Il vuoto come risorsa per la robotica spaziale: la ricerca italiana sviluppa la nuova tecnologia di attuatori elettrostatici

PISA\ aise\ - Nuove prospettive nella progettazione di robot spaziali più efficienti, affidabili ed economici con il vuoto. Il vuoto è infatti da sempre considerato uno dei componenti più ostili per i sistemi meccanici. È su questo che si è concentrata la ricerca coordinata dall’Istituto di Intelligenza Meccanica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, facendolo diventare una risorsa chiave per la robotica spaziale grazie a una nuova tecnologia di attuatori elettrostatici sviluppata in uno studio pubblicato sulla rivista Nature Communications.
La ricerca è realizzata con la collaborazione dell’Università di Trento e dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT).
Nel contesto delle missioni spaziali, i motori elettrici tradizionali – ovvero i “muscoli” che permettono ai robot di muoversi – presentano notevoli criticità: surriscaldamento in assenza di atmosfera, necessità di lubrificanti speciali, elevata complessità e peso. Questi fattori incidono in modo significativo su costi, affidabilità e prestazioni dei sistemi robotici operanti nello spazio.
“Abbiamo individuato una soluzione che dimostra come il vuoto, da sempre considerato un ambiente critico per la robotica, possa diventare un alleato per realizzare sistemi più leggeri, efficienti e affidabili per le missioni del futuro” ha spiegato Ion-Dan Sirbu, primo autore dello studio.
“Il peso ridotto dei nostri attuatori rappresenta un fattore determinante nelle applicazioni spaziali, dove ogni chilogrammo aggiuntivo incide significativamente sui costi di lancio in orbita” ha commentato Marco Fontana, professore ordinario presso l’Istituto di Intelligenza Meccanica della Scuola Sant’Anna e coordinatore dello studio.
“L’assenza di aria – ha aggiunto Giacomo Moretti, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Trento - consente al nostro attuatore di raggiungere velocità molto elevate, eliminando le perdite dovute agli attriti”.
Per Virgilio Mattoli, ricercatore presso il Center for Materials Interfaces dell’Istituto Italiano di Tecnologia, “un elemento chiave nello sviluppo di questi dispositivi risiede nel processo di fabbricazione, basato sulla deposizione di sottili film isolanti flessibili, che consente al dispositivo di operare in modo affidabile”.
Lo studio propone una nuova classe di attuatori elettrostatici estremamente leggeri e semplici che sfruttano le proprietà elettriche del vuoto. In questo modo, ciò che storicamente rappresenta una delle principali difficoltà per i sistemi meccanici spaziali diventa un elemento chiave del funzionamento degli attuatori.
I dispositivi sviluppati sono privi di ingranaggi e lubrificanti, e risultano perfettamente compatibili con i materiali e gli standard già impiegati nelle missioni spaziali. I primi risultati sperimentali hanno dimostrato la capacità di generare movimenti rapidi e forze significative, con un rapporto potenza-peso molto elevato e un consumo energetico fortemente ridotto, aspetti cruciali per l’impiego in orbita e nelle missioni di esplorazione.
Le prospettive applicative della tecnologia sono ampie e di grande impatto: robot per la manutenzione e l’assemblaggio in orbita, sistemi per l’esplorazione planetaria, meccanismi mobili per satelliti e telescopi spaziali. Nel lungo periodo, l’approccio potrebbe estendersi anche a contesti terrestri caratterizzati da condizioni estreme, come il fondo oceanico o ambienti industriali ad alta criticità. (aise)