A Spinoff a Day – Laser 3D per incrementare l’efficienza e la sicurezza di macchine in movimento

Durante la progettazione della Stazione Spaziale Freedom, agli inizi degli anni ’90, gli ingegneri NASA dovettero affrontare il problema del corretto aggancio in orbita dei vari moduli che la componevano. Una parte delicata del processo era destinata agli astronauti che, con l’aiuto del Canadarm, avrebbero dovuto collegare perfettamente i diversi componenti, ma come dare loro indizi esatti del posizionamento?

Neptec Design Group, un’azienda canadese, propose una tecnologia chiamata Space Vision System (SVS) in grado di triangolare nello spazio la posizione di alcuni target precedentemente impostati. In particolare, in diversi punti della superficie esterna dei moduli sono applicate delle patch di biossido di silicio ricoperte di Inconel, una superlega a base di nichel e cromo, che non riflettono nello spettro elettromagnetico. Ora, conoscendo la posizione di questi target, grazie al sistema SVS gli astronauti possono ricavare la loro collocazione finale e il loro orientamento in tempo reale, e perciò agganciarli correttamente senza sprechi di tempo. Sebbene la Stazione Spaziale Freedom non sia mai stata completata, questo sistema è stato utilizzato per costruire la Stazione Spaziale Internazionale.

Lo Space Vision System è stato utilizzato anche in seguito al disastro dello Space Shuttle Columbia nel 2003, inizialmente per analizzare i video dell’incidente e in seguito per rispettare le nuove direttive, ossia effettuare ispezioni più dettagliate degli space shuttle prima del rientro, attraverso l’atmosfera. Neptec ha preso la palla al balzo e ha integrato i suoi sistemi di rilevazione immagini 3D con ulteriori applicazioni. Ecco che, installando una videocamera laser (Laser Camera System – LCS) sul Canadarm è divenuto possible avere fotografie del sistema di protezione termico degli shuttle e, grazie alla triangolazione, creare una mappa tridimensionale dello scafo della navetta, inviarla a terra dove gli ingegneri potevano creare un modello fisico utilizzando una stampante 3D. Considerati i passi avanti effettuati grazie a questa tecnologia, NASA ha finanziato la creazione del TriDAR 3D, un sensore che combina la tecnologia LCS con un sistema LIDAR a lungo raggio, che permetteva un perfetto rendezvous ed attracco degli shuttle alla ISS. La tecnologia traccia ora le navicelle senza l’uso di target o marcatori, e può operare nel buio completo (pensiamo che era stata sviluppata per preparare una missione unmanned per riparare l’Hubble Space Telescope).

Come potrebbe essere utile sulla Terra questa tecnologia? Ecco la domanda che si è posta Neptec in seguito alla chiusura del programma shuttle, ma non è stato per nulla difficile trovare le risposte, basta chiedere ai piloti di elicotteri come riescono a vedere attraverso la polvere durante i decolli e gli atterraggi, ad esempio. Non solo: grazie ad un laser scanner 3D (l’Obscurant Penetrating Auto-Synchronous Lidar) è ora possibile, per chi lavora in ambienti disagiati, guidare macchinari in maniera sicura, perché OPAL permette di avere una visuale in tempo reale dei punti ciechi, o di zone eccessivamente buie, magari in acque torbide, il tutto con un’alta resistenza ai carichi e alle vibrazioni.

Un sistema laser 3D ottimizza la visuale in ambienti bui © NASA / Veronica Remondini

Per approfondire:

Spinoff nel dettaglio [ENG]

Space Station Freedom [ENG]

Funzionamento dei sistemi di posizionamento real-time [pdf online – ENG]

Sito di Neptec [ENG]

Space Vision System e Laser Camera System

TriDAR [ENG]

STS-135 Undock and Flyaround: TriDAR Thermal image playback

Utilizzo di OPAL in un punto cieco di un mezzo pesante

Presentazione completa powerpoint originale in inglese, traduzione italiana a cura di Veronica Remondini.