Caso cliente CNES: progetto di robot assistente per astronauti

Informazioni generali

Equipaggiamento utilizzato:

Robot mobile Scout 2.0

Kit R&D ROS2

Braccio robotico Viper 300

Camera 3D ZED 2i Polarizer

NVIDIA Jetson Orin Nano 8GB

Braccio robotico Viper 300

Artemis è un programma spaziale della NASA con l’obiettivo di stabilire una presenza permanente sulla Luna.

Il progetto prepara anche le future missioni verso Marte.

L’ESA contribuisce con diversi moduli della futura stazione lunare e con lo sviluppo del lander Argonaut.

All’interno del CNES, il progetto SpaceShip FR sviluppa un prototipo di robot assistente per astronauti.

Per la prima volta, l’Europa crea le condizioni industriali per un accesso autonomo alla Luna, con tecnologie progettate e realizzate sul proprio territorio.

Obiettivo a medio termine: una flotta di robot mobili lunari

Robot autonomi e riconfigurabili faranno parte della base lunare.

Questo progetto serve anche a preparare le future missioni con equipaggio su Marte.

1) Che tipo di robot per la Luna?

Il robot previsto ha un peso compreso tra 500 e 800 kg ed è dotato di ruote, bracci robotici, sensori e intelligenza artificiale. Può raggiungere una velocità massima di 10–15 km/h e dispone di un’autonomia fino a 1000 km per giorno lunare. È inoltre progettato per essere teleoperato, sia dalla Luna che direttamente dalla Terra.

Il robot sarà teleoperabile dalla Luna, dalla stazione orbitale o dalla Terra. Il ritardo di comunicazione è di pochi secondi, permettendo il controllo remoto su molte attività.

2) Quali missioni svolgerà questa flotta robotica?

I robot prepareranno la base prima dell’arrivo degli astronauti e li assisteranno nelle attività esterne.

Installeranno infrastrutture come habitat, laboratori e pannelli solari.

Una volta operativa, la base potrà ospitare gli astronauti per mesi.

Una volta che l’equipaggio di astronauti sarà sul posto, i robot mobili svolgeranno anche altre missioni, come ad esempio:

Condizioni ambientali sulla Luna

La Luna presenta condizioni ambientali molto particolari, che rappresentano sfide importanti:

Il vuoto spaziale impedisce l’utilizzo di ruote pneumatiche (la gomma esposta al vuoto diventa secca e fragile). Tuttavia, ruote flessibili sono essenziali per le prestazioni dinamiche del telaio.
L’ampia escursione termica giorno/notte (-140°C / +150°C) limita la scelta dei materiali e mette a dura prova le strutture. Anche in questo caso, la gomma non resisterebbe.
Il suolo lunare è composto da una polvere estremamente fine, abrasiva (simile a vetro macinato) ed elettrostatica, altamente dannosa per tutti i meccanismi (giunti, motori, strumenti ottici). Rappresenta inoltre una sfida importante per la salute degli astronauti.
Un’altra criticità: nello spazio non esistono né internet né il cloud. Tutto deve funzionare in modo autonomo sul posto, con requisiti molto elevati di affidabilità.

CASO CLIENTE

Servomotori Dynamixel e aerospazio

Servomotori Dynamixel-P per costruire rover marziani

Obiettivo a breve termine: creare e validare i mattoni tecnologici che permetteranno di costruire un primo robot

1) La ricerca francese in collaborazione con industrie europee

Sviluppare una flotta di robot mobili autonomi lunari rappresenta una sfida tecnologica di alto livello, che richiede il coinvolgimento di numerose competenze e attori industriali.

Per la prima volta, l’ESA ha avviato partnership con industrie europee per la produzione di equipaggiamenti destinati all’esplorazione lunare.

Ad esempio, Decathlon ha progettato insieme al CNES un prototipo di tuta intra-veicolare, che sarà presto testata da Sophie Adenot, astronauta francese dell’ESA, sulla ISS.

L’azienda Michelin sta lavorando a un concetto di ruote flessibili senza gonfiaggio, che consentiranno di mantenere un’elevata trazione senza essere influenzate dal vuoto spaziale e dalle escursioni termiche.

2) La missione del CNES: validare le tecnologie necessarie alla creazione di un robot assistente per astronauti

La missione del servizio SpaceShip FR del CNES consiste nel selezionare soluzioni tecnologiche avanzate sviluppate sulla Terra e adattarle alle condizioni spaziali, con l’obiettivo di aumentare significativamente l’efficacia delle missioni umane verso la Luna.

Nel campo della robotica per l’esplorazione spaziale, gli ingegneri sviluppano spesso diversi prototipi terrestri, ciascuno destinato a validare aspetti specifici del robot: il telaio mobile, i sensori, gli attuatori (bracci…) e anche il cosiddetto concetto operativo.

Per testare il concetto operativo del “rover assistente astronauta”, il CNES sta sviluppando un prototipo funzionale in scala 1:3.

