Lo sviluppo esplosivo dell’industria spaziale (2) Avvio di una industria.

ambiente lunare processo evolutivo robot robotica sistema autoreplicante
Un Robonaut impegnato negli esercizi mattutini di Tai Chi Chuan

                                 

Questo documento è apparso come preprint nel Journal of Aerospace Engineering Volume 26 Issue 1 (January 2013). la traduzione riguarda solo il capitolo denominato “Bootstrapping a Solar System Industry” ma in prospettiva vorremmo tradurre il documento per intero. Si consiglia di leggere i capitoli nella corretta sequenza. Abbiamo già tradotto l’abstract e l’introduzione in: 

Lo sviluppo esplosivo dell’industria spaziale – 1

I sistemi autoreplicanti sono stati studiati come un metodo innovativo per accedere in regime di economia alle risorse spaziali (Freitas e Gilbreath 1980; Tiesenhausen e Darbro 1980; Freitas e Zachary 1981; Chirikjian 2004). Uno studio estivo del 1980 presso il Centro di Ricerca NASA Ames (Freitas e Gilbreath 1980) ha mostrato che l’esistenza di macchine in grado di autoriprodursi sarebbe teoricamente possibile, ipotizzando come punto di partenza un insieme autoreplicante di 100 tonnellate, tra cui 12 per i robot con funzione di apripista, 4,4 tonnellate di robot per l’estrazione mineraria e 4 tonnellate per i robot di assemblaggio e riparazione mobile, tanto per fare qualche esempio. Anche Freitas e Zachary (1981) si sono serviti della cifra di 100 tonnellate per ogni replicazione. Lo studio del 1980 ha raccomandato tra l’altro un programma di sviluppo tecnologico per le tecnologie abilitanti. Questo programma ha effettivamente avuto luogo negli ultimi tre decenni, in gran parte trainato da un’industria commerciale non impegnata nello spazio, ma anche, nell’ultimo decennio, dal Progetto Constellation. Di conseguenza, il valore di queste masse per replicazione può essere ridotto. Per esempio, le masse di “escavatore” utilizzate in questo documento sono solo 0,35 tonnellate per l’hardware “pilota” di prima generazione, basato sugli studi commerciali e sulla nostra esperienza con escavatori lunari robotici e apripista recentemente sviluppati e collaudati sul campo (Zacny et al. Mueller et al., 2009; Mueller e Re 2008).

Lo studio del 1980 descriveva il replicatore “pilota” come una grande fabbrica, con operazioni di magazzino, calcolo centralizzato e la costruzione di strutture significative. Lipson e Malone (2002) hanno mostrato come la tecnologia di Solid Freeform Fabrication (nota anche come produzione incrementale, o stampa 3D) potrebbe ridurre la complessità di una produzione nello spazio, riducendo così la massa del primo replicatore pilota. 

Ci sono diverse strategie aggiuntive per ridurre la massa di lancio di un replicatore pilota. La prima è quella di identificare e utilizzare solo il sistema più semplice in grado di replicare. Il secondo è evitare la completa “chiusura”. La chiusura è la capacità di replicare tutti gli aspetti del sistema nello spazio in modo che non sia richiesto più nulla dalla Terra per il suo funzionamento. La chiusura quasi completa è molto più facile da raggiungere di quella completa (Freitas e Gilbreath 1980), perché la produzione di elettronica e chip di computer richiede attrezzature pesanti e high-tech che sarebbe costoso lanciare dalla Terra e impegnerebbe gran parte delle risorse del settore durante il processo di replicazione. Tuttavia, la chiusura incompleta comporta il lancio di masse molto maggiori in una fase successiva quando l’industria cresce esponenzialmente, come dimostreremo in seguito.

Una terza strategia, che a quanto sappiamo non è stata ancora discussa nella letteratura scientifica, è quella di iniziare con un sistema più semplice e sub-replicante e portarlo ad evolversi verso la capacità di autoreplicazione. In questa strategia, il sistema in evoluzione non potrebbe mai diventare un “autoreplicatore” anche dopo aver eventualmente raggiunto la chiusura completa, perché ogni generazione riuscirebbe a creare qualcosa di significativamente più avanzato rispetto a se stessa. Quest’ultima è la strategia che abbiamo adottato in questo lavoro.

 

ambiente lunare processo evolutivo robot robotica sistema autoreplicante
Robonaut telefona a casa

 

Il primo carico di materiale inviato sulla Luna sarà composto di hardware high-tech prodotto sulla Terra. Tuttavia, i costi elevati di lancio richiedono una limitazione della massa, cosicché il nuovo impianto non avrà una capacità produttiva sufficiente per autoreplicarsi. Costruirà invece un insieme di hardware di base fatto con materiali poveri, quindi la seconda generazione (vedi tab.1) sarà in realtà più primitiva e inefficiente della prima. A partire da quel punto si dovrà avviare una spirale di avanzamento tecnologico finché l’impianto in costruzione sulla Luna non avrà portato a maturazione le proprie capacità, analogamente a quanto successo all’industria sulla Terra.

