cirano - Laboratorio di Robotica

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PROGETTO PRELIMINARE
ASI – Studio di Sistemi Robotici di Supporto
I. D. E. A.
ASI - STUDIO DI SISTEMI ROBOTICI DI SUPPORTO
BANDO N.5
CIRANO
COOPERATIVE ITALIAN ROBOTIC AUTONOMOUS OPERATOR
PROPOSTA TECNICA
Responsabile ASI del Procedimento: Ing. Angelo Olivieri
28 febbraio 2006
Persona di riferimento: ing. Massimiliano Bianca
Indirizzo: via P. Castellino 111 c/o CNR
Tel. 0816134086 interno 241; Cell. 3286312097
Fax 0816134086 interno 255
Email: [email protected]
La presente proposta viene presentata dal Consorzio I.D.E.A., con la partecipazione di
Università del Sannio ed ECSA, in risposta all’invito ASI alla presentazione di STUDI E
PROGETTI PRELIMINARI per “Italian Vision for Moon Exploration”
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INNOVATION &
DEVELOPMENT
ENTERPRISE
ASSOCIATION
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1.
EXECUTIVE SUMMARY....................................................................................................................... 3
2.
DEFINIZIONI, ACRONIMI ED ABBREVIAZIONI ........................................................................... 5
3.
DOCUMENTI APPLICABILI E DI RIFERIMENTO ......................................................................... 7
4.
OBIETTIVI E FINALITÀ DEL PROGETTO PRELIMINARE......................................................... 9
4.1
COMPLIANCE RISPETTO AI REQUISITI ASI............................................................................. 11
4.2
REVISIONE DELLO STATO DELL’ARTE..................................................................................... 13
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
QUADRO ISTITUZIONALE DI RIFERIMENTO .......................................................................................... 13
I SISTEMI ROBOTICI IN CAMPO SPAZIALE ............................................................................................ 15
LINEE EVOLUTIVE TECNOLOGICHE...................................................................................................... 20
IDENTIFICAZIONE DELLE CRITICITÀ/PROBLEMATICHE ....................................................................... 22
5.
DESCRIZIONE DELL’APPROCCIO PROPOSTO........................................................................... 25
5.1
LOGICA DELLO STUDIO ................................................................................................................. 26
5.2
DEFINIZIONE DEI REQUISITI........................................................................................................ 28
5.3
AREE DI RICERCA E DI ANALISI TECNOLOGICA................................................................... 31
•
•
•
•
•
•
ASPETTI RELATIVI ALL’AUTONOMIA .......................................................................................................... 32
ASPETTI MECCANICI DELLA PIATTAFORMA................................................................................................ 32
ASPETTI MECCANICI DEI SISTEMI DI INTERAZIONE..................................................................................... 32
SOFTWARE DI GUIDA E NAVIGAZIONE ........................................................................................................ 33
HW ED ELETTRONICA DI BORDO ................................................................................................................ 34
SENSORISTICA E STRUMENTAZIONE ........................................................................................................... 35
5.4
POSSIBILI APPLICAZIONI DEL PROGETTO PRELIMINARE................................................ 37
5.5
ATTIVITÀ DI SIMULAZIONE E VERIFICA ................................................................................. 43
5.6
NECESSITÀ, COSTI E RISCHI DEL SISTEMA CIRANO............................................................ 44
•
•
LA GESTIONE DEL RISCHIO ........................................................................................................................ 44
ANALISI DEL RISCHIO ................................................................................................................................. 45
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1.
EXECUTIVE SUMMARY
Il presente documento descrive la proposta tecnica-manageriale del progetto “CIRANO COOPERATIVE ITALIAN ROBOTIC AUTONOMOUS OPERATOR” presentata dal
Consorzio I.D.E.A. (DTM, Euro.Soft, Merlino Servizi, A-Technology), con la partecipazione
di Università del Sannio ed ECSA (Politecnico di Milano), in risposta all’invito ASI alla
presentazione di STUDI E PROGETTI PRELIMINARI per “Italian Vision for Moon
Exploration: Sistemi robotici di supporto”.
Le missioni lunari hanno fornito molte informazioni, ma la chiusura del programma Apollo
ha lasciato ancora molti aspetti da approfondire. Tra questi rientrano quelli della storia,
della composizione e della struttura interna della luna.
E’ quindi necessario disporre di una topografia accurata della superficie lunare: nell’ultimo
periodo sono pertanto ripresi i progetti per l’esplorazione lunare.
Alla luce di queste considerazioni appare quindi particolarmente significativa l’attività
promossa dall’ASI per un impegno dell’Italia nello studio della Luna.
In particolare lo sviluppo e la diffusione dell’intelligenza artificiale e delle nanotecnologie
hanno portato alla possibilità di sviluppare sistemi robotici sempre più miniaturizzati e
sempre più complessi aumentando drasticamente le possibilità di svolgere missioni in
ambienti ostili come quelli interplanetari.
Questo studio sarà indirizzato all’individuazione delle tecnologie abilitanti per svolgere una
missione robotica sulla Luna così come richiesto dallo Statement of Work dell’ASI (AD5).
Il gruppo proponente, guidato dal Consorzio IDEA, svolgerà le attività di ricerca e di
progettazione previste, mettendo a fattor comune le esperienze e le capacità tecniche dei
partecipanti e degli altri soggetti consorziati.
Tali esperienze comprendono attività già svolte in riferimento allo specifico tema della
robotica per esplorazioni planetarie, sia a livello di ricerca, che di sviluppo di parti e
sottosistemi. A queste si affiancheranno le conoscenze e le esperienze in settori
tecnologici vicini, quali quello delle telecomunicazioni satellitari, dello sviluppo di SW per
“ground e board segment” spaziali, della prototipizzazione meccanica in ambito spaziale,
della realizzazione di sistemi ottici, dello sviluppo di applicativi per il supporto alle decisioni
con l’uso della realtà virtuale.
Le attività comprenderanno le necessarie indagini e review di sistemi, scenari e tecnologie,
l’interazione con le comunità tecnico scientifiche per la definizione del sistema, lo sviluppo
di soluzioni progettuali supportate anche da simulazioni virtuali e dalla realizzazione
prototipale di parti meccaniche ed elettroniche.
Il presente documento è organizzato nel seguente modo:
o I capitoli da 1 a 3 costituiscono la parte introduttiva (abstract, definizioni ed acronimi,
riferimenti);
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o il capitolo 4 descrive brevemente le finalità del progetto CIRANO, la compliance rispetto
ai requisiti ASI e presenta una revisione dello stato dell’arte e delle principali linee
evolutive;
o il capitolo 5 descrive l’approccio tecnico-gestionale che il raggruppamento adotterà
nello svolgimento delle attività, specificando in particolare le attività di DEFINIZIONE
dei requisiti, le aree di ricerca e di analisi tecnologica e presentando alcune possibili
applicazioni del progetto preliminare.
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2.
DEFINIZIONI, ACRONIMI ED ABBREVIAZIONI
Di seguito si riportano definizioni, acronimi ed abbreviazioni utilizzati all’interno del
documento.
Lista delle definizioni
Base line
Pianificazione di riferimento ufficiale rispetto alla quale vengono effettuati i
confronti per la verifica delle performance
Sistema
Insieme le cui parti (sottosistemi) sono coordinate secondo i requisiti
Sottosistema
Insieme le cui parti (unità/elementi) sono coordinate secondo i requisiti
Work Breakdown Structure
un progetto
Ripartizione ed organizzazione delle attività relative ad
Lista degli acronimi
ASI
Agenzia Spaziale Italiana
AD
Applicable Document
CIEL
Cirano Elettronics
CO
Contract Officer
EO
Earth Observation
FPGA
Field programmable gate array
HW
Hardware
KO
Kick-Off
MO
Moon Observation
N.A.
Not Applicable
PM
Project Manager
PASN
Piano AeroSpaziale Nazionale
PSN
Piano Spaziale Nazionale
PDR
Preliminary Design Review
PWM
Pulse wave modulation
RD
Reference Document
RPDR
Requirements and Preliminary Development Review
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RFQ
Request For Quotation
SM
Study Manager
SOW
Statement of work
SW
Software
TN
Technical Note
WBS
Work Breakdown Structure
WPD
Work Package Description
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3.
DOCUMENTI APPLICABILI E DI RIFERIMENTO
Documenti applicabili
[AD1] Piano Spaziale Nazionale 2003-2005
[AD2] Piano AeroSpaziale Nazionale 2006-2008
[AD3] Capitolato Generale per i contratti industriali e di servizi stipulati dall'Agenzia Spaziale
Italiana
[AD4] Italian Vision for Moon Exploration
[AD5] Capitolato Tecnico ASI ref. CI-TPO-2005-010 “Studio di Sistemi Robotici di Supporto”
[AD6] Capitolato Speciale Tipo
[AD7] PEV-RS-001-1.0 Requisiti per la preparazione della Work Breakdown Structure
[AD8] ECSS-M-30A Project Phasing and Planning
[AD9] ECSS-M-00-03A Risk Management
Documenti di riferimento
[RD1] Programma Nazionale della Ricerca (PNR) 2005-2007
[RD2] Libro Bianco, novembre 2003 dalla Commissione Europea
[RD3] “The European Space Sector in a Global Context” – ESA’s annual analysis 2004”
[RD4] Luigi Iannelli , Karl H. Johansson , Ulf Jonsson , Francesco Vasca, Averaging of Nonsmooth
Systems Using Dither, Automatica , vol. 42 , no. 4 , April 2006 , p. 669—676.
[RD5] Osvaldo Barbarisi , Luigi Glielmo , Francesco Vasca; State of Charge Kalman Filter
Estimator for Automotive Batteries, Control Engineering Practice , vol. 14 , no. 3 , March
2006 , p. 267-275
[RD6] Tamas Keviczky , Balint Vanek , Francesco Borrelli , Gary Balas, Hybrid decentralized
receding horizon control of vehicle formations, American Control Conference, Minneapolis,
Minnesota , June 2006 , February 2006.
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[RD7] Tamas Keviczky , Paolo Falcone , Francesco Borrelli , Jahan Asgari , Davor Hrovat,
Predictive Control Approach to Autonomous Vehicle Steering, American Control
Conference, Minneapolis, Minnesota, June 2006 , February 2006.
[RD8] Francesco Borrelli , Dharmashankar Subramanian , Arvind Raghunathan , Lorentz Biegler, A
comparison between MILP and NLP Techniques for Centralized Trajectory, American
Control Conference, Minneapolis, Minnesota, June 2006 , February 2006.
[RD9] Francesco Borrelli , Paolo Falcone , Tamas Keviczky , Jahan Asgari , Davor Hrovat, MPCbased approach to active steering for autonomous vehicle systems, International Journal on
Vehicle Autonomous Systems , vol. 3 , no. 2/3/4 , November 2005 , p. 265—291
[RD10] Salvatore Carotenuto , Luigi Iannelli , Sabato Manfredi , Stefania Santini, Sensor fusion by
using a sliding observer for an underwater breathing system, 44th IEEE Conference on
Decision and Control , December 2005 , p. 7662-7667
[RD11] Francesco Borrelli , Tamas Keviczky , Kingsley Fregene , Gary J. Balas, Decentralized
Receding Horizon Control of Cooperative Vehicle Formations, 44th IEEE Conference on
Decision and Control / European Control Conference ECC 2005 , December 2005 ,
September 2005.
[RD12] Jean-Matthieu Bourgeot , Luigi Iannelli , Francesco Vasca, Computing Modes Models from
Cone Complementarity Representation of Circuits with Ideal Switches, Università del
Sannio, TR 323 , July 2005
[RD13] Kinglsey Fregene , Francesco Borrelli , Tamas Keviczky , Datta Godbole , Gary Balas,
Coordinated UAV Formations: Decomposition, Decentralization and Optimization,
Universita' del Sannio, TR180 , March 2005
[RD14] A. Rovetta, Robotica. Principi di Base e Casi Applicativi, Ed. Hoepli, 2005
[RD15] A. Rovetta, Fondamenti di Robotica, Ed. Hoepli, 1990
[RD16] A. Rovetta, R. Sala, F. Cosmi, X. Wen, S. Milanesi, D. Sabbadini, A. Togno, L. Angelini,
A. K. Bejczy, Anew Telerobotic Application: Remote Laparpscopic Surgery Using Satellites
and Optical Fiber Networks for Data Exchange. I.J. Robotic Res. 15(3): 267-279
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4.
