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Ricercatori svizzeri stanno dotando robot con le gambe di strumenti scientifici per la ricerca di minerali e risorse sulla Luna. Uno dei principali punti di forza di questi robot è la loro capacità di lavorare come una squadra: anche se un robot fallisce, la missione continua.
Sulla Luna, ci sono materie prime che l’umanità potrebbe un giorno estrarre e utilizzare. Per questo motivo, varie agenzie spaziali, come l’Agenzia spaziale europea (ESA), stanno pianificando missioni sul satellite terrestre.
Ciò richiede veicoli di esplorazione adeguati. Guidati dall’ETH di Zurigo, i ricercatori svizzeri stanno perseguendo l’idea di inviare non solo un rover solitario, ma piuttosto un intero team di veicoli che si completano a vicenda.
Valentin Bickel, del Center for Space and Habitability (CSH) dell’Università di Berna, è uno scienziato planetario e membro di questo gruppo di ricerca. Bickel è anche membro del National Centre of Competence in Research (NCCR) PlanetS.
Per questo, i ricercatori hanno equipaggiato tre robot con gambe Anymal, che sono stati sviluppati presso l’ETH di Zurigo, con una varietà di strumenti scientifici.
Hanno testato i robot su vari terreni in Svizzera prima di partecipare con il team di robot all’ESA Space Resources Challenge, una competizione europea per rover lunari, organizzata dall’European Space Innovation Center (ESRIC) in Lussemburgo.
“La competizione ha richiesto ai robot partecipanti di trovare e classificare minerali specifici in un’area che assomigliava molto alla superficie lunare”, spiega Valentin Bickel.
La partecipazione al concorso ha avuto un grande successo: i ricercatori delle Università di Berna e Basilea, dell’ETH di Zurigo e dell’Università di Zurigo, insieme ad altri colleghi del Centro di ricerca per l’informatica FZI di Karlsruhe, hanno vinto la sfida.
L’ampia collaborazione multi-istituzionale è stata attentamente orchestrata: “Ho lavorato con il Robotic Systems Lab dell’ETH in progetti precedenti. Abbiamo invitato altri membri a colmare specifiche lacune di conoscenza nel team”, afferma Bickel. “Il nostro successo nella sfida è una grande conferma del nostro approccio per implementare non solo un singolo robot, ma un gruppo di robot che si sostengono a vicenda”.
Lavoro di squadra sulla Luna: specialisti e generalisti
Nell’ultimo numero della rivista Science Robotics, i ricercatori descrivono come esplorano terreni sconosciuti usando un team di robot. “L’utilizzo di più robot ha due vantaggi”, spiega Philip Arm, dottorando presso il Dipartimento di ingegneria meccanica e di processo dell’ETH di Zurigo e autore principale dello studio.
“I singoli robot possono svolgere compiti specializzati ed eseguirli contemporaneamente. Inoltre, grazie alla sua ridondanza, un team di robot è in grado di compensare il fallimento di un compagno di squadra”.
La ridondanza in questo caso significa che una strumentazione importante è installata su diversi robot. In altre parole, ridondanza e specializzazione sono tratti opposti. “Ottenere i benefici di entrambi è una questione di trovare il giusto equilibrio”, afferma Arm.
I ricercatori hanno risolto questo problema equipaggiando due dei robot con le gambe come cosiddetti specialisti.
Un robot è programmato per essere particolarmente bravo a mappare il terreno e classificarne la geologia. Utilizza uno scanner laser e diverse telecamere – alcune delle quali in grado di effettuare analisi spettrali – per raccogliere i primi indizi sulla composizione mineralogica del terreno.
L’altro robot specializzato è in grado di identificare con precisione le rocce utilizzando uno spettrometro Raman e una microscopica fotocamera multispettrale.
“Sono stato coinvolto nello sviluppo di parte della strumentazione, nonché del software e degli algoritmi utilizzati per l’analisi dei dati”, afferma Valentin Bickel.
Il terzo robot è un generalista: può sia mappare il terreno che caratterizzare le rocce, il che significa che può coprire una gamma più ampia di compiti rispetto agli specialisti.
Tuttavia, la sua strumentazione meno specializzata gli consente di eseguire questi compiti con meno precisione.
“La ridondanza all’interno del team di robot consente di completare la missione in caso di malfunzionamento di uno qualsiasi dei robot”, afferma Arm.
Aumentare l’autonomia e le modalità di trasporto combinate
Alla Space Resources Challenge la giuria è rimasta particolarmente colpita dalla ridondanza che i ricercatori hanno integrato nel loro sistema di esplorazione per renderlo resistente a potenziali fallimenti.
Vincendo la sfida, i ricercatori svizzeri, insieme ai colleghi del Centro di ricerca FZI per l’informatica di Karlsruhe, si sono aggiudicati un contratto di ricerca di un anno del valore complessivo di 500.000 euro per sviluppare ulteriormente questa tecnologia.
In questo processo, non verranno utilizzati solo robot con gambe, ma anche robot con ruote. I robot con le zampe rimangono molto mobili su terreni rocciosi e ripidi, ad esempio quando si tratta di scendere in un cratere.
A loro volta, i robot con ruote possono muoversi più velocemente su terreni migliori.
Per una missione futura, avrebbe quindi senso combinare robot che differiscono in termini di modalità di locomozione.
Inoltre, i ricercatori hanno anche in programma di rendere i robot più autonomi. Attualmente, tutti i dati generati dai robot sono collegati in un centro di controllo, dove un operatore assegna compiti ai singoli robot.
In futuro, i robot semi-autonomi potrebbero assegnare direttamente determinati compiti l’uno all’altro, con opzioni di controllo e intervento per l’operatore.
Una cosa è certa, i ricercatori non si annoieranno: “La comunicazione interdisciplinare e l’implementazione tecnica dei requisiti scientifici sono tra le maggiori sfide per me. Il viaggio da ‘Vorrei avere questo prodotto di immagine specifico’ alla progettazione e all’integrazione dell’hardware e del software necessari nella rete di robot è lungo!” afferma Bickel.
