@Astro_Luca and the space robots

Spheres Luca 2As I prepare to run a new experiment on the Space Station I cannot not help but think, once again, of the movie Star Wars. In one famous scene the young Luke Skywalker is trained to use his powers with a small, cute droid. As it floats in front of him the droid forces Luke to react quickly with his lightsaber to avoid being hit by laser fire.

The same scene must have impressed a professor at the MIT in Boston, USA, as he asked his students to develop the same little robot. Today I am going to work with two of these three droids we have on the Space Station as part of an experiment called SPHERES. The testing program includes a series of experiments in which the red droid (without excessively straining my imagination I have called it Red) will perform a series of manoeuvres around the other, blue-coloured droid (I have called this one Blue!). Red will receive the flight plan through a smartphone that is connected to its electronic brain and my job is to prepare the workspace, send the commands through an interface on a computer and monitor the execution of its flight plan to intervene if necessary. The interface is intuitive and vaguely familiar because it is similar to what I used on K10, the little exploratory rover that is part of another experiment.

The two droids are as big as a football and shaped like a polyhedron that Leonardo da Vinci would have liked. They use high-pressure carbon dioxide for their small engines with a series of nozzles that are placed so they can move in three dimensions. Their operation space is limited by five antennas that communicate with the robot’s sensors.

A first test is used to check the engines. The rhythmic “click-click ” caused by the opening and closing of the valves will become a very familiar sound during the next few hours of testing.

I position the two robots at the centre of the area that has been assigned to them, trying as much as possible to set them perfectly still. When I give the go-ahead to start the flight plan, Blue moves to the centre of its airspace, while Red waits with robotic, infinite patience until its partner is ready. As soon as Blue is in position (it is amazing to watch the droid stay absolutely still in an environment where everything is in constant motion), Red starts to work performing the flight plan. Red orbits its companion following a series of navigation points in three-dimensional space. Its trajectory is visible through the interface and, in real-time, I also see the relative positions of the two droids: the smartphone’s camera allows me to see what Red sees while performing its inspection. Red completes the manoeuvre perfectly and the ground-team following the experiment gives me the OK to go ahead with the rest of the experiment. Over the next 90 minutes Red follows increasingly complex three-dimensional paths around its companion with me intervening only sporadically when the flight plan is not correctly observed by the robots.

Spheres Luca 3But Red and Blue will not be used to train Luke (or Luca unfortunately). The idea of ​​being able to control robots in space may sound simple (and it is), but when it comes to controlling several coordinated robots the problem is increased exponentially. In today’s case Blue remained perfectly still in the middle of its assigned space, so Red’s trajectory was free of obstacles. But if Blue had failed by only a few millimetres Red would have crashed against the Space Station walls. This is not a problem during an experiment but in an operational environment such risk is unacceptable.

This type of experiment is needed to understand how we can use of robots to perform tasks instead of human beings. A robot that can move independently is highly beneficial for future exploration, from inspections of spaceships to analysing atmospheres. The advantage of using a swarm of small robots is that they could work together to replace a large robot. It is difficult to bring large and heavy objects into orbit but small droids could be transported in otherwise unusable space and travel at very low cost. One could even think of launching the pieces of a spacecraft together with small robots who would assemble spacecraft independently!

Sounds like science fiction, but little more than a hundred years ago so was flying. It may seem very futuristic – but the first day of the future is tomorrow.

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28 Responses to @Astro_Luca and the space robots

  1. Buongiorno Luca,
    chiaro, interessante, direi tridimensionale (per quanto è spiegato bene questo esperimento con Rosso e Blu, ho sentito anche il “click click”! ).

    Solo una riflessione…
    Lei sta scrivendo il futuro, un giorno alla volta, un esperimento alla volta.
    E sempre per essere in linea con il suo modo di vedere (ormai abbracciato anche da molti di noi) mi è venuta in mente una bellissima frase di Roosevelt :“Il futuro appartiene a coloro che credono alla bellezza dei propri sogni”.
    Go Luke!