OBIETTIVI E FINALITÀ DEL PROGETTO PRELIMINARE
Il progetto preliminare ha come obiettivo, la definizione di un progetto esecutivo nell’ambito
della robotica per l’esplorazione lunare. Di conseguenza devono essere effettuate una
serie di analisi, al fine di stabilire qual è lo stato dell’arte nel settore medesimo, quali sono
gli step successivi per arrivare ad impostare un progetto operativo ed infine, ma non meno
importante, capire quali sono le risorse umane ed economiche da investire per
raggiungere il risultato preposto. In particolare è necessario:
o Analizzare l’ambiente in cui si va ad operare, quindi forte attenzione dovrà essere posta
nello studio dell’ambiente lunare e delle sue caratteristiche,
o Definire i requisiti d’utente e di conseguenza anche il target verso cui si indirizza tale
studio, poichè i sistemi ed i sottosistemi identificati devono essere adeguati al tipo di
ruolo operativo al quale saranno destinati,
o Definire la tecnologia esistente sia in termini dei sistemi meccanici, di guida e controllo
e di alimentazione, con attenzione non solo all’hardware, ma anche al software
necessario per la gestione dell’intero sistema, ed analizzare il “GAP “ tra situazione
attuale e la tecnologia necessaria per il sistema proposto,
o Verificare la interoperabilità tra i vari sottosistemi definiti dal progetto ed analizzare gli
aspetti compatibilistici degli stessi, all’interno del macro sistema, come all’esterno e
cioè nei confronti degli altri sistemi oggetto di studi da parte dell’ASI nel settore
dell’esplorazione lunare.
o Verificare la possibilità di utilizzare tecniche sviluppate in campi diversi nelle
applicazioni di esplorazione lunare
Il progetto CIRANO, sulla base delle esperienze dei soggetti proponenti, avrà la finalità
di definire un ventaglio di possibili sistemi robotici tipo rover, manipolatori, sistemi di
perforazione, che avranno come caratteristiche principali l’autonomia, la capacità di
cooperare e la capacità di movimentare carichi. Nell’ambito delle soluzioni studiate, il
gruppo proponente definirà una o più soluzioni di sistema da proporre per una successiva
fase di realizzazione di un progetto pilota.
Tale sistema sarà definito a partire dai requisiti indicati da ASI e perfezionati durante
l’apposita fase progettuale. In particolare il rover potrà superare ostacoli di diversa natura
e dimensioni, avrà una sua capacità decisionale per costruirsi ed aggiornare
autonomamente i percorsi in funzione degli ostacoli incontrati. Il sistema di locomozione
sarà progettato in modo tale da poter superare ostacoli di dimensioni anche superiori a
quelle del rover stesso.
I sistemi robotici individuati saranno in grado di eseguire missioni predefinite e di
essere controllati o teleoperati da remoto. Tali missioni consisteranno nell’esecuzione di
operazioni di movimentazione carichi, spianatura del terreno, trivellazione, montaggio di
strutture prefabbricate, ecc. Altre funzioni del sistema robotico saranno legate alle
richieste della comunità tecnico scientifica, relativamente all’utilizzo di payload realizzati
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ad hoc, di sensoristica e strumenti per l’analisi di campioni del suolo o del sottosuolo
prelevati dai sistemi di perforazione, ecc.
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4.1 COMPLIANCE RISPETTO AI REQUISITI ASI
Il raggruppamento guidato dal consorzio IDEA. si dichiara completamente “Compliant”
ai requisiti indicati in [AD5] - Capitolato Tecnico ASI.
Di seguito si riporta la matrice di compatibilità dei requisiti richiesti da ASl.
Compliance /
Remarks
Note/rif.
Il rover dovrà avere sia la capacità di
superare ostacoli di diversa natura e
dimensioni
Compliant
Par. 4.2 / 5.3
Il rover
decisionale
Compliant
Requisito
dovrà
avere
la
capacità
Si dovrà pensare ad un sistema di
locomozione che sia in grado di superare
ostacoli di dimensioni anche superiori a
quelle del rover stesso
Par. 4.2 / 5.3
Par. 4.2 / 5.3
Compliant
Par. 4.2 / 5.3
Il rover dovrà essere dotato di sistemi
sensoriali
per
la
ricostruzione
tridimensionale dell’ambiente e il supporto
alla navigazione del veicolo
Compliant
I sistemi di perforazione del suolo, il rover
e i bracci robotici dovranno essere in grado
di movimentare carichi
Compliant
Par. 5.3
I sistemi di manipolazione potranno
essere utilizzati in compiti di montaggio
delle strutture ed a supporto degli strumenti
di analisi di campioni del suolo o del
sottosuolo
prelevati
dai
sistemi
di
perforazione o da payload realizzati ad hoc
Compliant
Par. 5.3
I sistemi robotici saranno in grado di
eseguire
operazioni
verificate
precedentemente ed essere controllati o
teleoperati da remoto
Compliant
Par. 4.2 / 5.3
Compliant
Par. 5.1
Per ogni tipologia di sistema robotico
individuato lo studio dovrà fornire almeno
le seguenti informazioni:
o l’architettura di massima del sistema;
o i requisiti funzionali e operativi;
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o i principali budget ingegneristici
(massa, dimensioni, potenza, data rate,
ecc…).
Per ogni tipologia di sistema robotico
dovrà essere prodotto un piano di sviluppo e
qualifica con tempi e costi preliminari
Compliant
Par. 5.1
Lo studio verrà svolto secondo una
metodologia di “concurrent engineering”
Compliant
Par. 5.1
Si dovrà fornire informazioni agli altri
partecipanti agli altri studi del programma
“Italian Vision for Moon Exploration”
Compliant
Par. 5.1
Proposta organizzativa
I documenti richiesti sono:
I riunione di avanzamento:
1) Rapporto Intermedio dello Studio
II riunione di avanzamento:
2) Rapporto Finale dello Studio
Riunione Finale
1) Executive Summary redatto in lingua
inglese in modo tale da poter essere
inserito nel documento finale ASI
quale capitolo a sé per lo studio di
competenza
2) Stima preliminare delle risorse per lo
sviluppo successivo e pianificazione.
3) Ri-emissione del Rapporto Finale
dello Studio (eventuale).
Compliant
Proposta organizzativa
Nello studio dovranno essere proposti
sistemi innovativi basati su autonomia,
riconfigurabilità, adattabilità a situazioni
impreviste,
capacità
di
simulazione
predittiva, tecniche di controllo aptico e
rappresentazione virtuale della scena
Compliant
Par. 4.2 / 5.4
Nello studio dovranno essere valutati gli
aspetti relativi al software di guida e
navigazione che deve fornire la necessaria
autonomia decisionale nella definizione dei
percorsi e nella ripianificazione degli stessi
in caso di rilevazione di ostacoli.
Compliant
Par. 4.2 / 5.3
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4.2 REVISIONE DELLO STATO DELL’ARTE
4.2.1
QUADRO ISTITUZIONALE DI RIFERIMENTO
Negli Stati Uniti è nato ed è stato approvato un piano che se, come si spera, verrà
portato a termine, potrà avere un impatto pari a quello del programma Apollo e,
probabilmente, anche superiore ad esso.
Il piano si pone come obbiettivo l’esplorazione del sistema solare e in particolare del
pianeta Marte e si articola su quattro punti:
o ripristinare il più presto possibile i voli dello Shuttle
o progettare e realizzare un nuovo veicolo spaziale che consenta di trasportare esseri
umani sulla Luna entro il 2008, a costi pari a un 1/10 dei costi attuali dello Shuttle
o iniziare una serie di missioni robotiche sulla Luna al fine di creare una base abitata
sulla Luna stessa entro il 2015
o creare una base abitata su Marte, partendo dalla Luna, entro il 2030 .
Dal 1991 l’Europa è diventata la seconda potenza spaziale nel mondo e ha varato una
serie di programmi estremamente interessanti sia dal punto di vista applicativo
(telecomunicazioni e osservazione della Terra), sia, anche e soprattutto, dal punto di vista
scientifico (esplorazione del sistema solare, astrofisica, esplorazione dell’universo). Il
satellite dell’ESA Mars-Express è attualmente in un orbita polare intorno a Marte e sta
raccogliendo dati di osservazione sul pianeta e la sua atmosfera estremamente utili. Una
satellite simile e derivato da Mars-Express, Venus-Express, verrà inviato su Venere nel
2009. L’ESA ha inoltre programmi molto ambiziosi per il futuro.
Tra questi spicca il programma di ricerca interplanetaria Aurora, avente per scopo ultimo
quello che l’Europa, tramite l’ESA, unisca i suoi sforzi a quelli della NASA negli Stati Uniti
nello sviluppo delle tecnologie necessarie alla creazione di una base abitata su Marte
entro il 2030.
I piani dell’Europa (ESA-Aurora Mission Roadmap) prevedono:
o entro il 2007 la dimostrazione di un veicolo adatto all’atterraggio sulla superficie di
Marte
o entro il 2009 lo sbarco su Marte di ExoMars, un robot atto a investigare la natura
dell’ambiente marziano e il suo impatto in vista di una base abitata da essere umani
o due missioni MSR-1 ed MSR-2 (Mars Sample Return first and second launch), da
realizzarsi rispettivamente nel 2011 e nel 2014, aventi lo scopo di effettuare analisi
geologiche e mineralogiche del suolo marziano e di portarne dei campioni sulla
Terra e di analizzare la natura e la composizione dell’atmosfera marziana. Scopi non
secondari di queste due missioni sono anche le tecnologie necessarie a realizzare i
veicoli per la discesa e per la ripartenza da Marte
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o dimostrazione, entro il 2014, tramite la stazione spaziale ISS (International Space
Station), degli aspetti di sostentamento della vita umana in previsione di una base
Lunare
o realizzazione, entro il 2018, della missione TPM (Technological Pre-cursor Mission)
avente per scopi principali la sperimentazione delle tecniche di propulsione elettrica
derivata da energia solare, l’atterraggio controllato per veicoli con esseri umani a
bordo e le procedure di controllo per dette missioni
o una missione per far atterrare uomini sulla Luna entro il 2024
o una missione per far atterrare su Marte, entro il 2026, un veicolo automatico non
abitato, ma del tutto simile a quello da utilizzare per il trasporto di esseri umani
o una missione per trasportare su Marte, entro il 2030, tutta l’infrastruttura necessaria
alla vita umana
o far atterrare su Marte, entro il 2033, un equipaggio umano e riportarlo in condizione
di assoluta sicurezza sulla Terra
E’ utile osservare che l’esplorazione di Marte consiste in una sfida tecnologica non
risolvibile con i mezzi attuali e, quindi, l’accettare questa sfida implica automaticamente un
balzo in avanti di tutte le discipline necessarie.
Per quanto riguarda specificamente l’esplorazione lunare, ASI intende affidare studi per
la definizione di un programma nazionale di esplorazione mirato al raggiungimento di
obiettivi scientifici definiti dall’Agenzia. L’attività è contenuta nel PTA 2005-2007 e nelle
schede programmatiche dei progetti previsti dal Piano.
Nell’ambito dell’esplorazione del sistema solare, l’ASI intende elaborare una Vision per
l’esplorazione della Luna a partire dal 2011, quale tassello italiano nel contesto
internazionale della ”Exploration”.
Segnaliamo che ECSA sta svolgendo, per conto dell’ESA, uno studio relativo al
posizionamento strategico dell’Europa nel contesto internazionale dell’esplorazione
spaziale.
In Italia il PNR definisce le seguenti azioni strategiche recepite dal PASN per il sistema
della ricerca nazionale:
o Rafforzare la base scientifica del Paese, sostenendo l’eccellenza, il merito,
l’internazionalizzazione, la crescita e la valorizzazione del capitale umano. In accordo
con tale direttiva la presente proposta si propone di integrare conoscenze e
competenze presenti in alcuni centri di eccellenza nazionali, la collaborazione tra
importanti centri di ricerca del nord del paese come ECSA cui appartiene il
Politecnico di Milano e delle aree interne della Campania come l’Università del
Sannio che nella sua pur breve vita si è affermata come Centro di Eccellenza
nazionale. Anche dal punto di vista della compagine industriale si è voluto
implementare e sostanziare una sovrapposizione tra reti corte che connettessero tra
loro importanti realtà presenti nel su Italia e reti lunghe in grado di porre in relazione
tali realtà con altre presenti in altre regioni italiane e che come DTM (Spin Off di
Ferrari) rappresentano l’eccellenza Italiana nel mondo. Si consideri inoltre che al
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progetto alle attività imputate ad ECSA collaboreranno anche risorse provenienti dal
CRIAQ il centro di ricerche aerospaziali del Quebec. In tale ambito risorse provenienti
dai diversi enti potranno porre a fattor comune le diverse conoscenze e competenze
maturandone di nuove.
o Potenziare il livello tecnologico del sistema produttivo a sostegno della sua
competitività. Le conoscenze e le competenze maturate all’interno del progetto
contribuiranno ad elevare il livello di competenze delle aziende partecipanti che in tal
modo attraverso l’integrazione di tali competenze potranno ingenerare innovazione di
prodotto e di processo attraverso un processo virtuoso di interazione tra mercato e
aziende. Inoltre se nel termine tecnologia si includono, oltre che le competenze
tecniche, anche quelle di carattere economico, organizzativo e gestionale le occasioni
di collaborazione contribuiranno ad elevare le capacità di interazione e la conoscenza
reciproca tra le PMI e i Centri di Ricerca gettando i semi per future collaborazioni.