3) Esempi di funzionalità e scenari da testare

Per questo progetto, il CNES ha scelto il robot mobile Scout 2.0 di AgileX Robotics. Su questa base sono state sviluppate tre funzionalità: controllo vocale, navigazione autonoma e due bracci robotici.

👉 Interesse del controllo vocale per un robot lunare

Sulla superficie lunare, la tuta spaziale rende difficile l’uso di tastiere o schermi. Il controllo vocale permette agli astronauti di lavorare più rapidamente mantenendo le mani libere.

👉 Esempi di comandi vocali

I comandi possono essere dati in francese o inglese. Il modello è multilingue.

A noter que ces commandes peuvent être dites en français ou en anglais. Le modèle de langage utilisé est multilingue (même s’il ne maîtrise pas 3 millions de formes de communication… Contrairement au célèbre robot doré de Star Wars !).

Ciò richiede un’IA embedded frugale.

Questa soluzione (modello Hammer 2.1) è stata sviluppata da Thales e integrata in un modulo hardware dedicato (kit AMD VEK280).

4) Scelta dei componenti per la navigazione autonoma

Per dotare il dimostratore di navigazione autonoma, il CNES ha scelto il kit R&D ROS2 di Génération Robots. In combinazione con lo SCOUT 2.0, ha permesso di utilizzare una piattaforma robusta, accessibile e rapidamente operativa.

Il kit consente di risparmiare diverse settimane grazie a un’integrazione già pronta, sensori compatibili e architettura aperta.

Punti di forza	Per ambienti ostili
Mobilità all-terrain	Test su superfici irregolari
Integrazione ROS2	Accelerazione sviluppo
Sensori + calcolo	Facilitare i test di percezione e navigazione
Piattaforma modulare	Aggiungere e adattare rapidamente nuove attrezzature

Il kit scelto include i seguenti sensori:

Una centrale inerziale Phidget Spatial

Su questa base, coerente e immediatamente operativa, il CNES ha implementato una soluzione di navigazione autonoma utilizzando package ROS2 standard:

robot_localization, che produce una localizzazione robusta realizzando una fusione dei dati GPS + IMU + odometria delle ruote. Questo package implementa a tal fine un filtro di Kalman esteso (EKF).
NAV2, la soluzione classica di navigazione robotica. Questo package richiede in ingresso una mappa di navigabilità, creata a partire dalla nuvola di punti LiDAR.
La funzione di follow_me sfrutta il body tracking della telecamera ZED 2i.

5) Integrazione dei bracci robotici

Per dotare il dimostratore di navigazione autonoma, il CNES ha scelto il kit R&D ROS2 sviluppato da Génération Robots. In combinazione con lo SCOUT 2.0, questo kit ha permesso ai team di basarsi su una piattaforma mobile robusta, accessibile e rapidamente operativa.

Il kit R&D ROS2 consente di iniziare più velocemente grazie a una piattaforma pronta all’uso, progettata per semplificare integrazione e sviluppo.

Sono disponibili diverse versioni: descrivici il tuo progetto e ti guideremo verso la soluzione più adatta. 👇

I bracci robotici permettono di eseguire operazioni di manipolazione e presa.

In futuro, saranno utilizzati anche per attività logistiche: pulizia pannelli solari, installazione strumenti, assemblaggi.

Equipaggiamento scelto per i bracci robotici:

L’integrazione meccanica utilizza i rail del robot.

L’integrazione software è stata notevolmente facilitata dalla piattaforma ROS2. I package necessari al controllo dei bracci sono disponibili e possono essere personalizzati dall’utente.

Allo stato attuale, i bracci vengono controllati in due modi: o tramite una manetta di gioco Logitech F710, oppure direttamente dal rover utilizzando dei ROS Bag.

Nelle fasi successive del progetto, è previsto che l’unità centrale del robot possa controllare i bracci in tempo reale, al fine di eseguire operazioni più complesse.

È importante sottolineare che nello spazio la sicurezza degli astronauti rappresenta una priorità assoluta. Il dimostratore integra già alcune funzioni di sicurezza.

Ad esempio, in modalità follow-me, quando l’astronauta si avvicina al robot, quest’ultimo arretra per evitare qualsiasi contatto. Allo stesso modo, i bracci sono configurati per limitare la forza di contatto.

Verso una base lunare permanente: le innovazioni spaziali europee

L’esplorazione lunare si basa sullo sviluppo di tecnologie innovative, progettate per adattarsi alle condizioni estreme dell’ambiente spaziale.

Le partnership tra il CNES, l’ESA e industrie europee come Génération Robots consentono di validare i mattoni tecnologici necessari alla realizzazione di questi robot, garantendo al tempo stesso un elevato livello di sicurezza per gli astronauti.

Questi sforzi collettivi sono fondamentali per rendere possibile un’esplorazione della Luna sostenibile, efficace e duratura.

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Vanessa Mazzari

Responsabile Marketing – Génération Robots