  2. Daniele Patanè says:

    Una descrizione bellissima per un esperimento parecchio complicato! Sono sicuro che in futuro vedremo piccoli sciami di robot fare lavori altrimenti noiosi o rischiosi……con robotica stoica pazienza. Buon lavoro Luca

  3. Veramente molto interessante!
    Già lo era la sperimentazione intorno a K10, ma qui forse lo è ancora di più.
    Io credo che veramente qui ci sia il futuro dell’uomo, un futuro sempre più prossimo.
    Mi piace l’immobilità del droide Blu e la vivacità mobile del droide Rosso che gli ruota intorno.
    Mi piace che l’uomo ci si metta nel mezzo, per così dire, impegnandosi al massimo per realizzare una collaborazione di equilibrio e di sintonia fra fra i due, il Blu e il Rosso.
    Mi piace come l’uomo abbia un ruolo al riguardo e mi piace in fondo il fatto che anche nel futuro l’uomo possa essere partecipe e protagonista, perchè se il robot potrà lavorare in autonomia, questo sarà possibile sembre grazie all’uomo.
    Mi affascina moltissimo il concetto di micro, al servizio del macro.
    ” tutto ciò che è voluminoso e pesante è estremamente difficile da portare in orbita, mentre dei piccoli droidi potrebbero essere inseriti in spazi altrimenti non utilizzabili e viaggiare a costi molto ridotti. Si potrebbe perfino pensare di lanciare i pezzi di un’astronave in orbita insieme a piccoli robot pronti ad assemblarla in maniera più o meno indipendente!” parole tue.
    Tu parli di cento anni, indicativamente è chiaro. Io azzarderei anche cinquanta anni perchè mi piace essere ottimista e positiva……
    Buon lavoro !

    ps: Tu hai una grande capacità narrativa.

  4. Alessandro says:

    Grandissimo Luca, ti invidio tantissimo e pur essendo appassionato da sempre di tutto ciò che riguarda aviazione, aeronautica ed astronautica solo da qualche anno ho iniziato a seguire con sempre maggiore interesse quello che accade sulla ISS. Ho letto, anzi divorato, il libro del tuo collega Paolo Nespoli che consiglio a tutti (Dall’alto i problemi sembrano più piccoli) e seguito prima il col. Chris Hadfield e adesso te sui vari social. Non ti nego che ogni tanto mi fermo imbambolato a guardare il cielo e a pensare, sorprendendomi ogni volta, al fatto che lassù ci siano 6 persone in una scatola che girano attorno alla terra a quasi 30.000km/h galleggiando a zero G. Mi scuso per aver banalizzato il concetto e non so neppure perché lo sto scrivendo ma per quanto la parte razionale del mio cervello ritenga tutto questo perfettamente logico, c’è una parte che ancora non se ne fa una ragione. Ti chiedo solo, se avrai tempo, di scrivere prima possibile un libro in cui racconti la tua avventura. Anzi mi offro io di scriverlo se mai volessi perdere tempo a raccontarmela. Ti auguro tutto il successo che ti meriti e ti ricordo che sei l’orgoglio del tuo paese.
    Ah proprio in questo momento mi rendo conto che sto mandando una lettera verso una scatola orbitante a velocitá inimmaginabili con dentro qualcuno che probabilmente la leggerà pure. E ancora faccio fatica a credere che sia vero…
    Good Luck
    Ale

  5. Tobias Reining says:

    Hi!

    I wish you the best for the remaining months up in the station!
    Now that just 3 of you are floating up there (actually moving with 8km/s), the next expedition should arrive fairly soon (i think)!

    Greetings from Vienna!

  6. Carmela says:

    Ciao Luca…. ho letto tutto attentamente… ho capito solo un quarto… ma mi piace un sacco lo stesso!!!!! la magia di come scrivi tu le cose..è .super! anche l’algebra dienta poesia! Mi sa mi sa che un libro da scrivere ti sta già aspettando… o due? ma anche tre!

  7. Alessandra Barucchieri says:

    Si… quasi al centro di un episodio di “Guerre Stellari” oppure un prologo del Ciclo dei Robot di Asimov… e la capacità narrativa è sicuramente all’altezza!!!! Grazie Luca per questo scorcio di futuro… un futuro veramente prossimo spero!
    Buon lavoro e … “Che la forza sia con te!” 🙂
    Alessandra

  8. Angela says:

    “il primo giorno del futuro è domani.”… adoro il giovane Luke Skywalker. : ))

    Sembra fantascienza sì. Come ti ho già detto: questo è l’esperimento che mi affascina di più; forse perché, visto da fuori, sembra un gioco? Probabile. Invece, anche dopo aver letto, la faccenda qua è abbastanza complicata. 😀 ahahahah
    Scherzi a parte, il vero fascino sta proprio nel fatto che si viene proiettati in un futuro apparentemente inarrivabile, e che invece è dietro la porta. Dove vediamo barriere, limiti, distanze e spazi incolmabili… dove trovano posto domande dettate da una curiosità insaziabile verso ciò che appare impossibile ed irrealizzabile. Ovviamente, per chi “c’è dentro”, è più semplice toccare tutto questo, il domani, con mano; per noi (da profani) è un po’ più complicato… ci mettiamo più tempo, però arriviamo comunque. 😉
    In questi mesi, con l’avvicinarmi al vostro “mondo”- lontano e misterioso perché a me sconosciuto – leggendo le tue risposte alle mille domande, guardando, imparando… anche quel concetto di inarrivabile è andato scemando. Molte volte sono rimasta sbalordita, ho sgranato gli occhi, mi sono incantata… però adesso capisco che quel futuro che consideravo troppo lontano, in realtà non lo è. Ero io ad essere lontana.
    Ed anche questo lo devo a te. 😉
    Buon lavoro, Campione! Il mio abbraccio lungo lungo…