Tali obiettivi sono, peraltro, in completo accordo con la mission dell’ASI così come definita
dall’Art. 2, comma 1 del D. Lgs. n.128 è quella di:
“promuovere, sviluppare e diffondere, attraverso attività di agenzia, la ricerca scientifica e
tecnologica applicata al campo spaziale e aerospaziale, con esclusione della ricerca
aeronautica, e lo sviluppo di servizi innovativi, perseguendo obiettivi di eccellenza,
coordinando e gestendo i progetti nazionali e la partecipazione italiana a progetti europei
ed internazionali, nel quadro del coordinamento delle relazioni internazionali assicurato dal
Ministero degli Affari Esteri, avendo attenzione al mantenimento della competitività del
comparto industriale italiano”.
4.2.2
I SISTEMI ROBOTICI IN CAMPO SPAZIALE
Le future missioni di esplorazione planetaria saranno condotte sia sulla Luna sia su
Marte con l’ausilio di sistemi robotici aventi un grado di autonomia via via più elevato. Le
missioni sulla Luna rappresentano una fase intermedia di sperimentazione che prevede la
costruzione di strutture complesse dedicate all’osservazione dell’universo (e.g.
individuazione di asteroidi pericolosi per la Terra) e/o della Terra. Inoltre è possibile
utilizzare sistemi robotici in grado di condurre sperimentazioni scientifiche direttamente
sulla Luna tese ad approfondire le conoscenze sull’origine dell’universo e ad individuare
forme primordiali di vita.
Per quanto concerne i programmi di esplorazione planetaria pianificata da NASA ed
ESA, si prevede l'installazione di una stazione abitata su Marte tra il 2030 e il 2040.
La tecnologia attuale non permette ancora il raggiungimento di quest'obiettivo e
miglioramenti sostanziali sono richiesti nella maggior parte delle discipline necessarie.
La roadmap delle principali agenzie spaziali prevede che, prima di costituire e
mantenere su Marte una stazione abitata sia imperativo avviare un massiccio sforzo di
ricerca per accelerare lo sviluppo di tutte le discipline necessarie, ritornare sulla Luna e
stabilire su di essa una stazione abitata, eseguire un'approfondita esplorazione della
superficie di Marte del suolo, dell'atmosfera, per mezzo di sistemi robotici, allo scopo di
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definire nel modo più esaustivo possibile le condizioni nelle quali una stazione abitata può
essere costruita e resa operativa.
L’esplorazione di Marte per mezzo di sistemi robotici è già iniziata. Le missioni NASA di
Pathfinder - Sojourner e recentemente con Spirit ed Opportunity costituiscono dei passi
fondamentali nella direzione di investigare la natura della superficie di Marte. L’ESA sta
raccogliendo dati importantissimi riguardanti Marte con la missione Mars-Express e
ulteriori elementi verranno raccolti con ExoMars.
L’approccio all’esplorazione planetaria dell’ESA sembra tuttavia diverso da quello della
NASA. L’ESA considera la Luna come una tappa obbligatoria e intermedia verso la base
su Marte, mentre la NASA, nonostante la direttiva di Bush parli chiaramente di una base
su Marte, sembra porre più l’accento sul ritorno sulla Luna e considerare la base su Marte
come un obiettivo molto remoto.
Per quanto concerne le principali missioni effettuate sulla Luna dal 1961, anno della
prima missione, ad oggi, si riporta un elenco delle principali missioni passate e future che
saranno oggetto di analisi durante lo studio:
Nome
Nazione
Data
Massa
Obiettivi/Risultati
Missioni svolte e future
Clementine
Stati Uniti
25/1/1994
227
Utilizzare un altimetro laser e
fotocamere
per
cartografia
e
topografia della superficie. Un
esperimento radar ha individuato per
la prima volta ghiaccio ai poli lunari
Lunar
Stati Uniti
7/1/1998
158
Gli spettrometri hanno rivelato
l’abbondanza di vari elementi nella
crosta e individuato ulteriori prove
dell’esistenza del ghiaccio. Sono stati
misurati i campi magnetici.
Smart 1
Europa
27/9/2003
280
Determinare la distribuzione dei
minerali e scrutare i crateri in ombra
alla ricerca di ghiaccio
Selene
Giappone
2006
1600
Videocamere, spettrometri ed altri
strumenti
studieranno
la
composizione, la topografia, la
gravità, ed i campi magnetici della
Luna dettagliatamente
Lunar -A
Giappone
2006
520
Un Orbiter lunare lancerà due sonde
che penetreranno nella superficie da
lati opposti della Luna. L’interno della
luna
sarà
ispezionato
tramite
sismografi e sensori di flusso termico
Raccolta
campioni
bacino
Aitken
di Stati Uniti
dal
di
Prospector
Proposta Tecnica
Prima
2010
del Da definire
Un lander robotico raccoglierà
campioni di rocce e terra dal suolo
lunare e li invierà a terra per le
analisi di composizione
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I. D. E. A.
Di seguito riportiamo una lista non esaustiva di applicazioni realizzate o allo stato di
progetto nel campo della robotica spaziale. Nel corso del progetto CIRANO verrà effettuata
una survey dello stato dell’arte, tenendo conto anche di applicazioni robotiche in altri
settori, come quello militare, dell’ingegneria civile e della telechirurgia.
o Per quanto concerne il rover (o, meglio, i rover) il progetto Ladyfly è basato su di una
flotta di robot studiata dal Politecnico di Milano (ECSA) in collaborazione, tra gli altri,
con DTM (Consorzio IDEA). Il concetto Ladyfly è risultato vincitore con una menzione
speciale nel Design Contest bandito dall’ESA nel 2003. Di Ladyfly è stato costruito
anche un prototipo attualmente funzionante e visibile presso il Laboratorio di Robotica
del Politecnico di Milano dove si stanno perfezionando analisi ad elementi finiti ed
approfondendo la parte riguardante il controllo del movimento. Lo studio consisteva
nell'identificazione di un sistema di locomozione adatto per un rover di esplorazione
della superficie lunare. Esso è composto da una flotta di cinque robots (uno grande e
quattro piccoli), atti a mappare ed analizzare le caratteristiche del suolo in preparazione
di una futura missione umana sulla Luna. Il robot grande, chiamato anche "scientific
robot", contiene gli strumenti per esaminare il suolo, invece i quattro più piccoli hanno
la capacità di mappare l'area circostante. I dati sono raccolti dal "scientific robot" e
trasmessi al lander che fa da ponte con la terra. La struttura di Ladyfly è tale da essere
adattata ed adattabile ad ogni altro progetto. Il concetto Ladyfly comprende un robot
telecontrollato centrale, che utilizza un sensore a raggi X per l’analisi del suolo lunare.
Per il controllo del suo movimento, riceve e scambia dati con quattro altri robot più
piccoli (ma è naturalmente possibile operare con qualsiasi altro numero di veicoli), a
forma semisferica, che si possono muovere con un metodo coordinato di ruote e
gambe ad asta. La comunicazione tra il robot centrale e le periferiche è condotta via
radio, con protocolli standard, utilizzando le tecniche dell’intelligenza artificiale, in base
ai più recenti sviluppi scientifici. Anche gli azionamenti, i sensori, il controllo sono
sviluppati al massimo della affidabilità e della tecnologia. Caratteristica del Progetto
Ladyfly è la sua flessibilità, per l’applicabilità in parallelo a strutture lunari già esistenti,
come supervisore ed assistente al moto di altre unità. Essendo infatti dotato di propri
sensori di riconoscimento, di unità di comunicazione, di meccanica autonoma
robotizzata, di intelligenza locale per la scelta di azioni diverse in base all’ambiente,
può essere un supporto unico ed indispensabile per il movimento e l’efficacia di una
unità centrale. Tale unità centrale può, in ogni caso essere il robot principale dello
stesso progetto Ladyfly, oppure altre unità progettate da altri enti. La flessibilità,
condizionata da un design strategico e funzionale di alta qualità, è anche dovuta alla
progettazione integrata con concurrent engineering, che mette in conto tutte le
componenti fisiche, ambientali, ingegneristiche, economiche e di affidabilità che
possono essere coinvolte in un progetto per la Luna.
o .Il progetto FRIEND (Flying Robot with Intelligently Ended Nursing Dexterity) riguarda un
robot spaziale, il cui compito fondamentale consiste nel recupero di astronauti o di
oggetti vaganti nello spazio. Era previsto un utilizzo di questo robot nello spazio, per
questo motivo ne era stata studiata la dinamica dei movimenti free-flying, ma non era
prevista nessuna interazione del robot con strutture orbitanti. La configurazione di tale
robot comprende un corpo centrale sferico, che contiene il controllo, le schede e gli
azionamenti; i due bracci, dotati ciascuno di due gradi di libertà, in condizioni di riposo
sono interamente contenuti all’interno della sfera centrale, mentre durante le operazioni
Proposta Tecnica
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I. D. E. A.
di recupero si spiegano raggiungendo una apertura totale di 5 metri. Un prototipo di tale
robot è stato costruito ed è mantenuto funzionante presso il Laboratorio di Robotica del
Dipartimento di Meccanica dell’Università di Milano.
o Il progetto FRIEND 2, riguarda lo sviluppo di un robot in
grado di sostituire l’astronauta nelle attività EVA. Tale
progetto si differenzia in maniera netta dal precedente
progetto FRIEND, in quanto prevede che il robot non
solo afferri degli oggetti, ma che sia anche in grado di
manipolarli e di portare a termine delle semplici
operazioni, con la possibilità di interagire con la
struttura spaziale. Il risultato del progetto FRIEND 2 è
un robot formato da tre bracci uscenti da un corpo
centrale, per un totale di 16 giunti controllati. Tale robot
era sicuramente molto flessibile e garantiva una vasta
gamma di applicazioni. Il grande numero di gradi di
libertà risultava essere, però, un impedimento all’analisi
dettagliata delle interazioni con la struttura durante il
movimento. La complessità del robot, inoltre,
comportava dei valori di probabilità di guasto piuttosto
elevati. Si è così deciso di sviluppare un progetto più
semplice ed affidabile, inizialmente focalizzato
sull’analisi del moto del robot sulla struttura, e sulle azioni scambiate durante il
movimento.
o Il progetto FRIEND 3 ha lo scopo di progettare
un robot capace di eseguire delle operazioni
di manutenzione e di assemblaggio in orbita,
in modo da limitare le attività EVA (Extra
Vehicular Activity) degli astronauti, di
salvaguardarne l’incolumità e di garantire un
elevato livello qualitativo nell’eseguire le
operazioni. Il progetto è parte di un più ampio
progetto
commissionato
dall’Agenzia
Spaziale Italiana, il cui scopo è la
progettazione e la realizzazione di una
stazione spaziale orbitante.
o Il MIT ha sviluppato un concetto di piccoli robot sferici con una diametro di circa 10
cm e con un sistema a molle che consente salti fino a circa 1.5 m nella direzione
desiderata. Il Politecnico di Milano sta collaborando con alcune sua tesi di dottorato in
robotica, con il MIT su questo progetto. Tale concetto costituisce una possibile linea
evolutiva per alcune applicazioni particolari e potrà essere considerato durante la fase
di analisi dello stato dell’arte del presente progetto, valutandone le effettive potenzialità
ed applicazioni alle attività previste nell’ambito dell’esplorazione lunare.
o Un altro concetto che potrebbe essere valutato in fase di pre-selezione delle possibili
applicazioni è quello sviluppato dal SUPSI (l'Università di Scienze Applicate della
Svizzera Italiana - socia di ECSA) col progetto Swarm Bots finanziato dal programma
Proposta Tecnica
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I. D. E. A.
Future and Emerging Technologies della Commissione Europea. Il progetto è stato
completato e sono stati costruiti una quarantina di esemplari. Ciascun veicolo è
completamente autonomo, è dotato di un braccio con cui può afferrare oggetti e può
legarsi in catena con gli altri veicoli dello sciame onde superare ostacoli di dimensioni
ben superiori alle dimensioni del singolo veicolo. Lo sciame Swarm Bots è quindi in
grado di svolgere semplici servizi.
