Sciami di piccoli veicoli spaziali potrebbero avere una varietà di applicazioni interessanti, soprattutto in termini di osservazione della Terra, posizionamento globale e comunicazione. Rispetto ai grandi veicoli spaziali, piccoli veicoli spaziali forniscono maggiori aperture, consentendo una migliore osservazione di bersagli sia terrestri che spaziali.

Nonostante i loro notevoli vantaggi, gestire efficacemente un gran numero di veicoli spaziali contemporaneamente si è finora rivelato molto impegnativo. I metodi esistenti si basano tipicamente sul lavoro di numerosi operatori di terra, che può essere costoso, impedendo così alla tecnologia di espandersi.

Un team di ricercatori dell'Università dell'Arizona ha recentemente sviluppato un nuovo metodo per coordinare e controllare gli sciami di veicoli spaziali, che potrebbe essere più facile da implementare su larga scala. Il loro approccio, delineato in un documento pre-pubblicato su arXiv, utilizza i raggi laser per organizzare e gestire un grande sciame di veicoli spaziali.

"Abbiamo cercato modi per controllare sciami e un gran numero di robot/UAV/veicoli spaziali con pochissimi umani nel circuito per più di 10 anni, " hanno detto i ricercatori che hanno condotto lo studio TechXplore , Via Posta Elettronica. "Alcune delle nostre tecniche sono completamente autonome senza umani nel ciclo, in altri scenari abbiamo umani e robot che coesistono".

Nel loro lavoro precedente, i ricercatori hanno cercato di sviluppare approcci intuitivi per controllare in modo efficiente da 10 a migliaia di robot. Volevano che questi metodi fossero intuitivi in ​​quanto ciò avrebbe semplificato la formazione degli operatori, riducendo infine i loro livelli di stress, soprattutto durante il periodo di crisi.

"La nostra idea è stata ispirata dal ruolo di un direttore d'orchestra, " hanno spiegato i ricercatori. "Questa persona ha il compito di coordinare gli sforzi di molti musicisti. Pensiamo che l'analogia per controllare molti musicisti alla volta si adatti bene al controllo di molti veicoli spaziali/UAV/UGV ecc. Abbiamo quindi cercato modi fisici in cui si può operare come un direttore d'orchestra per controllare un veicolo spaziale. Avere una bacchetta non era possibile, ma usare i raggi laser era decisamente credibile."

La tecnologia sviluppata dai ricercatori può rilevare i raggi laser su un veicolo spaziale, utilizzando i pannelli solari come dispositivi di rilevamento. Un pannello solare che genera elettricità sotto il sole può anche rilevare in modo indipendente la luce laser. I pannelli solari occupano la superficie più ampia sui satelliti spaziali, quindi potrebbero essere i dispositivi di rilevamento ideali per i veicoli spaziali.

I ricercatori hanno osservato che i pannelli solari possono essere divisi in piccoli quadrati, simili a pixel su un monitor, che può essere utilizzato per rilevare la luce laser. La luce laser che colpisce il pannello solare in punti diversi potrebbe comportare comandi diversi, con il pannello che diventa quasi come un touchscreen su uno smartphone. Come riserva, i ricercatori hanno anche posizionato strategicamente fotocamere digitali sul veicolo spaziale, per rilevare il movimento del laser nello spazio.

Il loro approccio utilizza raggi laser diretti da terra o da un veicolo spaziale di comando e controllo per organizzare e gestire un grande sciame. Ogni satellite nello sciame avrebbe una "pelle intelligente", che include pannelli solari, circuiti di alimentazione e controllo, e un'unità di propulsione secondaria incorporata. I raggi laser interagirebbero con i pannelli solari sui singoli membri dello sciame, consentendo a un operatore di selezionare un 'leader' tra il gruppo di veicoli spaziali e di impostare i parametri per il volo in formazione.

"In un senso, la nostra tecnologia sembra una scena del libro/film Il gioco di Ender , dove hai pochi operatori che controllano da centinaia a migliaia di veicoli spaziali e robot, " hanno detto i ricercatori. "Con questa tecnologia in atto, è possibile spostare la luce laser su un pannello solare e far sì che il pannello rilevi quel segnale in movimento."

L'interfaccia ideata dai ricercatori è interamente basata su gesti e movimenti delle mani, quindi non richiede joystick o codifica estesa. Usando la loro tecnologia, un operatore sarebbe in grado di trasmettere un messaggio alla navicella semplicemente "disegnando" un particolare segno o gesto sul pannello solare.

