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In sviluppo un nuovo rover in grado di esplorare i terreni più difficili

14 ottobre 2020
Realizzato con una coppia di veicoli a due ruote, il rover DuAxel della NASA è progettato per discendere i lati del cratere e le scogliere quasi verticali della Luna, di Marte e di qualsiasi altro pianeta.

Un rover arranca su un terreno roccioso, le sue quattro ruote metalliche sferragliano finché non incontrano un pericolo apparentemente insormontabile: un ripido pendio. In basso c'è un potenziale tesoro di obiettivi scientifici. Con i rover attuali, gli operatori avrebbero bisogno di trovare un altro obiettivo, ma questo è DuAxel, un robot costruito per situazioni esattamente come questa.

Il rover è in realtà costituito da una coppia di rover a due ruote, ciascuno chiamato Axel. Per superare i terreni più avversi, il rover si può fermare, abbassare il telaio e fissarlo a terra prima di dividersi sostanzialmente in due parti. Con la metà posteriore di DuAxel (abbreviazione di "dual-Axel") saldamente in posizione, la metà anteriore si può sganciare e rotolare via su un singolo asse. Tutto ciò che collega le due metà ora è un cavo che si srotola quando l'asse principale si avvicina al pericolo e scende in corda doppia lungo il pendio, utilizzando strumenti riposti nel mozzo della ruota per studiare un luogo scientificamente attraente che normalmente sarebbe fuori portata.

Questo scenario è stato verificato nello scorso autunno durante un test sul campo nel deserto del Mojave, quando un piccolo team di ingegneri del Jet Propulsion Laboratory della NASA ha sottoposto il rover modulare a una serie di sfide per testare la versatilità del suo design.



"DuAxel si è comportato molto bene sul campo, dimostrando con successo la sua capacità di avvicinarsi a un terreno impegnativo, di ancorarsi e sganciare il suo rover Axel collegato", ha detto Issa Nesnas, un tecnologo di robotica al JPL. "Axel ha quindi manovrato autonomamente lungo pendii ripidi e rocciosi, dispiegando i suoi strumenti senza la necessità di un braccio robotico."

L'idea alla base della creazione di due rover collegati da un asse che possono combinarsi in uno unico con un carico utile centrale è quella di massimizzare la versatilità: la configurazione a quattro ruote si presta a percorrere grandi distanze attraverso paesaggi aspri; la versione a due ruote offre un'agilità che i rover più grandi non possono ottenere.
"DuAxel apre l'accesso a terreni più estremi su corpi planetari come la Luna, Marte, Mercurio e forse alcuni mondi ghiacciati, come la luna di Giove Europa", ha aggiunto Nesnas.
La sua flessibilità è stata costruita pensando alle pareti dei crateri, ai pozzi, alle scarpate, alle prese d'aria e ad altri terreni estremi su questi mondi così diversi dal nostro. Questo perché sulla Terra, alcuni dei migliori luoghi per studiare la geologia si possono trovare negli affioramenti rocciosi e sulle pareti rocciose, dove molti strati del passato sono ben esposti. E sono già abbastanza difficili da raggiungere qui, figuriamoci su altri corpi celesti.

La mobilità del rover e la capacità di accedere a luoghi estremi è una combinazione allettante per Laura Kerber, geologa planetaria del JPL. "Questo è il motivo per cui trovo che il rover Axel sia fantastico", ha detto. "Invece di cercare sempre di proteggersi da pericoli come la caduta o il ribaltamento, è progettato per resistervi".

Una storia a due ruote

Il concetto di due veicoli robotici che funzionano come uno solo fonda le sue radici alla fine degli anni '90, quando la NASA iniziò a esplorare idee per rover modulari, riconfigurabili e autoriparanti. Ciò ha ispirato Nesnas e il suo team al JPL a sviluppare il robot robusto e flessibile a due ruote che sarebbe diventato Axel.
Hanno immaginato un sistema modulare: due assi potrebbero attraccare su entrambi i lati di un carico utile, per esempio, o tre assi potrebbero attraccare a due carichi utili, e così via , creando un "treno" di assi in grado di trasportare molti carichi utili. Questo concetto soddisfaceva anche il requisito di "autoriparazione" della sfida della NASA: se un Axel dovesse rompersi, un altro potrebbe prendere il suo posto.

Lo sviluppo di Axel è rimasto concentrato sul trasporto modulare fino al 2006, quando le immagini satellitari della superficie marziana hanno rivelato canaloni nelle pareti dei crateri. Successivamente, la scoperta di quelli che sembravano essere deflussi stagionali di acqua liquida - caratteristiche scure note come RSL o recurring slope lineae - ha accresciuto l'interesse nell'utilizzo di robot per prelevarne dei campioni. Gli scienziati volevano sapere se i canaloni e le RSL erano causati da flussi d'acqua o da qualcos'altro.
Ma le pendenze sono troppo ripide per un rover convenzionale, anche per Curiosity o per il rover Perseverance che presto atterrerà su Marte, entrambi progettati per attraversare pendenze fino a 30°. Per esplorare direttamente queste aree sarebbe necessario un diverso tipo di veicolo.

Così Nesnas e il suo team hanno iniziato a sviluppare una versione di Axel che sarebbe stata legata a un lander, usando il cavo non solo per scendere dal lato di un cratere o da una ripida parete del canyon, ma anche per fornire energia e comunicare con il lander. Le sue ruote potrebbero essere dotate di sporgenze più alte, o battistrada, per una maggiore trazione, mentre i mozzi delle ruote potrebbero ospitare microscopi, trapani, palette per la raccolta dei campioni e altra strumentazione per studiare il terreno. Per girare, l'asse ruota semplicemente una delle sue due ruote più velocemente dell'altra.
L'interesse per la flessibilità del concetto ha portato a una serie di progetti a due ruote, tra cui A-PUFFER e BRUIE del JPL, che estendono la possibilità di esplorazione a nuove destinazioni e applicazioni, anche sott'acqua su mondi ghiacciati.

Nonostante la versatilità dell'Axel legato a una corda era stata riscontrata una notevole limitazione quando usato in combinazione con un lander fermo: il lander doveva trovarsi a una distanza di discesa in corda doppia dal lato del cratere, richiedendo un grado di precisione di atterraggio che potrebbe non essere possibile per una missione planetaria.
Per rimuovere questo requisito e aumentare la mobilità, il team è tornato al design modulare originale, lo ha adattato al nuovo Axel legato e lo ha chiamato DuAxel.

"Il vantaggio principale dell'utilizzo di DuAxel è chiaro quando si ha incertezza sul luogo di atterraggio, come avviene su Marte, o si desidera trasferirsi in una nuova posizione per calarsi in corda doppia ed esplorare con Axel", ha affermato Patrick Mcgarey, un tecnologo robotico presso JPL e membro del team DuAxel. "DuAxel consente una guida senza cavi dal sito di atterraggio e consente l'ancoraggio temporaneo al terreno perché è essenzialmente un robot realizzato per l'esplorazione planetaria".

Sebbene DuAxel rimanga una dimostrazione tecnologica e sia in attesa di essere assegnato una destinazione, il suo team continuerà ad affinare la sua tecnologia; in questo modo, quando sarà il momento, il robot sarà pronto a calarsi dove altri rover hanno paura di scendere.

fonti: NASA Jet Propulsion Laboratory

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