Il concetto di robot collaborativi, oltre che al SUPSI è attualmente in studio in diversi
istituti in tutto il mondo. Si fonda essenzialmente sulla costruzione di un gruppo di robot,
ciascuno di capacità limitate, programmati per eseguire attività singole o in gruppo, in
funzione delle condizioni e degli obbiettivi. Questi sistemi presentano alcune caratteristiche
interessanti:
o La molteplicità dei robot impiegati permette di operare anche nel caso di
malfunzionamento di uno o più robot del gruppo
o I singoli robot sono relativamente complessi, leggeri e di dimensioni contenute
o Se opportunamente programmati sono in grado di modificare il loro comportamento
attraverso un processo di apprendimento
o I comportamenti dei singoli possono far emergere un comportamento di gruppo
talvolta più efficiente di quanto previsto.
Molti degli studi in corso sono mirati alla comprensione delle migliori logiche di controllo
da utilizzare per favorire lo sviluppo di comportamenti collaborativi in grado di adattarsi alle
condizioni esterne e agli obbiettivi operativi.
S-bot : geometria del robot agente
Presso SUPSI, membro di ECSA, sono stati realizzati robot collaborativi, chiamati
Swarm Bot, in grado di effettuare operazioni di gruppo come superare un ostacolo o
trasportare oggetti.
Proposta Tecnica
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I. D. E. A.
S-Bot : collaborazione nel superamento di ostacoli
Gli automi che operano in gruppo realizzati presso SUPSI-DTI, sono in grado di
modificare i propri comportamenti e di cooperare, impiegando un sistema a reti neurali nel
quale i pesi assegnati a ciascuna connessione neurale, anziché essere modificati col
metodo delle retropropagazione, variano grazie a un Algoritmo Genetico che identifica la
soluzione migliore per la realizzazione degli scopi prefissati. La stessa geometria della rete
neurale (connessioni e numero di neuroni) viene generata in questo modo.
4.2.3
LINEE EVOLUTIVE TECNOLOGICHE
La robotica esiste come integrazione scientifica di meccanica, elettronica, informatica,
sensoristica, controllistica. Essa viene usata nelle missioni spaziali a scopi scientifici ed
operativi. Il robot è adatto nei casi nei quali le funzioni da eseguirsi richiedano:
abbreviazione della durata di alcune fasi elementari, che esigono precisione e
accuratezza; esecuzione di compiti elementari, con controllo a distanza del processo
automatico. Particolare attenzione verrà posta durante lo studio, all’analisi delle linee
evolutive tecnologiche, in ciascuno dei campi di interesse del progetto (informatica,
meccanica, controllistica, telecomunicazioni, sensoristica, elettronica, ecc..). Si terrà conto
degli studi e dei progetti provenienti anche da campi applicativi diversi ma con potenziali
ricadute sui sistemi aerospaziali; concetti come la realtà virtuale, le architetture web, l’uso
delle nanotecnologie in elettronica ed elettrotecnica, i materiali innovativi, contribuiranno a
dare una visione completa delle possibili evoluzioni.
L'esplorazione degli ambienti sconosciuti può essere considerata come il problema
fondamentale per i robot mobili, poiché coinvolge tutte le possibilità di base di tali sistemi,
per esempio, percezione, progettazione, la localizzazione e navigazione. Da un punto di
vista pratico, l'esplorazione è un'operazione centrale in molte applicazioni, quali le missioni
planetarie, l'intervento nelle zone ostili.
Proposta Tecnica
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I. D. E. A.
Una definizione ampiamente accettata di esplorazione è "l'atto di muoversi attraverso un
ambiente sconosciuto mentre costruisce un programma che può essere usato per
navigazione". Le prestazioni delle strategie di esplorazione devono allora essere valutate
in base alla qualità della mappa ottenuta così come del tempo necessario per montarlo. La
maggior parte delle tecniche attuali fanno riferimento al codice di esplorazione basato sulla
frontiera, inventato da Yamauchi.
La spiegazione razionale di questo metodo è che il robot deve muoversi verso il
contorno (la frontiera) fra le zone esplorate sicure ed il territorio sconosciuto per elevare il
guadagno delle informazioni che viene dalle nuove percezioni. L’esplorazione tramite il
metodo di SRT (Sensor-based Random) rappresenta un tentativo per affrontare tale
problema.
Un sistema di telerobotica deve necessariamente basarsi su due aspetti fondamentali:
o il sistema robotico (master-slave)
o l’infrastruttura di telecomunicazione, che consenta il collegamento tra slave (sul
suolo lunare) e il master (in remoto, su una stazione spaziale, da terra o su
installazioni fisse).
L'introduzione dei robot e delle tecnologie computerizzate in laboratorio qualche anno fa
sembrava fantascienza ma soprattutto era limitata dalla poca velocità delle linee di
telecomunicazione. Ma con l’avvento sempre più massiccio della larga banda anche
questa barriera potrà essere superata. L’utilizzo delle tecnologie di Realtà Virtuale
consentirà nel prossimo futuro l’arricchimento delle esperienze e delle applicazioni di
Telerobotica.
Un Ambiente Virtuale è una visualizzazione interattiva di immagini virtuali arricchita da
speciali elaborazioni e da manifestazioni con modalità non visuali, come uditive e tattili, per
convincere gli utenti che essi sono immersi in uno spazio sintetico.
In altri termini, la Realtà Virtuale è un’applicazione che permette agli utenti di navigare
ed interagire con un ambiente tridimensionale generato dal computer in real time.
Si tratta però di una cosa assai differente dalla computer grafica interattiva o dal
concetto di multimedialità. Il senso dell’essere presenti all’interno di un mondo virtuale che
si ottiene grazie alla tecnologia “immersiva” della Realtà Virtuale mostra che le sue
applicazioni differiscono in maniera fondamentale da quelle associate ai sistemi grafici
multimediali.
L’Ambiente Virtuale fornisce un spazio di lavoro unificato che consente la quasi
completa funzionalità senza richiedere che tutte le funzioni siano nello stesso spazio fisico.
Recentemente, alcuni progetti di ricerca stanno testando la fattibilità dell’utilizzo di
Ambienti Virtuali in vari ambiti applicativi (ad esempio in telechirurgia, per operazioni in
ambienti difficili o contaminati, in caso di calamità naturali, ecc.).
Il progetto CIRANO rientra tra i campi di applicazione per gli Ambienti Virtuali. I sistemi
di telepresenza basati sulla Realtà Virtuale vengono infatti utilizzati per manipolare
apparati posti in siti remoti.
I sistemi di telerobotica, sviluppati in ambito militare o della telemedicina, consistono in
stazioni di lavoro munite di monitor stereoscopici per la visione tridimensionale, di audio in
Proposta Tecnica
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I. D. E. A.
stereofonia e di manipolatori di controllo di strumenti caratterizzati da fine sensibilità tattile
e grande destrezza. In tali casi le principali caratteristiche richieste sono feedback tattile,
destrezza, visione tridimensionale, mentre di minor interesse sono alcuni aspetti tipici delle
applicazioni spaziali, come autonomia, potenza operativa, capacità di carico ecc.
Altra problematica è quella della trasmissione via satellite a lunga distanza, che crea un
ritardo della trasmissione del segnale ed obbliga i sistemi di controllo a tener conto di tali
ritardi.
Gli Ambienti Virtuali in Telerobotica consentono la visualizzazione di informazioni
remote. I recenti sviluppi delle tecnologie software, gli straordinari miglioramenti delle
capacità di rendering sui PC e la diffusione dello standard VRML rende possibili le
visualizzazioni tridimensionali basate su architetture client-server. Attraverso la
visualizzazione 3D remota di grandi volumi di informazioni e database, è possibile
realizzare sistemi di guida e controllo senz’altro più performanti.
Le missioni di esplorazione planetaria sono state condotte finora utilizzando singoli
robot. Una linea evolutiva di cui si terrà conto nel corso dello studio si rivolge a sistemi
costituiti da robot multipli che operano in collaborazione fra loro, con il vantaggio principale
di non compromettere la missione in caso di fallimento di uno di questi, problema grave
per le missioni fin ora eseguite. Diversi studi sono in esecuzione al mondo sulla tematica
dei robot collaborativi da esplorazione, ma alcune soluzioni proposte (stazione di ricarica)
sono originali e meritano ulteriori approfondimenti per definirne le caratteristiche, la
fattibilità e le modalità di trasporto sulla superficie lunare.
Un ulteriore aspetto da ritenersi oggetto di “analisi delle linee evolutive” è quello relativo
ai sistemi di perforazione del suolo lunare. I dati delle varie sonde (Viking, Mars
Pathfinder), e le analisi dei meteoriti hanno fornito dati contradditori. Per ottenere risposte
certe bisogna studiare il sottosuolo. Per tali motivi sono stati attivati alcuni programmi
riguardanti le “trivelle spaziali”. Anche l’Italia sta lavorando per la costruzione di una
piccola trivella spaziale, che sarà montata su un robot del tutto simile a un rover, che
partirà dalla Terra nel 2007, e dopo otto mesi circa atterrerà sulla superficie di Marte.
L’arma vincente sarà proprio la trivella italiana, che perforerà la superficie scendendo fino
a dieci metri sotto terra, e riporterà al rover campioni di rocce. Direttamente sul posto sarà
poi possibile effettuare indagini spettroscopiche, chimiche e microbiologiche per rilevare la
presenza di forme batteriche fossili. I risultati di tale progetto potranno essere uno dei punti
di partenza per la definizione dei sistemi di trivellazione del progetto CIRANO.
4.2.4
IDENTIFICAZIONE DELLE CRITICITÀ/PROBLEMATICHE
Nonostante l’avanzata tecnologia impiegata i veicoli realizzati per le attuali missioni
sono tuttora affetti da pesanti limitazioni:
o la velocità alla quale questi veicoli si muovono è molto bassa (nell'ordine di alcuni
metri/ora)
o la loro autonomia è molto limitata (alcune centinaia di metri dal luogo di atterraggio)
o il rapporto tra il carico pagante e il peso tale è molto basso (10-15%)
Proposta Tecnica
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I. D. E. A.
o non c'è ridondanza nel sistema, quindi un malfunzionamento in un qualunque
sottosistema può causare la perdita della missione
o è problematico localizzare con precisione il veicolo sulla superficie che viene
esplorata
o la durata della missione è limitata (90 sol per Spirit)
o ci sono pesanti limitazioni nella quantità di dati che possono essere archiviati e
trasmessi verso la terra per successive elaborazioni
o il corretto funzionamento dei robot può essere assicurato solo per limitati periodi di
tempo in severe condizioni ambientali (ad esempio su Marte).
o il design di un robot non viene riutilizzato fra una missione e la successiva e la
struttura del veicolo è condizionata dalla natura del carico pagante che deve
trasportare: differenti carichi significano differenti strutture
o la logica di controllo dei veicoli è per il momento molto elementare. In particolare
non è possibile il recupero di malfunzionamenti hardware attraverso operazioni
software
o i processori qualificati per le operazioni spaziali, che possono essere utilizzati, sono
modelli ormai superati e non in linea con le prestazioni attuali dei PC utilizzati a terra.
I risultati che è possibile raggiungere con la corrente generazione dei robot per
esplorazione planetaria sono quindi forzatamente limitati. Ad esempio il sito di atterraggio
e la zona che deve essere esplorata devono essere determinati in anticipo con elevata
precisione. Un fallimento nel raggiungere il luogo pianificato per l'atterraggio può implicare
la perdita della missione. La stessa conclusione può essere determinata da
malfunzionamenti irrecuperabili in uno qualsiasi dei sottosistemi
Per quanto concerne le odierne tecnologie di telerobotica, si segnala il problema della
mancanza della sensazione tensiva. A tal proposito parallelamente allo sviluppo delle
tecnologie robotiche si stanno sviluppando progetti per la realizzazione di quelle che
vengono definite “interfacce aptiche”.
Le interfacce aptiche sono dispositivi in grado di trasmettere all’operatore sensazioni di
forza. Un’interfaccia aptica consiste in una console il cui end-effector è collegato ad un
sistema di attuatori; i movimenti dell’end-effector vengono imposti dall’operatore e rilevati
dal sistema di controllo, che aziona gli attuatori in maniera da fornire all’operatore il
feedback di forza in funzione della posizione dell’utensile. Il segnale di retroazione ha lo
scopo di simulare il contatto con oggetti virtuali e/o di riprodurre le forze misurate dai
sensori posizionati sul robot slave, che a sua volta riproduce i movimenti dell’end-effector
registrati dal sistema di controllo.
Per far sì che il sistema di controllo remoto abbia la sensazione fisica di ciò su cui sta
operando è necessario utilizzare un robot master aptico. In questo caso esiste un flusso di
informazioni di forza di ritorno. Sul robot slave sono presenti uno o più sensori di forza che
misurano le forze di contatto tra l’utensile e l’ambiente. Le stesse forze vengono riprodotte
dal robot master fornendo la sensazione del tatto. La tecnologia impiegata è molto più
complicata rispetto alla telemanipolazione tradizionale, ma i vantaggi sono notevoli.
