Quando si parla di esplorazione spaziale, il famoso imprenditore tecnologico e filantropo Elon Musk dice: “Si vuole essere ispirati dalle cose. Ci si vuole svegliare la mattina e pensare che il futuro sarà grandioso, ed è questo il senso dell’essere una civiltà spaziale. Si tratta di credere nel futuro e di pensare che il futuro sarà migliore del passato. E non riesco a pensare a niente di più eccitante che andare là fuori e stare tra le stelle”
La possibilità di essere migliori in futuro è un’ambizione trainante per molti nel settore tecnologico. Per ATI Industrial Automation, è un aspetto fondamentale della cultura aziendale e sottolinea lo sviluppo dei suoi prodotti. I dispositivi robotici ATI sono utilizzati in un’ampia gamma di applicazioni che vanno dalle temperature estreme agli ambienti chimici difficili. Il team di ingegneri è orgoglioso di fornire soluzioni creative alle sfide della produzione e dell’automazione e ora ha l’opportunità di essere all’altezza della situazione nello spazio
ATI ha contattato i Jet Propulsion Laboratories (JPL) della NASA con l’offerta di sviluppare un sensore di forza/coppia personalizzato per Perseverance, l’ultimo progetto del rover Mars 2020. Il JPL è il principale ente di ricerca statunitense per l’esplorazione robotica del nostro sistema solare e gestisce la Deep Space Network della NASA, il sistema di telecomunicazioni più efficiente del pianeta. La missione Mars 2020 è uno sforzo collaborativo intrapreso dalla NASA, dal JPL e da molte altre organizzazioni incaricate di sviluppare nuove tecnologie per esplorare la superficie di Marte.
Lo scopo di questa particolare missione, che fa parte del Mars Exploration Program della NASA, è quello di conoscere il pianeta rosso da un’esperienza diretta. Il progetto ha un’agenda fitta che comprende la ricerca di segni di antica vita microbica, la classificazione del clima e della geologia di Marte per contribuire a determinare l’esistenza di condizioni abitabili, il recupero di campioni dalla superficie del pianeta e, probabilmente l’obiettivo più entusiasmante di questa missione, la preparazione all’esplorazione umana di Marte.
Il rover Perseverance è un veicolo robotico senza equipaggio delle dimensioni di un’automobile; durante la sua esplorazione, raccoglierà e indicizzerà piccoli campioni di roccia e suolo da luoghi privilegiati. Una volta a bordo, i tubi dei campioni vengono conservati all’interno del rover per un eventuale ritorno a terra.
Era chiaro che il JPL aveva bisogno di un sistema automatizzato per la raccolta e la movimentazione del materiale spaziale e per il processo di indicizzazione. Per questo, gli ingegneri hanno sviluppato l’Adaptive Caching Assembly, un’applicazione che assomiglia a un’operazione di pick and place comunemente presente in fabbrica. Sviluppare effettivamente i sistemi e i componenti che avrebbero dovuto funzionare nella missione del Rover sarebbe stata una sfida enorme da superare.
Il Sample Caching Subsystem è costituito dall’Adaptive Caching Assembly, un grande braccio robotico con un trapano e un assortimento di punte che serve a raccogliere campioni da aree designate sulla superficie di Marte. Una volta raccolti, un piccolo braccio robotico, noto come Sample Handling Assembly o SHA, ispeziona e sigilla i campioni nel laboratorio di bordo del rover. Un sensore di forza/coppia (F/T) di ATI integrato nel gruppo dell’effettore finale SHA fornisce una maggiore reattività. Grazie al rilevamento della forza di ATI, l’SHA è in grado di muoversi agevolmente nello spazio di lavoro ristretto, svolgendo compiti impegnativi con estrema precisione.
Questo sottosistema emula i processi automatizzati presenti nell’agricoltura e nell’industria manifatturiera, dove i robot vengono utilizzati per rendere più precise le operazioni ripetitive. I sensori di forza/coppia di ATI sono spesso utilizzati con i robot in questo tipo di applicazioni per consentire un maggiore controllo del processo e fornire una verifica del processo, ad esempio indicando che un perno è stato inserito correttamente in un dispositivo.
Alcune applicazioni, come le fonderie e le raffinerie, richiedono considerazioni ambientali particolari per le quali ATI ha sviluppato sensori specializzati. Tuttavia, nulla è paragonabile alle condizioni previste dalla missione Mars 2020, dove le temperature superficiali sotto zero e il terreno accidentato sono tipici. Prima dell’atterraggio su Marte, il rover e i suoi sottosistemi devono sopravvivere al lancio iniziale del razzo Atlas 5.
Per fornire una soluzione robusta di rilevamento della forza per il progetto Perseverance, ATI ha adattato la propria tecnologia di sensori di forza/coppia per compensare l’ampia gamma di condizioni ambientali. Il sensore di forza/coppia spaziale di ATI vanta un nuovo design che fornisce ridondanza di segnale e compensa le variazioni di temperatura, garantendo una risoluzione accurata di forze e coppie per tutta la durata della missione. Questo sensore è calibrato termicamente e ha dimostrato di funzionare in modo ottimale in uno spettro di temperature estreme. Per sviluppare e testare queste caratteristiche rivoluzionarie, il team di ingegneri ATI ha progettato un’apparecchiatura di calibrazione specializzata e ha condotto una sorveglianza 24 ore su 24 sulle prove del prodotto.
Per rafforzare il sensore contro le drastiche fluttuazioni ambientali, sono stati aggiunti componenti realizzati con materiali termicamente stabili e a basso degassamento. Questi materiali impediscono anche la contaminazione incrociata dei campioni durante la missione, una delle considerazioni più importanti del progetto Mars 2020 Rover.
Dopo anni di sviluppo, l’attesissimo Mars 2020 Rover è completamente assemblato e pronto per iniziare la sua missione. Il lancio di Perseverance è previsto per la fine dell’estate 2020 da Cape Canaveral, in Florida, e arriverà su Marte nel febbraio 2021.
Al di là delle applicazioni spaziali, il sensore di forza/coppia ATI per lo spazio fornisce un controllo attivo della forza per le applicazioni in cui le possibilità di riparazione sono limitate o in situazioni di alto vuoto o di estrema variabilità della temperatura.
Grazie a questo progetto, ATI ha sviluppato una nuova tecnologia che entrerà nella storia della NASA e fornirà un rilevamento della forza robusto e affidabile alle applicazioni qui sulla Terra. La compensazione della temperatura, i componenti termicamente stabili e la ridondanza aggiuntiva del segnale vanno a vantaggio degli utenti di settori quali lo smantellamento radioattivo, il petrolio e il gas, le fonderie e le fusioni di metalli e altre applicazioni in cui le condizioni richiedono un uso continuo in ambienti estremi. ATI è ansiosa di seguire Perseverance, il rover di Marte 2020, durante la sua missione e le nuove applicazioni innovative che utilizzeranno questo sensore di forza/coppia spaziale.
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Ascoltate l’episodio podcast di Robot Nation con JPL e ATI.
