Robot spaziali: il vuoto non sarà più un problema. Anzi, diventa una risorsa
Un robot che, in orbita, serra un bullone su un satellite. Un braccio meccanico che orienta con accuratezza un telescopio spaziale. Un sistema automatizzato che apre e chiude i portelli di una navetta che orbita attorno alla Terra.
Macchine in grado di muoversi, afferrare, riparare e operare nello spazio. Visioni che potrebbero diventare realtà grazie a un progetto guidato dai ricercatori dell’Istituto di intelligenza meccanica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, in collaborazione con esperti dell’Università di Trento e dell’Istituto italiano di tecnologia, e pubblicato su Nature Communications.
Dalla Terra allo spazio
Per comprendere l’importanza della ricerca, è necessario fare un passo indietro. Sul nostro pianeta, i robot, utilizzati nelle fabbriche, nei magazzini e negli ospedali, operano grazie a motori, ingranaggi e meccanismi tradizionali, progettati per funzionare in presenza di aria, attraverso la quale l’energia termica generata si disperde e i materiali riescono a mantenere condizioni operative stabili.
Il problema è che, in un ambiente privo di atmosfera, queste condizioni favorevoli non esistono più: la dissipazione del calore diventa complicata, i lubrificanti perdono efficacia, ogni componente aggiuntivo aumenta peso, complessità e il rischio di malfunzionamenti.
Come funziona il sistema
Di fronte a questi limiti, gli scienziati hanno sviluppato un’idea: creare attuatori elettrostatici, una sorta di muscoli artificiali che si muovono per effetto dell’elettricità, senza necessità di trasmissioni e oli. In pratica, il dispositivo è composto da sottilissimi strati di polimeri separati da uno spazio vuoto. Quando viene applicata una tensione elettrica, su alcuni strati si formano cariche positive, su altri cariche negative. Poiché cariche opposte si attraggono, come tra due poli, gli strati vengono richiamati l’uno verso l’altro, chiudendo il vuoto. Così il movimento si concretizza. Collegando diversi attuatori in serie, questo movimento diventa più ampio e significativo.
Per chiarire, immaginiamo la cerniera di un maglione: quando è aperta, i due lembi di tessuto sono distanziati; quando si chiude, si avvicinano fino a combaciare.
“La nostra soluzione dimostra che il vuoto, storicamente considerato un aspetto critico per la robotica, può diventare un alleato per realizzare sistemi più leggeri, efficienti, affidabili ed economici”, afferma Ion-Dan Sirbu, primo autore dello studio e ricercatore del centro pisano.
Gli esperimenti con la pinza
In laboratorio, i tecnici hanno effettuato alcuni test in condizioni che replicano l’ambiente spaziale. I risultati rivelano che le nuove unità sono in grado di muoversi rapidamente senza surriscaldarsi. “L’assenza di aria, che riduce l’attrito, permette di raggiungere velocità molto elevate”, conferma Giacomo Moretti, professore associato del dipartimento di Ingegneria industriale dell’ateneo trentino.
Per dimostrare che non si tratta solo di teoria, gli esperti hanno quindi costruito una piccola pinza robotica e l’hanno testata all’interno di una camera che simula l’assenza di atmosfera: lo strumento si apre, si chiude e riesce a afferrare piccoli oggetti.
I prossimi passi
Come evidenziano gli stessi ricercatori, per rendere effettivamente utilizzabile questa innovazione saranno necessarie prove più approfondite e verifiche sulla resistenza al lancio e sull’integrazione con le attrezzature di bordo. Tuttavia, c’è un vantaggio: nello spazio l’impiego di alte tensioni elettriche è già comune per molti strumenti, e ciò potrebbe agevolare l’adozione dei nuovi componenti.
Inoltre, a lungo termine, l’approccio potrebbe essere esteso anche a contesti terrestri estremi, come il fondo degli oceani o industrie difficili da raggiungere o pericolose per l’uomo, come impianti chimici o infrastrutture energetiche.