Proposta Tecnica
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I. D. E. A.
Un secondo vantaggio notevole della telemanipolazione aptica è fatto che il master
aptico, se opportunamente programmato, può fornire una serie di informazioni aggiuntive
oltre alle sensazioni tattili provenienti dai sensori di forza del robot slave. In questa
maniera è possibile guidare il sistema remoto nell’esecuzione dell’attività prevista sul suolo
lunare, spingendolo a seguire con l’utensile una traiettoria il più possibile vicina a quella
ottimale pianificata prima dell’intervento. I passi da fare sono dunque molti, e lo stato
dell’arte è appena all’inizio.
In conclusione, è necessario pensare a una nuova generazione di sistemi robotici, che
consenta un salto di qualità netto e un incremento sostanziale di performance .
Proposta Tecnica
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I. D. E. A.
5.
DESCRIZIONE DELL’APPROCCIO PROPOSTO
In questo capitolo vengono descritte tutte le attività che saranno svolte durante lo studio
del progetto preliminare proposto. Inoltre si mostra la logica generale che collega tra loro le
differenti parti dello studio.
L’attività iniziale è quella relativa alla analisi dello stato dell’arte ed alla verifica dei
progetti similari già realizzati o in corso di realizzazione, in modo da poter collocare ad un
livello competitivo il futuro sistema.
Al consolidamento dei requisiti utente segue una fase in cui verranno:
-
definiti i requisiti funzionali ed architetturali
-
identificate le aree critiche
-
effettuate le analisi ed i trade-off rispetto all’analisi dei requisiti tecnici ASI e dei
documenti di riferimento relativi.
L’obiettivo è quello di arrivare al consolidamento dei requisiti operativi dei sistemi da
definire.
E’ previsto che durante la fase di analisi e trade-off ci sia una iterazione con gli utenti
nel caso in cui emergano dei punti critici durante la fase di analisi.
Successivamente si procederà alla definizione delle specifiche del sistema proposto e
ad una definizione preliminare dell’architettura.
La specifica dovrà indirizzare i requisiti funzionali (informatici, meccanici, elettronici), di
performance, i requisiti di sicurezza e di comunicazione, i requisiti di interfaccia uomomacchina ed i requisiti di espansibilità della proposta in oggetto.
Alla conclusione delle attività si avrà il final meeting con ASI.
Durante il meeting oltre ad esaminare le attività svolte durante lo studio sarà anche
presentato il piano del raggruppamento per la fase prototipale, in termini di enti coinvolti,
obiettivi, forniture, planning degli investimenti e dei rischi.
Le attività principali che saranno svolte nel corso dello studio sono:
o Analisi dello stato dell’arte
o Requisiti di sistema e valutazione delle tecnologie necessarie
o Trade-off dell'architettura di sistema
o Indagine sulle problematiche aperte e valutazione delle tecnologie necessarie
o Risk Analisys preliminare
o Piano di sviluppo e verifica preliminare del progetto pilota
Proposta Tecnica
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I. D. E. A.
5.1 LOGICA DELLO STUDIO
La logica dello studio proposta è sintetizzata dalla seguente figura, dove viene
schematizzato il flusso logico delle attività e le varie interazioni.
Analisi di scenario
Gestione Progetto
• Stato dell’arte
• Interazione con ASI
• Traiettorie tecnologiche
• Interazione
progetti
• Criticità
con
altri
Analisi dei Requisiti
• Requisiti Utente
• Requisiti di Sistema
La ricerca industriale
• L’autonomia
• La Meccanica
• Il Software
• L’hardware
Definizione del Sistema
• L’autonomia
• La Meccanica
• Il Software
• L’hardware
• Sviluppo e qualifica
• Analisi dei rischi
Proposta Tecnica
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I. D. E. A.
Innanzitutto dovranno essere identificati i requisiti riguardanti le applicazioni ed i vincoli
di interfaccia con altri sistemi, strutture, i payloads. Tale attività dovrà essere svolta
considerando la ripartizione delle competenze.
Contemporaneamente alla revisione dei requisiti utente, dovranno essere identificati gli
scenari applicativi nell’ambito dei quali andrà inserito il prodotto applicativo e i moduli che
lo compongono, definendo, in questo modo, il modello logico-funzionale dell’applicazione.
Una volta identificati i requisiti utente, il modello logico-funzionale e i moduli che
compongono il prodotto applicativo si passa alla definizione dei requisiti di sistema. Questi
ultimi dovranno essere definiti per ogni modulo e dovranno mappare i requisiti utente
precedentemente identificati.
L’architettura di sistema verrà definita a partire dai requisiti utente derivandola dal
modello logico funzionale e considerando i differenti scenari applicativi.
L’architettura così definita risulta dipendente dallo stato dell’arte attuale. Tuttavia
attraverso un’accurata revisione ed analisi delle tecnologie attualmente applicabili e dello
stato dell’arte sarà possibile identificare le lacune tra quanto attualmente è disponibile e
quanto richiede la comunità scientifica e stabilire le attività di ricerca necessarie per il loro
superamento. Durante questa fase verranno, inoltre, analizzati sia i singoli elementi del
prodotto applicativo identificati nell’architettura di sistema sia i dati e gli strumenti che
possono essere utilizzati dal sistema per identificare le criticità esistenti.
Utilizzando le informazioni ottenute mediante la revisione dello stato dell’arte e
considerando i requisiti e l’architettura di sistema identificati sarà possibile definire alcuni
sistemi da proporre per un progetto pilota ed il piano di sviluppo degli stessi. In questa fase
verranno quindi definite tutte quelle attività di ricerca, sviluppo, validazione e dimostrazione
necessarie per la realizzazione del prodotto applicativo stesso.
Per la fase di validazione sono previste attività di simulazione del sistema. Verranno
realizzati modelli solidi CAD dei principali elementi del sistema, nonché un modello
dell’ambiente in cui dovranno operare. Verranno inoltre definiti diversi scenari operativi ed
attuate delle sequenze dimostrative delle principali funzionalità del sistema.
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I. D. E. A.
5.2 DEFINIZIONE DEI REQUISITI
Lo studio verrà svolto secondo una metodologia di “concurrent engineering” che
prevede l’identificazione dei requisiti ed il loro perfezionamento, attraverso iterazioni
successive, nel corso dello svolgimento dello studio stesso. Il team di CIRANO fornirà
informazioni agli altri partecipanti agli altri studi del programma “Italian Vision for Moon
Exploration”.
I requisiti utente verranno identificati in riferimento ai seguenti aspetti fondamentali:
o Quali sono le operazioni richieste;
o Quali sono i moduli componenti del prodotto richiesti;
o Che tipo di payload dovranno essere gestiti/interfacciati;
o Quali vincoli di interfaccia con altre strutture occorre rispettare;
o Quali sono le condizioni operative nell’ambiente lunare.
I requisiti verranno inquadrati negli scenari nell’ambito dei quali dovranno inserirsi i
singoli sottosistemi del prodotto applicativo.
Per valutare le esigenze degli utenti verranno eseguite delle interviste che
coinvolgeranno tutti i soggetti interessati a tale sistema: Comunità scientifica; Agenzia
Spaziale, Industria; Enti di ricerca; ecc.
L’obiettivo è fondamentalmente quello di identificare gli aspetti essenziali delle missioni
del sistema CIRANO e dei relativi payload in grado di garantire le prestazioni richieste. Per
tutti i payload identificati, dovranno essere definiti:
o I principali parametri di funzionamento
o I principali sottosistemi
o I budget di massima in termini di massa, consumo, potenza e velocità richiesta,
volumi, data rate e data volume, memoria di bordo
o Una stima preliminare dell’error budget
o Le esigenze di processing di bordo e di terra.
La valutazione prevede:
1. La definizione del dominio di analisi. Si tratta di definire completamente il dominio di
analisi stabilendo i confini del problema in termini di:
o Obiettivi del sistema;
o Utenti interessati.
In tal modo viene definito il contesto del sistema formalizzato tramite la tecnica dei Casi
d’Uso come “diagramma di contesto”.
2. Effettuazione interviste conoscitive. Questa fase si può decomporre in:
Proposta Tecnica
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I. D. E. A.
o Scelta degli interlocutori. È opportuno intervistare i responsabili dell'area interessata
e gli utenti chiave individuati attraverso interviste precedenti o attivi su aree di lavoro
e/o con competenze specifiche particolarmente importanti nel contesto che si sta
analizzando;
o Preparazione interviste conoscitive. Le interviste devono consentire la rilevazione
completa dei Requisiti e devono fornire gli elementi per la definizione delle modalità
operative. Si tenga presente che in generale il sistema da realizzare può
determinare variazioni spesso molto consistenti rispetto alla situazione corrente. Le
interviste devono quindi essere orientate non alla rilevazione di ciò che accade
correntemente ma di come funzionerà il Sistema;
o Esecuzione interviste conoscitive. È necessario formalizzare le interviste in un
resoconto riunione, utilizzando dell'apposita modulistica. La formalizzazione delle
interviste e' anche l'occasione per: Focalizzare i principali aspetti emersi;
Individuare eventuali spunti per approfondimenti successivi, richieste di chiarimenti
o soluzione di eventuali contraddizioni emerse sia nel corso della riunione che dal
confronto con altre interviste effettuate e/o altra documentazione esaminata;
Valutare le caratteristiche degli intervistati; Determinare il peso dell'intervista stessa.
3. Elaborazione delle interviste. Questa fase ha lo scopo di:
o Produrre la lista dei requisiti del sistema da utilizzare:
o Stendere i modelli dell'applicazione;
o Determinare le caratteristiche operative (Usabilità);
o Definire le specifiche di qualità.
4. Costruzione dei Casi d’uso. Questa fase riguarda lo studio e la modellazione degli
scenari operativi che si presentano agli attori del sistema:
o I Casi d’uso sono i “modi” in cui il sistema può essere utilizzato permettendo di
descrivere le funzionalità che il sistema mette a disposizione dei suoi utilizzatori.
o Essi rappresentano le modalità di utilizzo del sistema da parte di uno o più
utilizzatori (attori) e quindi permettono di descrivere il sistema dal punto di vista
utente descrivendo l’interazione tra attori e sistema, e non la “logica interna” della
funzione.
o Sono facilmente comprensibili perché espressi in forma testuale e grafica e sono di
grande utilità per la raccolta dei requisiti del sistema.
I requisiti di sistema andranno definiti sulla base dei requisiti utente, su una rassegna
delle precedenti missioni sulla Luna e di quelle previste dalle varie Agenzie, ed ovviamente
sulla disponibilità presente o prevedibile nel breve-medio termine delle varie tecnologie
coinvolte (strumentazione, materiali, sistemi SW/HW, sistemi di guida e telecontrollo, ecc.).
Il team CIRANO dichiara la propria disponibilità a re-indirizzare gli studi in funzione della
evoluzione degli studi scientifici e delle attività svolte in concurrent engineering con ASI e
con i responsabili degli altri studi. Tale attività di “Concurrent Engineering” rientra nel
pacco di lavoro indicato come “perfezionamento dei requisiti”, e comprende, per ogni
tecnologia:
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I. D. E. A.
o La rassegna di analoghe tecnologie già utilizzate in precedenti missioni e/o ipotizzate in
missioni future.
o Lo stato dell’arte delle prestazioni/tecnologie ed i trend di innovazione nel medio-lungo
periodo.
o Il supporto in “concurrent engineering” verso la comunità scientifica, i gruppi
responsabili degli altri studi e l’ASI per la definizione dei requisiti scientifici e di
missione.
o L’analisi dei requisiti scientifici, e la loro traduzione in requisiti di sistema.
o Lo studio di soluzioni concettuali atte a gestire in remoto i sistemi robotici, acquisire le
relative informazioni ed inviarle ad un centro di raccolta dati.
Il perfezionamento dei requisiti avverrà attraverso iterazioni successive, nel corso dello
svolgimento dello studio. A tale scopo, sono previste attività di organizzazione e
partecipazione a tutte le riunioni tecniche non solo interne al team di progetto ma anche
esterne insieme ai team partecipanti agli altri studi.
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5.3 AREE DI RICERCA E DI ANALISI TECNOLOGICA
Per quanto riguarda le attività di Ricerca e Innovazione Tecnologica, il progetto
CIRANO prevede l’identificazione e la definizione di sistemi innovativi basati su
autonomia, riconfigurabilità, adattabilità a situazioni impreviste, capacità di simulazione
predittiva, tecniche di controllo aptico e rappresentazione virtuale della scena.