    • Angela says:

      PS: chiariamo che mi riferisco al saggio Skywalker Luke, quello giovane, di casa nostra. Non me ne voglia l’altro ma, sono leggermente di parte. 😉

  9. Emanuele says:

    Good luck! O forse è meglio <>

  10. Alba Connio says:

    Luca: Cada persona es dueña de sus sueños , en el sentido “literal” de la palabra. Estos otros “sueños”, que se realizan despiertos, que se concretan, que se comparten, los que tienen la ciencia, la tecnòlogia y tantas cosas màs a su servicio, van abriendo un mundo nuevo, previsible y a la vez sorprendente. Por supuesto que cuando niño, jugando desprevenido con algùn robot, estabas lejos de imaginar todo lo que la vida te deparaba cuando grande. Y seguramente este juego que hoy estàs “jugando” marcarà tu vida para siempre. Puede la cabeza tener real conciencia de la grandeza de los momentos??? Puede?? Un abrazo.-

  11. Rosa Maria Catalano says:

    Metterò in pratica subito la tua frase bellissima: il primo giorno del futuro é già domani. Grazie per i tuoi racconti di vita vissuta. Proprio adesso l’ allarme e suonato per avvertirmi che saresti passato sopra la Svizzera, ma è ancora molto chiaro e quindi ti saluto virtualmente . Ciao Luca. Grande ammirazione per la tua personalità.

  12. Davide Dal Bo says:

    Questo articolo mi ha emozionato e fatto riflettere sul domani e sulle nostre potenzialità come esseri umani (“esseri finiti che tendono all’infinito”) e sulle opportunità di accrescere ancor di più le nostre conoscenze scientifiche e tecnologiche in un prossimo futuro, non così lontano.
    E pensare che tutto nasce da una cosa sola: la CURIOSITA’.

    Ciao Luca, grazie per le tue testimonianze!
    ________________________________
    Riguardo all’utilizzo di software e hardware per la navigazione ed interventi autonomi da parte di sistemi robotizzati, posto qui qualche link che potrebbe essere di vostro interesse.
    http://it.wikipedia.org/wiki/Deep_Space_1
    Focalizzare l’attenzione su:
    > Autonav
    > Remote Agent
    della Deep Space 1.
    Qui un video riassuntivo:
    http://www.youtube.com/watch?v=_l2BmDtx3A8&list=WL5D41F753A52A5451
    🙂

  13. Olga Garcia Crescente says:

    ….insomma, abbiamo capito che oggi ti sei divertito facendo il baby-sitter a Rosso e Blu! Bellissimo il tuo racconto, come sempre… Salutoni

  14. Maria Teresa Noto says:

    Ciao Luca,
    (eccomi qua a riscrivere il commento al tuo post; sai in molti casi la tecnologia ci tradisce e sul più bello, quando clicchi si post comment”…Lo smartphone si spegne!). Fatta questa premessa, complimenti per la sperimentazione che stai portando avanti. Parli di fantascienza di futuro, ma non dobbiamo dimenticare l’esempio datoci dal buon Jule Verne, che com i suoi sogni, con la sua immaginazione ha predetto, previsto il futuro impensabile. E quindi continuiamo a sognare, ad immaginare, a progettare e voi a sperimentare per migliorare il nostro futuro. continuo con i complimentissimi, stavolta destinati solo a te, per il tuo modo di comunicare aspetti tecnici in modo semplice, raggiungendo la curiosità sia di chi ha dimestichezza con la scienza e con gli argomenti da te trattati, sia di chi non é addentro al contesto e che viene benevolmente “rapito” da te.
    Essere capaci professionalmente, essere bravi é sicuramente un bene, ma saper comunicare con i più, comunicare in modo efficace, sintetico, brillante ed ammaliante é una dote che non molti hanno.:-)
    Ciao e buon lavoro.
    Maria Teresa

  15. annabo43 says:

    La fantascienza è una cosa che sembra sempre lontanissima, ma poi ti accorgi che è sempre…. dietro l’angolo; ricordo ancora l’emozione dei primi lanci spaziali, la cagnetta Laika e l’allunaggio e tutte le missioni spaziali poi ti accorgi che son passati giù più di 50 anni. Se poi vediamo la tecnologia alla nostra portata tutti i giorni , non ci resta riconoscere che il… primo giorno del futuro é già domani. Questo esperimento che avete eseguito sembra davvero un gioco, ma leggendo bene si nota anche un certo pericolo. Fantascientifica è invece la tua scrittura, sempre con i miei complimenti:
    Un saluto

  16. Rita Cicciarella says:

    In un momento così triste della mia vita, seguirti mi fa sognare e volare….. Penso così che oltre questa vita ce ne sia un’altra e che il futuro non è domani ma un’attimo dopo…..
    Grazie

  17. Foad says:

    Great entry Luca (like always). You are absolutely right. Here on Earth there is research going on about flying robots that can cooperate together. There is a field of that research dedicated to using this technology to assemble structures. One could think of several applications as to build shelter for people in areas hit by natural disasters as well as assembly of complex structures in which human interaction would be difficult. Canadarm2 and the shuttle arm helped us build the station. But in near future maybe they can do it on their own!

  18. Igor says:

    Il mio sogno è vedere almeno le fondamenta della prima base permanente sulla Luna.
    Credo che la strada migliore, per le esplorazioni interplanetarie, sia quella di sfruttare il nostro satellite come rampa di lancio: costi fissi per trasporti Terra-Luna e costi molto più ridotti per partire da là.
    Le missioni Apollo, che non avevano a bordo neanche Windows o Android, fluttuarono e approdarono “on the Moon” come libellule… perché non torniamo su questa filosofia astronautica?
    Ciao Luke!

  19. LucaS says:

    Grazie Luca per renderci partecipi di questa meraviglia! Solo il fatto di poter comunicare su Internet dall’orbita terrestre è strepitoso. Mi sono fatto una domanda però. Ho visto esperimenti su droni (quadricotteri) che riescono a volare in formazione in ambienti ristretti ed eseguire task complessi (anche giocare a ping pong) che, senza nulla togliere a quelli che stai testando, sembrano molto più evoluti. È il diverso sistema di propulsione che rende le cose più difficili? Perché liberi dal vincolo della gravità dovrebbero essere più semplici. O è semplicemente tecnologia sulla IA a cui non avete accesso? Una partnership avvicinerebbe il futuro più in fretta. Scusa l’ingenuità e grazie per portare avanti i nostri sogni.

  20. Davide Dal Bo says:

    Questo articolo mi ha emozionato e fatto riflettere sul domani e sulle nostre potenzialità come esseri umani (“esseri finiti che tendono all’infinito”) e sulle opportunità di accrescere ancor di più le nostre conoscenze scientifiche e tecnologiche in un prossimo futuro, non così lontano.
    E pensare che tutto nasce da una cosa sola: la CURIOSITA’.
    Ciao Luca, grazie per le tue testimonianze!
    ________________________________
    Riguardo all’utilizzo di software e hardware per la navigazione ed interventi autonomi da parte di sistemi robotizzati, posto qui qualche link che potrebbe essere di vostro interesse.
    http://it.wikipedia.org/wiki/Deep_Space_1
    Focalizzare l’attenzione su:
    > Autonav
    > Remote Agent
    della Deep Space 1.
    Qui un video riassuntivo:
    http://www.youtube.com/watch?v=_l2BmDtx3A8&list=WL5D41F753A52A5451
    🙂

  21. murali says:

    u r so great
    I love u

  22. Lorna T. says:

    Robot technology is amazing these days. Spheres are great. Have you heard of iCub ? http : //phys . org/news/2013-02-brain-icub-robot-language-video . html ( I put spaces in between the dots so there would not be a direct link on here. I did not notice any issues opening this site so far. Hopefully there aren’t any. ) I can’t imagine what that iCub computer program looks like. Humanoids are mankind’s version of CPO3. It is incredible that iCub can learn. Hopefully when many humanoids are made it won’t become a version of twilight zone with humanoids learning to multiply and take over the world. LOL. Have fun with spheres!

  23. Maria Elisabetta says:

    Ciao Luca, la tua passione per lo spazio denota una grande voglia di conoscenza e sapere. Ti sei mai posto la domanda CHI CI HA CREATO E PERCHÉ ? Credi In Dio? Spero che in un futuro prossimo si possano trovare risposte… Per ora questi esperimenti a cosa portano?
    Buon lavoro Starman.

  24. Chris Provencher says:

    Luca,
    That is an excellent summary of the activity. I don’t know that I could describe it any better. I’m glad it went well, and I’m glad you seemed to have enjoyed it. Thank you for participating in our successful telerobotics demonstration.

    Your payload developer at Ames,
    Chris

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