presupposto viene meno, lasciando i robot essenzialmente “persi” nelle tre dimensioni.
La soluzione del gemello digitale
Il team del professor Kim ha affrontato questo problema creando “gemelli digitali”: modelli 3D altamente accurati dell’interno della ISS. Questi spazi virtuali non sono solo progetti statici; sono versioni igienizzate dell’ambiente reale, spogliate di disordine come apparecchiature e cavi galleggianti. Il robot incrocia le riprese della telecamera in tempo reale con questo modello digitale incontaminato, filtrando il rumore visivo e ricalibrando la sua posizione.
Questo approccio sfrutta il “Manhattan World Assuntion”, secondo il quale gli ambienti creati dall’uomo sono costituiti principalmente da superfici ortogonali (muri, pavimenti, ecc.). Bloccandosi su queste strutture, il robot triangola la sua posizione con notevole precisione. Il team ha ridotto l’errore di rotazione medio a soli 1,43 gradi, un valore che rimane stabile nel tempo, eliminando la necessità di correzione umana.
Oltre la ISS: implicazioni per la robotica terrestre
Le implicazioni si estendono oltre l’esplorazione spaziale. Il professor Kim osserva che questa tecnologia è facilmente adattabile agli ambienti interni della Terra dove i segnali GPS sono inaffidabili. Magazzini, fabbriche e persino aree urbane densamente edificate potrebbero trarre vantaggio da un sistema di navigazione basato su immagini che non si basi su riferimenti esterni. La dipendenza da schemi strutturali lo rende ideale per edifici pieni di linee e piani.
Ecosistema di innovazione della NASA
Il successo di questo progetto sottolinea il ruolo della NASA come motore silenzioso dello sviluppo spaziale commerciale. Mentre le aziende private come SpaceX fanno notizia, decenni di esperienza e talento accumulati dalla NASA forniscono le basi per gran parte dell’innovazione che avviene oggi. La volontà dell’agenzia di abbracciare il fallimento, investire nella ricerca a lungo termine e dare priorità all’impatto nel mondo reale crea un ambiente unico per le scoperte rivoluzionarie.
Il viaggio del professor Kim da specialista di droni a ricercatore di robotica spaziale illustra questo ecosistema. Il suo tirocinio presso l’Ames Research Center della NASA, abbinato a una collaborazione continuativa, dimostra come l’agenzia coltiva il talento e promuove l’innovazione interdisciplinare.
In conclusione, la svolta del gemello digitale della NASA non riguarda solo il mantenimento della rotta dei robot nello spazio; è una testimonianza del potere della modellazione virtuale, dell’adattamento al mondo reale e dell’impegno a lungo termine dell’agenzia nel superare i limiti di ciò che è possibile. Questa tecnologia ha il potenziale per trasformare la robotica sia sulla Terra che fuori.