Il progetto proposto richiede quindi l’approfondimento di molte tematiche tecnologiche
per definire le soluzioni al problema della realizzazione di una applicazione robotica sul
suolo lunare. Molte di queste sono affrontabili con la tecnologia esistente, altre richiedono
lo sviluppo di ulteriori attività di ricerca. Le tematiche sono estremamente varie e ricoprono
ampi settori di cui si riportano i principali:
o Robotica e meccatronica
o Micro e nanotecnologie
o Informatica e telecomunicazioni
o Trasmissione dati e algoritmi di compressione
o Micro-avionica (trasduttori, telecomandi, comunicazioni, informatica di bordo)
o Fault-tolerant computers, memoria di massa
o Trattamento energia (energia fotovoltaica, energia nucleare, immagazzinamento
energia, altre fonti)
o Moduli gonfiabili, airbags, paracadute, parapendii
o Scienza dei materiali, strutture e materiali a memoria di forma e adattativi
o Applicazioni laser
o Elaborazione immagini
o Sistemi di visione
o Automazione, sistemi di controllo, sistemi esperti
o Navigazione tramite GPS o sistemi similari
Si studierà inoltre la protezione dei sistemi robotici dal vento, dalla polvere, dagli sbalzi
di temperatura e altri elementi che potrebbero compromettere il risultato della missione.
Sarà necessario capire quali sono le variabili che possono influenzare negativamente il
sistema dal punto di vista delle prestazioni e in questo modo ricercare metodi sia per
l’autoriparazione sia per la riparazione degli eventuali altri sottosistemi.
Le missioni di esplorazione planetaria sono state condotto finora utilizzando singoli
robot. La proposta esplorerà gli aspetti tecnici e scientifici connessi anche allo studio di un
sistema costituito da robot multipli che operano in collaborazione fra loro, con il vantaggio
principale di non compromettere la missione in caso di fallimento di uno di questi,
problema grave per le missioni fin ora eseguite.
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•
ASPETTI RELATIVI ALL’AUTONOMIA
Nell’ambito del progetto CIRANO si svilupperanno le problematiche relative
all’alimentazione per il funzionamento del rover e dei sistemi di supporto, in modo da
consentire di mantenere la piena efficienza del veicolo anche in un ambiente dalle
caratteristiche climatiche estreme.
Si studieranno quindi gli apparati atti a produrre e accumulare energia elettrica e i
motori per la locomozione dei veicoli.
Lo studio, per quanto riguarda l’alimentazione elettrica, si dividerà in tre parti:
o L’acquisizione di energia elettrica;
o L’accumulo mediante batterie;
o Il mantenimento dell’efficienza di questo sistema durante l’intera missione.
Altri punti fondamentali nella progettazione per il Design saranno l’ottimizzazione degli
ingombri, del peso e della posizione delle celle solari.
Con riferimento all’ipotesi di “flotta” presentata nel paragrafo successivo, il raggio di
esplorazione potrà essere ad esempio aumentato progettando un “Power Centre” inteso
anch’esso come una stazione mobile. Questa capacità potrà essere ottenuta:
o equipaggiando il PC con un sistema di locomozione indipendente
o sfruttando le capacità di movimento di ciascun robot della flotta, che può essere
agganciato al PC, non solo per le operazioni di ricarica ma anche per spostare il PC
in posizioni differenti, collaborando in questa operazione con altri robot della flotta.
Durante questa fase l'energia necessaria al movimento può essere fornita direttamente
dal PC ai robot.
•
ASPETTI MECCANICI DELLA PIATTAFORMA
Tra le attività da svolgere nell’ambito dello studio rientrano senz’altro in Ricerca e
Innovazione Tecnologica quelle relative alla locomozione del rover per quanto concerne gli
aspetti riguardanti ruote, attuatori e sospensioni.
Il sistema di locomozione sarà sviluppato per poter affrontare la maggior parte delle
variabili ambientali. Lo sviluppo di un movimento effettuato per mezzo di gambe
meccaniche e di ruote necessita di una progettazione innovativa sia dal punto di vista
tecnologico sia dal punto di vista della gestione delle risorse e delle informazioni tra i vari
partner del progetto CIRANO.
I tipi di spostamento necessari richiederanno uno studio approfondito sui motori capaci
di effettuare movimenti veloci, precisi e coordinati.
Un altro campo di studio è la gestione degli ingombri, dei pesi e delle inerzie delle ruote
motrici che influenzano notevolmente la meccanica del sistema robotico.
•
ASPETTI MECCANICI DEI SISTEMI DI INTERAZIONE
Per quanto riguarda la manipolazione di oggetti e il montaggio di strutture il Politecnico
di Milano ha già studiato bracci robotici per la stazione spaziale (ISS) e per altre funzioni e
che potrebbero costituire una base per la progettazione di questi sistemi. Nel paragrafo
Proposta Tecnica
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successivo si presentano alcune possibili soluzioni relative ai bracci meccanici. Altro tema
che dovrà essere oggetto di ricerca tecnologica è quello relativo ai sistemi di trivellazione e
carotamento, da definire in funzione delle difficoltà intrinseche all’ambiente lunare ed
all’assenza di gravità. Ulteriori “attuatori” potranno essere richiesti durante la fase di
definizione dei requisiti.
Per quanto concerne gli aspetti meccanici sia della piattaforma che dei sistemi di
interazione si sottolinea che tra i partner del progetto CIRANO sono presenti competenze
scientifiche (ECSA-PoliMI) e tecnologiche (DTM, A-Technology), documentate dalle
esperienze nei seguenti campi (vedi proposta organizzativa – competenze del
raggruppamento):
a) design e verifica di meccanismi e strutture specifiche, sia nel "Rover" sia nella parte
di apparecchiature scientifiche (ad esempio per il sistema di distribuzione e
processamento dei Samples, che dovrà essere parte integrante del Rover stesso);
b) supporto all'adattamento ed eventuale re-design degli strumenti che devono essere
integrati nel "Rover";
c) ricerca di soluzioni tecniche per l'ottimizzazione delle risorse disponibili (massa,
volume, strutture, controllo termico, etc.);
d) studio dell’aumento dell’affidabilità, grazie ad esclusive tecnologie (brevettate da
DTM e Ferrari) che consentono di realizzare strutture monolitiche in carbonio, anche nel
caso di forme geometriche molto complesse, ed in presenza di forti variazioni di spessore
del laminato,
e) analisi di tempi e costi di sviluppo, realizzazione e certificazione.
•
SOFTWARE DI GUIDA E NAVIGAZIONE
Per quanto esposto nei paragrafi precedenti, tra le attività di ricerca principali dello
studio rientrano senz’altro gli aspetti relativi al software di guida e navigazione che deve
fornire la necessaria autonomia decisionale nella definizione dei percorsi e nella
ripianificazione degli stessi in caso di rilevazione di ostacoli.
Saranno a tal fine esplorate le principali tecniche allo stato dell’arte o allo studio
relativamente alla simulazione predittiva, al controllo aptico ed alla rappresentazione
virtuale della scena.
Tali caratteristiche consentiranno ai mezzi progettati una completa operatività, anche in
funzione della riconfigurabilità e dell’adattabilità ad imprevisti.
Tra le caratteristiche richieste ai sistemi di controllo rientrano anche le possibilità di
telecomunicazione a distanza, sia nell’ambito della raccolta dati che in quello del
telecomando delle unità mobili.
Allo scopo di estendere la distanza raggiungibile, dovrebbe essere possibile l'impiego
dei sistemi per la trasmissione di potenza wireless, ad esempio attraverso tecniche come il
laser o le microonde. Con una opportuna strategia diventerebbe possibile un incremento
sostanziale della distanza normalmente raggiungibile dal punto di partenza e
conseguentemente l'aumento della superficie che può essere mappata.
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Con l'obiettivo è di raggiungere la massima copertura di esplorazione sarà richiesta
inoltre l'implementazione di metodi per il calcolo ottimizzato delle traiettorie dei robot.
•
HW ED ELETTRONICA DI BORDO
Nell’ambito del progetto, è previsto lo studio e l’analisi preliminare dell'Hardware
elettronico di cui il sistema robotico di supporto dovrà essere dotato. Chiameremo tale
sottosistema per semplicità CIEL, come Cirano Elettronics. Tale oggetto sarà progettato
per essere sviluppato in microelettronica, ingegnerizzato e ottimizzato in piena
adeguatezza alle più attuali nanotecnologie. Con riferimento ai requisiti ASI (vedi par 4.1)
tra i quali:
o Il rover dovrà avere sia la capacità di superare ostacoli di diversa natura e dimensioni,
o Il rover dovrà avere la capacità decisionale,
o Il rover dovrà essere dotato di sistemi sensoriali per la ricostruzione tridimensionale
dell’ambiente e il supporto alla navigazione del veicolo,
si può ricavare un idea iniziale dell'hardware di cui si avrà bisogno. Da tali requisiti si
vede subito che l'elettronica di bordo sarà basata su tre sottoinsiemi principali:
o una parte di input comprendente acquisizione dati da sensori gestione di essi stessi,
o una parte di elaborazione con un potere computazionale di livello tale da supportare
algoritmi di una certa complessità di tipo decisionale e comunicazione locale,
o la parte di potenza atta al comando elettrico degli attuatori.
L'insieme di essi costituisce la CIEL che potrà essere adoperata in più casi ed in più
iterazioni nell'intero progetto. In particolare questa miniunità general purpose potrà gestire
ad esempio la movimentazione di un singolo braccio o quella dell'intero movimento di
veicolo. Inoltre la creazione di un dispositivo elettronico unico faciliterà la ridondazione di
esso stesso per l'affidabilità. Ad esempio un veicolo ne potrebbe avere tre, una per un
braccio intelligente, una per la movimentazione, una terza, come sostituzione in caso di
guasto, che avverrebbe automaticamente. Questo grazie all'idea di un oggetto fisicamente
sempre ripetitivo, ma molto versatile e continuamente riprogrammabile.
In particolare tale oggetto avrà degli ingressi universali programmabili utili a ricevere
segnali da molti tipi di sensori nonché da eventuali encoder dei motori. Per ottimizzare la
miniaturizzazione si conta di estendere a livello di interfaccia verso l'esterno di tale
sottosistema tali interfacce che fino ad oggi sono state considerata solo al livello di chip e
di microelettronica, come ad esempio le seriali sincrone i2bus, o SPIE, ecc. Il numero di
canali ottimali sarà definito durante lo svolgimento del progetto. Questo minuscolo
dispositivo dovrà essere in grado di comandare differenti attuatori. Tipicamente motori
passopasso, solenoidi, dc motor. Essa sarà dotata di canali di uscita di potenza
programmabili in grado di comandare indifferentemente ognuno di questi attuatori. In
particolare il caso del motore passo passo richiederà l'utilizzo di 2 canali. Infatti la struttura
tipica è quella del ponte a mosfet. Questa topologia circuitale permette l'attuazione e
l'inversione di corrente nel carico, quindi il doppio verso di rotazione per un motore, o il
movimento di un solenoide. L'utilizzo di 2 ponti uguali permette il controllo di 2 fasi
elettriche utili al comando di un motore passo passo. Le moderne tecniche PWM (pulse
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wave modulation) a controllo digitale consentono l'adattabilità “widerange” ai più differenti
tipi di carico.
Per quanto riguarda l'unità centrale si farà riferimento ad una logica mista processore
tradizionale + FPGA. Tali entità in cooperazione potrebbero adoperare le differenti
peculiarità per assolvere al meglio tutte le funzioni descritte. L'FPGA sicuramente per la
gestione veloce di tutte le comunicazioni digitali, verso la sensoristica, verso gli attuatori,
verso il mondo esterno, e il gruppo di di cooperazione; al processore invece sarà affidata
tutta la parte decisionale e di elaborazione. Per entrambi la scelta cadrà su oggetti di
avanguardia. Le Fpga al momento tendono verso prodotti tipo Virtex-4 Xilinx in tecnologia
da 90 nm a triplo ossido. In tal caso la scelta del processore potrebbe cadere su PowerPC:
nel virtex-4 FX infatti è incluso il processore PowerPC 405. I moderni processi tecnologici
hanno permesso di realizzare questo processore, che lavora fino a 450 MHz e può
trasportare fino a 700 milioni di informazioni al secondo (MIPS). Altro aspetto interessante
di tale soluzione sta nei costi. Al di la della progettazione un simile oggettino potrebbe
essere prodotto in serie, e quindi, date le iterazioni, costare relativamente poco anche
nella versione radhard. Il peso stimato non è superiore ai 20 grammi e il calore dissipato è
ridotto ai minimi termini grazie alla totale gestione dei carichi elettrici con tecniche di tipo
switcing solid state che ormai si possono implementare direttamente nelle FPGA con
prestazioni impossibili fino a pochi anni addietro. I consumi elettrici inoltre saranno ridotti
all'osso grazie alle capacità innovative di questi chip di tenere continuamente spente tutte
le sottosezioni durante le fasi di non utilizzo. Il minimo assorbimento sarà quindi comunque
variabile e commisurato in tempo reale alla effettiva attività del momento.
