Abbiamo incontrato Hendrik Kolvenbach e Giorgio Valsecchi, ingegneri robotici del Robotic Systems Lab dell’ETH Zurich in Svizzera (il prestigioso Politecnico di Zurigo, in cui hanno studiato 22 Premi Nobel, tra cui Albert Einstein). Kolvenbach e Valsecchi, assieme ad una squadra di ricercatori, stanno lavorando al prototipo di un robot a quattro zampe da inviare sulla Luna, mediante una missione lunare dell’ESA (Agenzia Spaziale Europea) tra la fine degli anni ’20 e l’inizio degli anni ’30. L’obiettivo del “cane robot lunare“, chiamato Leap (Legged Exploration of the Aristarchus Plateau), è studiare le zone lunari inaccessibili ai rover con le ruote.
Con l’aiuto dell’ETH Zurich, del Max Planck Institute for Solar System Research, dell’University of Münster e della Open University, state costruendo un robot a quattro zampe chiamato Leap (Legged Exploration of the Aristarchus Plateau). Leap sarà portato sulla Luna dal lander “European Large Logistic Lander (EL3)” dell’ESA (Agenzia Spaziale Europea), tra la fine di questo decennio e l’inizio del 2030. Quali sono le difficoltà ingegneristiche più importanti che state riscontrando e che state risolvendo?
Un chiarimento: non abbiamo ancora avuto la conferma sullo spazio libero destinato al nostro robot sul lander EL3. Al momento, stiamo semplicemente presentando la nostra soluzione all’ESA, e speriamo di essere selezionati per una delle missioni negli anni ’30. 😉
Hendrik: Per quanto riguarda LEAP, stiamo studiando uno scenario di missione per l’esplorazione scientifica della Luna, mediante un robot con le gambe. Il robot con le gambe ci permetterebbe di scoprire aree difficili da raggiungere con i tradizionali robot su ruote, come ad esempio i pendii inclinati dei crateri. Allo stato attuale, stiamo sviluppando robot con gambe per locomozione su terreni lunari ricreati sulla Terra, per analizzare i vari adattamenti da adottare per inviarlo nello Spazio.
Giorgio: Sappiamo molto su come costruire robot sulla Terra; lo facciamo da decenni. Ma la Luna è molto diversa. Le nostre principali sfide includono la modellazione dell’ambiente, l’ottimizzazione dei designs e la loro convalida. La fase di validazione non è semplice: noi dobbiamo ricreare solo le condizioni rilevanti che potremmo incontrare nell’ambiente lunare, inerenti agli aspetti che vogliamo testare. Quindi, replicare perfettamente l’ambiente lunare è inefficiente.
Per quanto riguarda i sistemi di ingegneria e locomozione, quali sono le differenze tra i sistemi di locomozione per un robot sulla Terra e i sistemi di locomozione per un robot sulla Luna?
Giorgio: Abbiamo capito che i progetti terrestri sono dominati dalla forza e dalla tolleranza all’impatto, mentre gli aspetti termici e l’efficienza guidano i progetti per la Luna. Se immaginiamo di schierare un robot terrestre sulla Luna, si surriscalderebbe quasi immediatamente e si esaurirebbe la batteria troppo rapidamente. Sulla Luna, la gravità è più bassa, le temperature sono estreme e il vuoto rende difficile dissipare il calore. Altre sfide provengono dall’aggressività dell’ambiente: le radiazioni sono dannose per l’elettronica e la regolite è un materiale molto abrasivo che può penetrare facilmente in qualsiasi fessura non sigillata.
Credits: ETH Zurich/ZHAW Zurich/ESA
Il robot a quattro zampe Leap avrà difficoltà a camminare a quattro zampe sulla Luna? Come sappiamo la gravità lunare è circa 1/6 della gravità della Terra. Come state preparando il robot per affrontare la bassissima gravità?
Hendrik: I robot con le gambe sono adatti per ambienti a bassa gravità. Con le gambe, puoi usare andature con fasi di volo estese, come saltare o camminare sulla Terra. Con la gravità inferiore, quelle andature diventano sempre più efficienti dal punto di vista energetico. L’abbiamo anche osservato con gli astronauti dell’Apollo, che naturalmente hanno iniziato a eseguire qualche passo saltellando. In laboratorio, sviluppiamo questi movimenti con delle simulazioni, addestrando una rete neurale a bassa gravità e, successivamente, vediamo quale comportamento emerge naturalmente, in modo simile a un bambino piccolo che impara a camminare.
Credit: Robotic Systems Lab: Legged Robotics at ETH Zürich
Quali sono i luoghi che potreste esplorare sulla Luna? E perché un robot a quattro zampe potrebbe essere meglio di un robot con ruote?
All’interno del nostro lavoro, osserviamo in modo esemplare l’altopiano di Aristarchus (Aristarchus plateau), vicino alla regione equatoriale. Questo è un obiettivo di grande interesse scientifico, a causa del cratere relativamente giovane e dello spettacolare tubo di lava crollato nelle vicinanze. Il terreno è geologicamente molto vario; ci sono pendii ripidi, terrazze vulcaniche e campi di massi formati dagli impatti di meteoriti o da asteroidi. Di solito, i geologi sono più interessati a quest’area perché è molto densa di informazioni. Vediamo il robot con le gambe come un’estensione dei sistemi a ruote, in grado di esplorare questo terreno. Nell’altopiano di Aristarchus speriamo di trovare materiale dagli strati lunari più profondi, e di rispondere a domande importanti sulla formazione e l’evoluzione della Luna.
Credit: ETH Zurich
Come immaginate il futuro dell’esplorazione spaziale? Pensate che sia importante inviare esseri umani sulla Luna o su Marte, o la scelta migliore è inviare robot autonomi e intelligenti su altri mondi?
Hendrik: Penso che in futuro vedremo robot e umani lavorare insieme sulla Luna e su Marte. Venendo dal campo della Robotica, sono convinto che i sistemi robotici avanzati saranno in grado di generare molte informazioni scientifiche, e aumentare drasticamente le nostre conoscenze nel breve termine senza mettere a rischio la vita umana. Tuttavia, come essere umano, sembra che ci piaccia esplorare i mondi che ci circondano. È importante condividere questa esperienza con l’umanità, e ispirare la prossima generazione di scienziati e ingegneri. Per costruire abitazioni e le infrastrutture necessarie, per sostenere una presenza umana a lungo termine, sono convinto che vedremo ulteriori risorse robotiche, come ad esempio escavatori automatizzati o altri tipi di macchinari pesanti, operativi anche nello Spazio.