L’intelligenza artificiale nei sistemi spaziali

Dalla fase di produzione di satelliti e sistemi di bordo per le astronavi, al controllo da Terra, alla elaborazione delle immagini raccolte, fino ai futuri viaggi turistici nello spazio, l’AI e il deep learning hanno un ruolo insostituibile [...]
Marcello Spagnulo

ingegnere aeronautico e esperto aerospaziale

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La fantascienza ci ha sempre fornito spunti ed esempi di come l’intelligenza artificiale e i robot intelligenti si contestualizzassero sulla Terra del futuro o nello spazio profondo. Dal computer Hal di “2001 Odissea nello spazio” al C3PO di Star Wars fino alle macchine fantastiche descritte nella “Guida galattica per autostoppisti di Hitchhiker”, sembra che AI ​​e spazio siano da sempre un connubio indissolubile. Ma all’alba del nuovo secolo stiamo davvero iniziando a vedere degli esempi reali di come si possa usare l’AI nei sistemi spaziali.

L’AI nell’elaborazione delle immagini dai satelliti

I satelliti, le sonde, le astronavi e i razzi spaziali sono mezzi complessi e costosi da assemblare, e nel processo di progettazione, realizzazione e produzione ci sono processi ripetitivi e complicati che devono essere eseguiti con rigorose misure di precisione e spesso devono essere effettuate in camere ultra-pulite dove l’esposizione a potenziali contaminazioni devono essere praticamente eliminate. In questi processi la robotica intelligente è già utilizzata nel processo di produzione – ad esempio nelle realizzazioni 3D – svincolando l’attività manuale dell’uomo che si concentra sulle parti che i computer non possono assemblare. Oltra a ciò, l’AI analizza il flusso stesso di produzione per elaborare nuove ottimizzazioni funzionali e di processo per migliorare e velocizzare gli step produttivi. Si afferma per esempio nelle GigaFactory statunitensi – Tesla, Amazon, etc – l’uso di robot collaborativi – i cosiddetti cobot – che riducono la necessità di personale nelle camere pulite e garantiscono un lavoro eseguito correttamente. Ovviamente, non c’è solo la fase di produzione a beneficiare dell’AI ma molto si sta sviluppando nel settore di exploitation dei servizi spaziali, cioè di utilizzo dei dati inviati dai satelliti nello spazio in particolare di quelli per l’osservazione della Terra.

Attualmente, più di 150 satelliti di questo tipo sono attualmente in orbita trasportando sensori che misurano diverse sezioni delle regioni visibili, infrarosse e a microonde dello spettro elettromagnetico. Questa flotta di satelliti è destinata a duplicarsi nei prossimi dieci anni trascinando con sé un mercato dei dati e dei servizi derivati da essi che dovrebbe crescere del 9,4% ogni anno per un valore di mercato al rialzo totale di 12,1 miliardi di dollari entro il 2030. Questi satelliti generano migliaia di immagini ogni minuto elaborando circa 150 terabyte di dati ogni giorno e riprendendo di tutto, dalle foto alla meteorologia dai dati ambientali alle immagini radar con risoluzioni di pochi centimetri. Per archiviare ed elaborare tutta questa mole di dati, l’AI sta diventando essenziale per sostituire gli analisti che oggi sono gli unici responsabili dell’interpretazione, della comprensione e dell’analisi delle immagini. Quando un analista si appresta a interpretare un’immagine, potrebbe essere necessario un confronto ripetuto dell’area ripresa attendendo cioè che il satellite torni nella stessa posizione per riprendere ulteriormente la medesima immagine. Il potere del deep learning e del riconoscimento abilitato dall’AI incrementa il potere di analisi gestendo nell’immediato il database di dati e sovrapponendo simultaneamente milioni di immagini prodotte dai satelliti con sensori differenti. In questo modo, gli elementi informativi contenuti nelle diverse immagini possono essere incrociati e analizzati dall’AI praticamente in tempo reale.