•
SENSORISTICA E STRUMENTAZIONE
Poiché il veicolo dovrà essere caratterizzato da un alto grado di autonomia, è
necessario dotarlo di un aseguato sistema di visione che possa garantire un accesso
autonomo al sito prescelto. In questo contesto, lo studio sarà rivolto alla definizione
preliminare di una possibile configurazione di sistemi di visione.
La locomozione e le eventuali richieste di acquisire dati da parte della comunità
scientifica, rendono infatti necessaria una sensoristica capace di offrire input per la
coordinazione delle varie articolazioni. Tali sensori saranno oggetto di un’accurata
definizione, sia ai fini funzionali all’operatività del mezzo, o dei mezzi, sia al fine di
determinarne l’impatto in termini di payload.
L’analisi del terreno lunare, ad esempio, potrà essere compiuta da sensori quali ad
esempio uno spettrometro a raggi X ad alta risoluzione basato su un rilevatore di
radiazione X denominato Silicon Drift Detector (SDD) che stabilisce nuovi standard rispetto
alle strumentazioni precedenti. Esso, lavorando a una temperatura compresa tra i -10°C e i
-100°C, è adatto ad operare nel clima lunare senza la necessità di essere raffreddato.
Questo nuovo tipo di strumentazione è capace di distinguere anche elementi leggeri,
diversamente dai supporti tecnici utilizzati nel Pathfinder, i quali necessitavano di una
apparecchiatura specifica aggiuntiva per analizzare tale tipo di sostanze. Già nei test
effettuati in laboratorio si stanno ottenendo dei risultati notevoli al riguardo. Una
strumentazione di questo genere porterà a risultati più completi per lo studio dell’ambiente
lunare.
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Le caratteristiche e la tipologia di tale strumentazione saranno definiti dagli altri studi
promossi dall’ASI, riservati alle Comunità Scientifiche. Sulla base di informazioni raccolte
nella fase di analisi da studi precedenti relativi alla Luna e ad altri pianeti, si può prevedere
che i principali strumenti di interesse saranno:
o Sensoristica di tipo fisico – chimico relativa ai parametri ambientali
o Spettrometri per analisi suolo passivi ed attivi nel visibile ed IR, anche utilizzando
tecniche FT basate su MEMS, eventualmente integrati con driller
o Spettrometri per analisi suolo nel visibile ed IR
o Spettrometri FT basati su MEMS, con riferimento agli sviluppi per l’interferometro M-Z
ed il Fourier Imaging Interferometer
o Camere multi / iperspettrali per analisi del suolo lunare
o Camere ad alta risoluzione spaziale per mappatura suolo lunare.
o Lidar altimetri.
o Altra strumentazione non ottica per analisi specifiche
Altro punto fondamentale nella progettazione per il design sarà, inoltre, il
posizionamento di altri elementi come i sensori, gli attuatori e la strumentazione per le
analisi.
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5.4 POSSIBILI APPLICAZIONI DEL PROGETTO PRELIMINARE
Il progetto preliminare ha come finalità l’individuazione di una serie di possibili progetti
applicativi, meritevoli di una successiva fase di sviluppo esecutivo. In particolare tale
progetto preliminare consentirà la definizione di singoli “sistemi robotici di supporto”,
eventualmente integrati nell’ambito di un unico sistema complesso, dal punto di vista
tecnico, operativo, applicativo ed economico.
La selezione delle possibili applicazioni avverrà quindi a valle di un’attenta fase di analisi
dello stato dell’arte e di definizione dei requisiti operativi. Saranno tenute presenti le linee
evolutive della ricerca scientifica e dello sviluppo tecnologico nei settori di interesse del
progetto in esame. Tali aree di ricerca saranno oggetto di approfondimenti ed analisi al fine
di valutarne le reali potenzialità, i rischi, i costi ed i tempi per lo sviluppo industriale.
Tra le possibili applicazioni da selezionare nell’ambito dello studio, si propone di studiare
un sistema basato sui seguenti elementi:
• una stazione fissa, comprendente un centro generatore di energia presso il quale
ciascun robot della flotta può tornare per immagazzinare energia, un centro di controllo
e comando dotato di HW e SW “intelligente”, e un centro di raccolta e trasmissione dati
• una flotta di robot, capaci di trasportare robot di dimensioni più ridotte e di coprire una
superficie estesa (denominato “flotta livello 1”)
• una “flotta livello 2” di piccoli robot di servizio. Ciascun veicolo della flotta livello 1 può
trasportare un gruppo di veicoli della flotta 2 e depositare uno sciame di robot di
servizio nella zona interessata per svolgere le funzioni richieste
• bracci robotici utilizzabili per le funzioni di manipolazione di oggetti, operazioni di
trivellamento, e montaggio strutture e montabili sia sui veicoli di livello 1, sia, con
dimensioni più ridotte sui veicoli di livello2
In sostanza, il sistema proposto risulterebbe composto da:
Un Power Centre (PC)
Anziché equipaggiare ciascun robot con celle solari autonome, si prevede una centrale
energetica dove ciascun veicolo della flotta possa caricare le sue batterie quando sono
prossime ad esaurirsi. Quando la carica delle batterie raggiunge un livello di soglia minimo
il veicolo, la cui posizione è nota al centro di controllo (CC, vedere il punto seguente),
viene richiamato in tempo per raggiungere autonomamente il Power Centre, dove le sue
batterie possono essere ricaricate.
Il Power Centre sarà una struttura equipaggiata con un ampio set di celle solari (che
includono un sistema automatico preposto alla periodica ripulitura delle celle dalla polvere
che ne riduce l'efficienza), o, alternativamente, una batteria di fuel-cell, o un reattore
nucleare, o una combinazione di queste tre sorgenti di energia.
La potenza elettrica può essere trasmessa al veicolo da ricaricare sia per mezzo di
sistemi basati su induzione magnetica, sia per trasmissione diretta oppure attraverso
metodi wireless come un raggio laser o microonde.
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I. D. E. A.
Il PC potrà essere una stazione fissa o anche capace di eseguire spostamenti
inframmezzati a periodi di fermata, in cui opererà come stazione fissa.
Un Control Centre (CC)
Il Control Centre sarà una struttura fissa al suolo, annessa o indipendente dal PC,
avente le seguenti funzioni:
o essere in grado di inviare comandi e ricevere telemetria da ciascuno dei veicoli della
flotta
o essere in grado di archiviare i dati inviati da ciascun veicolo della flotta durante
l'esecuzione di una missione, dove per emissione si intende l'esecuzione di una
esplorazione pianificata in un'area definita
o essere in grado di dialogare con il centro di controllo basato sulla Terra, ovvero
trasmettere dati e ricevere comandi sia direttamente da e per la Terra che da e per
un orbiter (veicolo in orbita lunare), oggetto, questo, di un altro studio commissionato
da ASI.
La Park House (PH)
I robot della flotta saranno parcheggiati, quando non sono operativi o al termine di una
fase di esplorazione, in una struttura fissa al suolo. La PH sarà equipaggiata anche con
alcune strutture in grado di eseguire alcuni interventi di riparazione sui pericoli in caso di
malfunzionamento di qualche componente (o almeno quelli principali). La PH eseguirà
anche la funzione di proteggere la flotta durante eventuali condizioni ambientali difficili, che
possono riguardare il clima lunare. Nella PH sarà previsto dello spazio per
l'immagazzinamento dei campioni di suolo raccolti dai robot, in attesa di essere trasportati
verso la terra. Le traiettorie di esplorazione dei robot possono essere studiate per
concludersi con il ritorno alla PH.
L'"intelligenza" del sistema
All'interno del CC sarà prevista una certa capacità di calcolo (Data Processing Centre DPC), basata su processori dell'ultima generazione, dove sarà attivo il software preposto a
gestire l'intero sistema. Il software sarà in grado di determinare autonomamente le missioni
da eseguire, il tipo e il numero di veicoli necessari, di inviare comandi ai veicoli durante
l'esecuzione della missione, di ricevere informazioni sull'esatta posizione di ciascun
veicolo, di raccogliere i dati dai veicoli (Data Collection Centre - DCC), di trasmettere dati a
un orbiter o direttamente alla Terra (Data Transmission Centre - DTC), di verificare il
corretto funzionamento di ciascun veicolo e di richiamarli indietro al PC quando il livello di
carica delle batterie sia al di sotto della soglia minima.
La flotta di livello1
Per quanto riguarda i veicoli di livello 1, una prima proposta può essere quella di
perfezionare il concetto di Ladyfly, una flotta di robot già studiata in passato dal Politecnico
di Milano (vedi par.4.2).
La flotta di livello 2
Per quanto riguarda i veicoli di livello 2 è proponibile un concetto secondo il quale
ciascun robot della flotta di livello 1 può portare un carico di altri robot più piccoli, capaci di
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superare ostacoli anche 10 volte più grandi delle loro dimensioni (hoppers) e di portare a
loro volta dei payload specializzati ad es. per l’esplorazione della superficie, per il
carotamento ecc.
Sistemi di interazione
Per quanto riguarda la manipolazione di oggetti e il montaggio di strutture il gruppo
proponente del progetto CIRANO ha già studiato bracci robotici per la stazione spaziale
(ISS) e per altre funzioni e che potrebbero costituire una base per la progettazione di
quanto richiesto nel bando.
I bracci di interazione potranno essere montati sui veicoli di livello 1 per manipolazione
di oggetti pesanti e, in scala ridotta, anche su veicoli di livello 2 per manipolazione di
oggetti più leggeri.
Il concetto dei Microbots
Si propone di utilizzare, come concetto per gli elementi della “flotta di livello 2”, i
Microbots studiati dall' MIT in collaborazione con il Politecnico di Milano (con eventuali
adattamenti).
Questa proposta presenta un concetto di missione nuovo per l'esplorazione planetaria,
basato un gran numero di piccoli robot mobili sferici (i "microbots") capaci di operare su
aree molto estese della superficie di un pianeta e anche sotto la superficie (ad es. caverne
e crepacci). Nella missione proposta, un grande numero di microbots (dimensioni su scala
centimetrale e peso molto al di sotto del kg) sarebbero distribuiti sulla superficie di un
corpo celeste (ad es. Luna o Marte). L’esplorazione verrà realizzata da questi microbots
che sono in grado di saltare, rimbalzare e rotolare, in modo tale da raggiungere luoghi ai
quali il rover di livello 1 non riuscirebbe altrimenti ad arrivare, quali cave o terreno molto
accidentato. La motorizzazione avviene per mezzo di un "muscolo" attuatore realizzato
con un polimero ad alta densità. La sfera può essere dotata di diversi tipi di payload quali
una mini telecamera, apparecchiature per raccolta di campioni, spettrometri e sensori per
analisi chimiche e composizione del terreno e delle rocce, ecc.
I microbots vengono portati anche a distanze molto elevate da un robot madre (livello
1) che ne coordina il lavoro. Vengono rese così possibili la mappatura del terreno, le
misurazioni scientifiche e la trasmissione dei dati verso terra .
Il concetto di missione proposto è basato sulla spedizione di un grande numero di
"microbots" su aree molto grandi della superficie del corpo da esplorare o sotto la
superficie. Ciascun microbot è un robot sferico, dotato di una fonte di energia
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indipendente, di un sistema di mobilità proprio e di un sistema di comunicazione. Le
dimensioni previste sono dell'ordine di 10 cm di diametro con un peso di circa 100 g e con
una vita dai 10 ai 40 anni.
"Squadre" multiple di centinaia di microbots sarebbero distribuite sulla superficie della
Luna o del pianeta dai rover che li porteranno all'interno. Le squadre di Microbot
potrebbero entrare anche in caverne attraverso fori di superficie. Si muoverebbero grazie a
una combinazione di movimenti di salto, rotolamento e rimbalzo. Il metodo risulta
particolarmente efficace in un ambiente a bassa gravità. Questa tipo di locomozione
permetterebbe ai microbots di viaggiare attraverso terreno molto grezzo e luoghi ad
accesso difficoltoso. I dati scientifici raccolti verranno trasmessi al robot madre con una
trasmissione a bassa potenza. Il robot madre trasmetterà poi i dati a un centro di controllo
fisso e da qui alla Terra. Dato l'alto numero di microbots utilizzabili, il sistema complessivo
sarebbe estremamente ridondante e robusto. Il concetto di microbots consente quindi
l'accesso a terreni o siti altrimenti inaccessibili ai robot madre. Questi ultimi hanno un
design molto particolare al riguardo al sistema di locomozione . L’ utilizzo di questo tipo di
sistema di locomozione , che è formato da 6 gambe che terminano ciascuno con una
ruota permette l'avanzamento su un terreno con ostacoli di medie dimensioni. Giunto in
zone con ostacoli di dimensioni più grosse il robot madre libererà una flotta di microbots
che partiranno per l' esplorazione della zona . Mentre i microbots esplorano la zona
prescelta, il robot madre andrà alla ricerca di un'altra zona da esplorare. Alla fine
dell'esplorazione il robot madre può raccogliere i microbots per portarli nella nuova zona
da esplorare.