"Il nostro approccio può essere intuitivo, " hanno spiegato i ricercatori. "Per esempio, se dovessi selezionare un veicolo spaziale usando questa luce laser, basta disegnare un cerchio veloce sui pannelli solari usando il laser. Puoi quindi avere un alfabeto di gesti e comandi per eseguire tutti i tipi di comandi di base e il controllo di uno sciame. Puoi decidere su un veicolo spaziale leader e su veicoli spaziali che fanno parte del gruppo, separandoli in uno o più gruppi. Puoi disegnare una traiettoria/percorso e fare in modo che l'intero gruppo di veicoli spaziali segua quel percorso, e così via."

La maggior parte dei metodi esistenti per il controllo degli sciami di veicoli spaziali prevede l'uso di due terminali, uno per gli operatori e uno per il veicolo spaziale, controllabile anche tramite joystick. I comandi vengono in genere dati utilizzando righe o set di istruzioni e questo rende più facile per gli operatori commettere errori.

L'invio di istruzioni sbagliate alla navicella spaziale può avere conseguenze catastrofiche, potenzialmente terminare una missione e causare milioni o miliardi di perdite. L'approccio basato sui gesti ideato dai ricercatori potrebbe semplificare il controllo degli sciami di veicoli spaziali, prevenire errori e confusione relativa ai comandi.

"Controllare flotte/sciami di veicoli spaziali è impegnativo, mentre lavori in 3 dimensioni, in microgravità, " hanno detto i ricercatori. "Non c'è up, fuori uso, ecc. nello spazio. Il nostro approccio per il controllo di molti veicoli spaziali trascende tali problemi, risparmiando agli operatori umani di dover immaginare le cose e lasciando invece che agiscano tali azioni. È così intuitivo che la principale preoccupazione sollevata era che hacker e individui malvagi potessero apprendere gli stessi gesti e prendere il controllo di una flotta di astronavi. Ciò nonostante, nel nostro approccio la sicurezza non è un ripensamento, è alla base del sistema."

Durante lo sviluppo del loro sistema, i ricercatori hanno dato priorità alla sua sicurezza. Ad esempio, i segnali laser stessi possono essere codificati e passare costantemente una stringa di password modulata. Ciò significa che, sebbene un altro operatore possa essere in grado di vedere i gesti coinvolti nell'operazione, richiederebbero codici di accesso per comandare altri veicoli spaziali.

Gli operatori che gestiscono un altro sciame di veicoli spaziali nelle vicinanze potrebbero aver bisogno di vedere le indicazioni dei gesti di comando, poiché ciò aiuterebbe a coordinare le interazioni tra sciame e sciame. L'approccio ideato dai ricercatori consente agli operatori vicini di visualizzare questi gesti, ma impedisce loro di hackerare il sistema e controllare altri sciami. Per missioni che richiedono maggiore sicurezza, i segnali possono anche essere codificati ulteriormente, impedendo completamente ad altri di capire i comandi.

"Tutto sommato, l'approccio consente una scala mobile di trasparenza quando si comandano flotte o sciami di veicoli spaziali, " hanno detto i ricercatori. "In alcuni casi, è importante che gli altri intorno vedano cosa sta succedendo e siano consapevoli dei comandi gestuali eseguiti per motivi di sicurezza, mentre in altri casi deve essere completamente sicuro e nascosto."

L'approccio ideato dai ricercatori potrebbe essere applicato anche ad altri sciami robotici, come gruppi di veicoli aerei senza equipaggio (UAV), veicoli terrestri senza equipaggio (UGV) e veicoli subacquei. Attualmente, il team sta lavorando a dimostrazioni di laboratorio interattive della tecnologia utilizzando robot di terra.

"Speriamo di mostrare la tecnologia in azione e che le persone possano apprezzare meglio ciò che è stato teorizzato, " hanno detto i ricercatori. "Con queste dimostrazioni di robot di terra, siamo costantemente alla ricerca di sponsor e potenziali clienti."

Nel futuro, i ricercatori sperano di far avanzare ulteriormente il loro approccio in modo che possa essere utilizzato in contesti specifici, ad esempio per i militari, gestione del traffico spaziale e applicazioni di sicurezza e salvataggio. Hanno anche recentemente pubblicato un documento di follow-up, delineando i loro piani per dimostrare la tecnologia nello spazio.

"I nostri grandi piani per il futuro sono dimostrare la tecnologia nello spazio, " hanno detto i ricercatori. "Abbiamo collaboratori come il Prof. Vishnu Reddy che può aiutarci a monitorare uno o più sciami di veicoli spaziali utilizzando telescopi all'avanguardia da terra. Potremmo anche montare questi laser per lavorare di concerto, usando i telescopi per controllare il veicolo spaziale."

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