Robot spaziali: il vuoto non sarà più un problema. Anzi, diventa una risorsa

Un robot che, in orbita, fissa un bullone su un satellite. Un braccio meccanico che orienta con esattezza un telescopio spaziale. Un sistema automatizzato che gestisce l’apertura e la chiusura delle porte di una navicella che orbita attorno alla Terra.

Macchine in grado di muoversi, afferrare, riparare e operare nello spazio. Visioni che potrebbero concretizzarsi grazie a un progetto guidato dai ricercatori dell’Istituto di intelligenza meccanica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, in collaborazione con gli esperti dell’Università di Trento e dell’Istituto italiano di tecnologia, e pubblicato su Nature Communications.

Dalla Terra allo spazio

Per apprezzare l’importanza della ricerca, è necessario fare un passo indietro. Sul nostro pianeta, i robot, utilizzati in fabbriche, magazzini e 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: lo smaltimento del calore diventa complesso, i lubrificanti perdono efficacia, ogni componente aggiuntivo aumenta il peso, la complessità e il rischio di malfunzionamenti.

Come funziona il sistema

Di fronte a queste limitazioni, gli scienziati hanno concepito un’idea: sviluppare attuatori elettrostatici, un tipo di muscoli artificiali che si attivano grazie all’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 generano cariche positive, su altri negative. Poiché cariche opposte si attraggono, come accade tra due poli, gli strati vengono richiamati l’uno verso l’altro, chiudendo il vuoto. Così il movimento prende forma. Collegando diversi attuatori in serie, questo diventa più ampio e significativo.

Per chiarire, immaginiamo la cerniera di un maglione: quando è aperta, i due lembi di tessuto sono distanti; quando si chiude, si avvicinano fino a sovrapporsi.

“La nostra soluzione dimostra che il vuoto, da sempre considerato un ostacolo 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 dei test in condizioni che simulano l’ambiente spaziale. I risultati indicano che le nuove unità riescono a muoversi rapidamente senza surriscaldarsi. “L’assenza di aria, che riduce gli attriti, 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 specialisti hanno poi 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 sottolineano i ricercatori stessi, 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’uso di alte tensioni elettriche è già comune per molti strumenti e questo potrebbe semplificare l’adozione dei nuovi componenti.

In aggiunta, nel lungo periodo, 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.