La possibilità di sbarcare un numero elevato di robot permette l' accesso ad una
elevata percentuale della superficie di un pianeta. La “flotta di livello1” può essere
costituito da un gruppo di Ladyfly ciascuno dei quali porta un gruppo di microbots (“flotta di
livello 2”).
Descrizione di un possibile braccio robotico
Un possibile braccio robotico da perfezionare nel corso del progetto CIRANO è quello
ideato per poter essere montato su un Ladyfly ed operare nell'ambiente lunare.
Nel progettare la struttura si è tenuto conto di alcune limitazioni e vincoli inerenti al
progetto.
Il robot potrebbe avere una forma semisferica ed essere ricoperto di pannelli solari. E'
necessario pertanto che le dimensioni del braccio manipolatore siano il più possibile
contenute, onde evitare zone di oscuramento delle celle solari.
Un'altra limitazione nasce dalle sei gambe previste inizialmente per il robot. Il braccio
manipolatore non deve a) interferire con le gambe quando il robot è in moto e il braccio
non è in opera; b) siccome opera quando il robot è fermo, i movimenti del braccio non
devono interferire con le gambe che sono in posizione di riposo.
Gli elementi della struttura considerata sono:
o “busto” (verde)
o “spalla”(arancione)
o “omero”(bianco)
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I. D. E. A.
o “br1”(rosso)
o “br2”(giallo)
o “br3”(viola)
o “br4”( grigio)
o End-effector
Si prevedono due stati: ON e OFF
Nella configurazione OFF il braccio non è in opera ed è completamente ripiegato su sé
stesso. Come mostrato nella figura, occupa uno spazio molto limitato e quindi la zona di
ombra sui pannelli solari è molto limitata.
Nella configurazione ON il braccio è attivo e libero di muoversi. Il braccio si distende
grazie a un motore situato all'interno del robot, la spalla, attivata da un altro motore, si apre
e può assumere una posizione orizzontale.
Raggiunta tale posizione, il braccio manipolatore può operare tramite i gradi di libertà
rimanenti (Omero, br1, br2, br3, br4, End–Effector).
Grazie al movimento del busto il baricentro
del braccio si muove in avanti e grazie al
movimento della spalla può raggiungere
posizioni a destra e a sinistra del busto. I
restanti elementi del braccio gli consentono
di operare come i bracci previsti per la
stazione spaziale.
Sistemi di perforazione del suolo lunare
Comunemente quando si compiono studi
geologici sulla Terra si indaga nel sottosuolo.
Per molte diverse ragioni, non ultima il
cercare possibili forme di vita che, in ambienti
particolarmente ostili, spesso si rifugiano in
profondità. E’ per questa ragione che le
future missioni che atterreranno sulla
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superficie marziana e su quella lunare avranno a bordo degli strumenti per perforare
almeno la parte piu’ superficiale del sottosuolo.
Il DeeDri (Deep driller o perforatore profondo) che la Tecnospazio, per conto e con la
supervisione tecnica dell’ASI e quella scientifica del Politecnico di Milano sta preparando,
e’ il più avanzato, in termini operativi, di capacità di perforazione e leggerezza, finora
progettato per una missione planetaria. Deriva da quello già realizzato e montato a bordo
del lander della missione Rosetta che andrà a perforare la cometa Wirtanen. La
dimostrazione riguarderà un prototipo per Marte, mentre in futuro si pensa di poterlo
mettere a bordo di future missioni della NASA o dell’ ESA. Il progetto CIRANO potrà tener
conto di tale sistema nella definizione di analoghi apparati di trivellazione del suolo lunare.
Elementi di innovazione
L’innovazione intrinseca nell’uso di un gruppo di rover e le capacità tecniche e
scientifiche delle università e delle ditte coinvolte sono in grado di stabilire dei nuovi
standard di efficienza e qualità per le missioni esplorative lunari.
Si possono riassumere i vantaggi dell’utilizzo di una colonia di robot:
o Divisione dei compiti: Aumentando la specializzazione dei rover si ottimizza l’utilizzo
degli stessi. I rover esploratori, non avendo compiti legati agli aspetti scientifici della
missione, possono essere impiegati per la mappatura del territorio, da effettuarsi in
squadra e rapidamente. La leggerezza e le modeste dimensioni dei veicoli
permettono movimenti rapidi con basso dispendio di energia.
o Ridondanza: Avendo a disposizione contemporaneamente sul suolo lunare più
veicoli di caratteristiche simili si crea automaticamente una ridondanza nel sistema.
Una squadra di robot è in grado di assorbire eventuali malfunzionamenti senza che
la missione venga compromessa. I rover singoli utilizzati sinora nelle missioni lunari
invece hanno nella loro unicità un limite di affidabilità e durata della missione.
o Assistenza reciproca: Ogni rover può essere utilizzato per monitorare lo stato di
funzionamento degli altri componenti della flotta. In caso sia necessario un
intervento per ripristinare il funzionamento di un robot, è possibile dotare i veicoli
esploratori di strutture atte ad effettuare operazioni di manutenzione o riparazione. E’
noto ad esempio che le celle per la produzione di energia elettrica subiscono un
decadimento progressivo in termini di efficienza che rende problematiche le missioni
a lungo termine. Dotare i Ladyfly di funzionalità per il ripristino delle celle dei rover
può servire a prolungare la durata della missione lunare.
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I. D. E. A.
5.5 ATTIVITÀ DI SIMULAZIONE E VERIFICA
Come anticipato, per validazione di quanto progettato, sono previste attività di
simulazione del sistema.
A tale scopo, mediante l’utilizzo di appositi tool informatici già sperimentati in precedenti
progetti dello stesso tipo, verranno realizzati modelli solidi CAD dei principali elementi del
sistema, nonché un modello dell’ambiente in cui dovranno operare.
Verranno inoltre definiti diversi scenari operativi ed attuate delle sequenze dimostrative
delle principali funzionalità del sistema.
Tale dimostrazione, di tipo “virtuale”, verrà accompagnata da alcune verifiche effettuate
direttamente su prototipi di parti meccaniche ed elettroniche, sviluppati nel corso delle
attività di progetto dalle aziende partecipanti.
Proposta Tecnica
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Rev. 00
I. D. E. A.
5.6 NECESSITÀ, COSTI E RISCHI DEL SISTEMA CIRANO
A valle della definizione tecnica ed operativa del progetto applicativo, si procederà ad
identificare tutti i vincoli di costo, pianificazione, organizzazione e utilizzazione che le
scelte progettuali comportano nel caso di una futura realizzazione del sistema CIRANO.
Tali informazioni sono necessarie come base per l’analisi costi-benefici del futuro sistema.
Grazie alla documentazione prodotta dai precedenti task è possibile definire tutti i
moduli del sistema e, per ciascuno di essi valutarne le caratteristiche tecniche ed i costi. Il
task dovrà stabilire, in termini economici:
I costi di realizzazione, gestione e manutenzione del sistema, in modo da poter
valutare in maniera differenziata i costi iniziale dai costi di esercizio del sistema;
La variabilità di questi costi nel tempo e nel caso di modifiche al progetto. In
quest’ultimo caso occorrerà immaginare una valutazione dei costi sulla base di più scenari
progettuali;
Nell’eventuale ipotesi di esistenza di moduli non immediatamente realizzabili dare
anche una stima dei tempi di attesa per la possibile realizzazione. Per esempio un
modulo non può essere realizzato perché le tecnologie di cui ha bisogno non sono al
momento disponibili. Oppure altri moduli non possono ancora essere realizzati perché gli
algoritmi che dovrebbero implementare (nel caso ad esempio dei sistemi di riconoscimento
automatico e controllo aptico) sono a loro volta oggetto di ricerca.
Per una valutazione costi benefici, il task dovrà stabilire, in termini economici ed
immateriali, il beneficio che il sistema CIRANO, può assicurare alla comunità tecnico
scientifica ed i benefici indiretti per l’ASI, in termini di:
o promozione di nuove tecnologie ad integrazione, e talvolta anche in competizione,
delle tecnologie tradizionali, nello specifico ambito;
o promozione della ricerca scientifica nei campi in cui si rileva un gap tra le necessità
conoscitive dell’utente e la tecnologia disponibile allo stato dell’arte.
•
LA GESTIONE DEL RISCHIO
Nella fase finale del progetto sarà condotta un’analisi preliminare del rischio legato alla
eventuale realizzazione ed utilizzo di un sistema robotico come CIRANO. Secondo gli
standard ECSS, il processo di gestione del rischio è un processo iterativo in quattro stadi.
Le attività da svolgere durante questi stadi sono le seguenti:
Stadio 1
definire i requisiti di implementazione della gestione del rischio
Stadio 2
identificare e valutare il rischio
Stadio 3
pianificare una strategia di risposta al rischio
Stadio 4
monitorare e controllare il rischio.
Proposta Tecnica
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Rev. 00
I. D. E. A.
Lo Stadio 1 comprende la definitiva selezione della politica di gestione del rischio e del
piano di gestione del rischio (Risk Management Plan).
La successiva implementazione del processo di gestione del rischio consiste quindi
nell'effettuazione durante l'intera durata del programma di un certo numero di "cicli di
gestione del rischio" che comprendono gli stadi 2, 3 e 4.
Il Processo di Gestione del Rischio deve necessariamente comprire tutte le varie fasi del
programma come specificato nel documento ECSS-M-30.
La frequenza e gli eventi chiave del programma che determinano i cicli di gestione del
rischio dipendono dal bisogno e dalla complessità del progetto, e devono essere definiti
durante lo Stadio 1.
Cicli non previsti sono richiesti in occasione di cambi di programmazione, di tecnologie, di
tecniche o delle prestazioni della baseline di progetto.
In qualsiasi momento del programma il rischio sarà controllato come parte delle attività di
project management. L'analisi del rischio sarà aggiornata in funzione della fase del
programma e della maturità progettuale.
•
ANALISI DEL RISCHIO
Il rischio viene valutato in base alla severità delle sue conseguenze (programmatiche,
tecnologiche, di sicurezza sulle persone) e alla probabilità di accadere ad esso legate: in
base a ciò si può ricavare un indice di rischio (RI, Risk Index) che rappresenta l'entità del
rischio.
Gli schemi utilizzati per la gravità delle conseguenze e la probabilità di accadere sono
riportati di seguito:
Punteggio Gravità delle Conseguenze
Punteggio
SOC
Gravità delle
conseguenze
(SOC, Severity of
Consequence)
Gravità delle
conseguenze:
impatto su aspetti
programmatici
Gravità delle
Gravità delle
conseguenze:
conseguenze: impatto
impatto sulla
su fatibilità e soluzioni
sicurezza del
tecniche
personale
5
Catastrofica
Determina la fine del
programma
Determina la fine del
programma
(tecnicamente infattibile)
Determina la fine
del programma
4
Critica
Aumento costo del
programma > 60 %
Complessità tecnica
elevata
Azzardo elevato
3
Superiore
Aumento costo del
programma > 20 %
media
Azzardo medio
2
Significante
Aumento costo del
programma < 20 %
bassa
Azzardo basso
1
Trscurabile
Impatto minimo o
assente
minima
Azzardo minimo
Proposta Tecnica
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Rev. 00
I. D. E. A.
Tabella 1: Schema di assegnazione del punteggio alla gravita delle conseguenze SOC
(Severity of Consequence)
Punteggio Probabilità di Accadere
Punteggio
LOO
Probabilità
(LOO; Likelihood of occurrence)
5
Massima
4
Alta
3
Media
2
Bassa
1
Minima
Tabella 2: Probabilità di accadere LOO (Likelihood of occurrence)
Lo schema riportato di seguito dell'indice di rischio RI evidenzia come SOC e LOO
contribuiscano a valutare l'entità del rischio.
SOC
LOO
RI
1
2
3
4
5
1
1
2
3
4
5
2
2
4
6
8
10
3
3
6
9
12
15
4
4
8
12
16
20
5
5
10
15
20
25
Legenda :
RI < 4
Rischio minimo
4<= RI <6
Rischio basso
6<=RI<16
Rischio medio
16<=RI<20
Rischio elevato
20<=RI<=25
Massimo rischio
Tabella 3: Indice del rischio RI
Proposta Tecnica
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