Un esempio pratico di quanto tutto ciò sia direttamente applicabile alla vita quotidiana è dato dall’utilizzo dei satelliti per l’analisi dei disastri naturali dallo spazio. In questi casi, le immagini dettagliate dei satelliti aiutano i centri di protezione civile a vedere le vittime, a capire l’evoluzione fenomenologica del disastro e persino a cercare di comprendere come intervenire e con quali vie di accesso. I progettisti dell’Agenzia Spaziale Europea stanno puntando a dotare i futuri satelliti di osservazione della UE di AI a bordo del satellite stesso per determinare autonomamente dove si trova un disastro naturale elaborando in tempo reale le immagini dell’area per poter poi trasmettere a Terra non solo l’immagine in sé ma già un elaborato analitico che i soccorritori sul territorio possano usare senza perdere tempo ad attendere un’elaborazione ulteriore.

L’AI nei sottosistemi di bordo dei satelliti

Un ulteriore utilizzo dell’AI che sta prendendo piede e sarà sempre più diffuso nel futuro è quello del controllo autonomo della navigazione dei satelliti e dei veicoli spaziali. La SpaceX di Elon Musk per esempio sta realizzando il faraonico progetto Starlink lanciando a ripetizione una costellazione di piccoli satelliti a banda larga, ciascuno del peso di circa 220 chilogrammi, per una copertura internet-like globale. Già tre anni fa la SpaceX ha ottenuto il via libera della Commissione federale per le comunicazioni degli Stati Uniti per portare in orbita una flotta 12.000 satelliti Starlink, e sinora ne ha già lanciati 420 con soli sette lanci. Secondo l’azienda i primi servizi, in alcune regioni della Terra, potrebbero partire già entro la fine di quest’anno una volta messi in orbita almeno 720 satelliti in 12 lanci. Al di là dei progetti entusiasmanti questo numero enorme di satelliti sta letteralmente sfilando nei cieli notturni come un plotone visibile a occhio nudo di veicoli spaziali che sfrecciano a 8 chilometri al secondo sulle nostre teste. E che creano un traffico spaziale molto pericoloso.

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Lo scorso 2 settembre, l’agenzia spaziale europea ESA ha dovuto spostare il suo satellite Aelous, in orbita a 320 km di altezza, per evitare una collisione con uno Starlink. L’ESA ha dovuto gestire l’operazione in autonomia perché nessun rappresentante della SpaceX aveva reagito alle reiterate richieste di coordinamento. Curiosamente, solo dopo la manovra di Aeolus la società di Elon Musk ha dichiarato di non aver letto le mail dell’ESA a causa di un malfunzionamento della posta elettronica. Una giustificazione piuttosto ardua da considerare veritiera. La realtà potrebbe essere invece che gli americani stessero osservando la situazione perché gli Starlink avrebbero un sistema di navigazione con AI con un modulo di allerta e di manovra automatica in caso di probabile collisione. I satelliti insomma farebbero da soli e sarebbero dotati di guida autonoma, proprio come le automobili Tesla anch’esse prodotte dallo stesso Musk.

Non occorre avere un master in ingegneria aerospaziale per comprendere che se si vuole mandare in orbita 12.000 satelliti – come si propone di fare SpaceX – occorre progettarli fuori dai classici schemi che ne hanno sin qui visto la realizzazione, ed è fondamentale l’introduzione massiva di AI nei sottosistemi di bordo – a esempio di controllo, di navigazione, di propulsione e di sensoristica radar – per evitare collisioni a ripetizione. Inoltre, bisogna realizzare anche un nuovo modello di Centro di controllo a Terra, che somigli più a un sistema altamente automatizzato e intelligente di controllo del traffico in orbita, piuttosto che a un semplice centro di telemetria come le attuali stazioni terrestri.

Conclusioni

Gli aspetti sopra descritti rappresentano solo alcuni dei temi dello scontro tecnologico del XXI secolo che le superpotenze globali stanno portando avanti nel settore spaziale e in particolare nell’uso dell’AI. Ma non c’è solo il confronto politico. Negli ultimi anni, abbiamo visto compiersi grandi sforzi per la cosiddetta commercializzazione dello spazio. Diverse aziende stanno anche provando ad avviare il business dei viaggi turistici nello spazio, e l’AI sarà un elemento fondamentale per rendere lo spazio un ambiente sempre più sicuro in cui viaggiare e operare, e per permettere all’uomo di proseguire la sua avventura nell’universo.

 

 

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