L'astronauta dell'ESA Luca Parmitano ha scritto la storia della robotica, raggiungendo dalla Stazione Spaziale Internazionale in orbita intorno alla Terra a 8 km/s, per controllare un rover terrestre, dotato di una pinza avanzata che possiede l'equivalente mobilità e destrezza di una mano umana.

Questa pinza è stata in grado di raccogliere e raccogliere campioni di roccia dall'ambiente finto lunare. In futuro un sistema comparabile potrebbe essere utilizzato per esplorare ambienti alieni, con gli astronauti che controllano i rover di superficie dalla sicurezza e dal comfort di un habitat di superficie o di un veicolo spaziale in orbita.

Il progetto di test Analog-1, che si è concluso con questo test spazio-terra di due ore il 25 novembre, aveva più obiettivi tecnici. Uno di questi era valutare l'uso di controlli di "feedback di forza", come un joystick di gioco di fascia alta che spinge indietro l'utente, dando loro un senso del tatto, nello spazio, per valutare se questa tecnologia consentirebbe un controllo robotico ad alta precisione in condizioni di assenza di peso.

"Immagina il robot come l'avatar di Luca sulla Terra, fornendogli sia la vista che il tatto, " afferma l'ingegnere dell'ESA Kjetil Wormnes, a capo della campagna di test di Analog-1. "Era dotato di due fotocamere, una nel palmo della sua mano, l'altro in un braccio manovrabile, per consentire a Luca e agli scienziati ubicati a distanza di osservare l'ambiente e di osservare da vicino le rocce."

Mentre i giornalisti guardavano, il rover comandato da Luca ha completato la sua campagna di campionamento nei tempi previsti, attraversando un trio di siti di campionamento lungo percorsi impegnativi e stretti. Durante la selezione delle rocce Luca ha ricevuto consulenza da un team di esperti geologi con sede presso il Centro Astronauti Europeo (EAC) in Germania, simulando un'indagine di esplorazione della superficie nella vita reale.

"Abbiamo beneficiato della precedente formazione di Luca attraverso il nostro programma Pangea, dare agli astronauti un'esperienza pratica in geologia, " aggiunge Jessica Grenouilleau, Responsabile del progetto Meteron presso l'Exploration Systems Group dell'ESA. "Ha aiutato enormemente ad avere una discussione efficiente tra l'equipaggio e gli scienziati".

Inoltre, Luca poteva sentire ogni volta che il robot toccava il suolo o raccoglieva un sasso, utilizzando un dispositivo di feedback di forza Sigma 7 con sei gradi di libertà. Questo test è stata la prima volta che un tale dispositivo è stato utilizzato sulla ISS per controllare un robot a terra.

Il collegamento di controllo bidirezionale tra il rover e la ISS si è esteso tramite satelliti di comunicazione in orbita geostazionaria fino all'EAC e all'hangar, con conseguente latenza o ritardo di comunicazione di 0,8 secondi, di cui Luca doveva tenere conto quando pianificava le sue mosse.

L'hardware e il software utilizzati da Luca a bordo della ISS sono stati sviluppati dallo Human Robot Interaction Laboratory dell'ESA, con sede nel cuore tecnico dell'ESA nei Paesi Bassi, con il supporto dell'Istituto per la robotica e la meccatronica del Centro aerospaziale tedesco DLR, inclusa l'integrazione del software di controllo per personalizzare il feedback di forza del sistema e il feedback tattile per l'inevitabile ritardo temporale sperimentato all'interno del sistema.

L'ingegnere robotico dell'ESA Thomas Krueger, a capo del Laboratorio HRI, spiega:"Per questo scenario esplorativo, comportare un ritardo di tempo relativamente breve, siamo stati in grado di combinare i vantaggi relativi di umani e robot:un essere umano per la sua capacità di affrontare ambienti e processi decisionali complessi e non strutturati, e un robot abile in grado di affrontare ambienti difficili e di eseguire con precisione i comandi del suo operatore.

"Migliorando l'esperienza dell'operatore con feedback di forza e controlli intuitivi, possiamo rendere fattibili compiti di controllo robotico precedentemente impossibili, e aprire nuovi metodi di esplorazione dello spazio. Ora siamo desiderosi di analizzare i dati e il feedback di Luca per vedere i dettagli di come si è esibito, e scoprire dove possiamo migliorare e preparare futuri piani di esplorazione."

Anche il rover stesso è stato costruito dall'HRI Lab, assumendo il ruolo di sviluppatore del carico utile del progetto. Per stabilire il collegamento di comunicazione con l'ISS il team è stato supportato dall'EAC.

Analog-1 è stata l'ultima di una serie di campagne di test uomo-robot progressivamente più impegnative che hanno coinvolto la ISS, collettivamente chiamati Meteron—Rete operativa robotica end-to-end multiuso. Il primo test di feedback della forza a 1 grado di libertà è stato effettuato nel 2015 con l'esperimento Haptics-1 dell'ESA, passando al Kontur-2 a 2 gradi di libertà di DLR l'anno successivo, passando ora a un movimento completo di 6 gradi di libertà.

Il prossimo passo sarà una campagna di test all'aperto in un luogo terrestre simile alla Luna, previsto per il prossimo anno. Un rover esaminerebbe e raccoglierebbe rocce autentiche in uno scenario operativo simile alla complessità di una missione completa sulla Luna.