Questo “approccio evolutivo” offrirà diversi vantaggi. In primo luogo l’industria sulla Luna potrà svilupparsi diversamente rispetto alla Terra. L’ambiente, i materiali di produzione, gli operatori (robot invece che esseri umani), i prodotti e i mercati di destinazione saranno completamente diversi. Assegnare un tempo ragionevole per la crescita farà sì che possa svilupparsi un giusto insieme di tecnologie e metodi che si adegui naturalmente a queste differenze. In secondo luogo, l’approccio evolutivo supporterà lo sviluppo dell’automazione in modo che l’industria possa poi diffondersi ben oltre la Luna.

La spirale di crescita tecnologica svilupperà i “lavoratori” robotizzati in parallelo alle fabbriche. Inoltre migliorerà le tecniche automatiche di produzione come la stampa 3D. Il terzo vantaggio, e probabilmente il più importante, sarà quello economico. Come dimostriamo qui, un’economia spaziale può crescere e richiedere molto rapidamente quantità imponenti di elettronica e robotica a meno che non vi sia una chiusura completa. Entro pochi decenni i minuscoli chip di computer diventeranno troppo costosi da lanciare perché l’industria crescerà in modo esponenziale, e quindi ci sarà bisogno in breve tempo di macchine litografiche disponibili sulla Luna in grado di produrli. Secondo l’approccio di tipo evolutivo, sarà possibile inviare sulla Luna solo un piccolo e primitivo gruppo di macchine in qualità di “coloni” e l’industria lunare nascente si svilupperà nel tempo – seppure rapidamente – verso la produzione di prodotti altamente sofisticati che la Terra non potrà più permettersi di lanciare.

Tutto questo può sembrare troppo ambizioso a un lettore messo per la prima volta di fronte all’idea, ma la chiave è l’avanzamento tumultuoso attualmente in corso nel mondo della robotica. Quando nei prossimi dieci o vent’anni la destrezza manuale, la capacità di riconoscimento visivo e quella di prendere decisioni autonome saranno migliorate, i robot sapranno costruire macchine litografiche sulla Luna con la stessa semplicità dei loro analoghi operai umani sulla Terra. Questo futuro non è lontano, considerando il tasso esponenziale di sviluppo tecnologico nelle industrie terrestri. Gli esperti in robotica sono ottimisti sulla possibilità che i necessari livelli di automazione vengano raggiunti in tempo per rispettare la tabella cronologica qui esposta. (tab. 1 – Moravec 2003)

 

Quindi l’obiettivo è che i primi robot “colonizzatori” costruiscano sulla Luna una serie di macchine con una tecnologia, diciamo, settecentesca, e poi gradatamente la sviluppino fino a raggiungere l’attuale livello. Noi sosteniamo che questo obiettivo può essere realizzato in pochi decenni. Ci sono ragioni per cui questa spirale tecnologica sarà completata più facilmente e più velocemente di quanto lo è stata originariamente sulla Terra. In primo luogo, la maggior parte della tecnologia non ha bisogno di essere reinventata: le conoscenze saranno fornite dai tecnici umani. In secondo luogo, la Terra fornirà supporto materiale nelle prime fasi. Spediremo i robot gestibili da Terra e il macchinario elettronico più complesso prima di raggiungere la chiusura. D’altra parte, ci saranno nuove sfide. Ad esempio, dobbiamo acquisire esperienza nell’ambiente lunare per imparare ad adattarvi le tecnologie terrestri.

Per fare un confronto, il processo di evoluzione felicemente riuscito sulla sterile regolite dei continenti terrestri iniziò con gli organismi monocellulari, seguiti da funghi e licheni Questo creò il terreno superiore (Kenrick e Crane 1997, Sleep and Bird 2008) su cui le diverse piante poterono far presa (Sheer 1991). Vennero poi gli animali, gli esseri umani, la civilizzazione, e le industrie sempre più sofisticate. Per avviare l’industria sulla regolite sterile della Luna non vogliamo “iniziare dall’inizio”, poiché ciò richiederebbe l’uso di nanotecnologie analoghe agli organismi monocellulari di cui sopra, e ancora non ne disponiamo. Non vogliamo però nemmeno “iniziare dalla fine”, perché ciò richiederebbe di lanciare sulla Luna un’enorme rete pienamente integrata di robot e beni industriali, troppo mastodontica perché ciò sia possibile. Ci auguriamo invece di “iniziare dal centro” del processo, con robonauti e stampanti 3D che richiedono una rete complessa e interdipendente, ma non un vero e proprio “ecosistema” completamente sviluppato.

ambiente lunare processo evolutivo robot robotica sistema autoreplicante
Robonaut: al lavoro!

Soffermiamoci a discutere la plausibilità e la convenienza di questo approccio intermedio. Per il concetto di industria lunare presentato qui non pensiamo che il termine “autoreplicante” sia appropriato e quindi lo eviteremo. Autoreplicante è per definizione un qualcosa di autonomo con tutte le sue parti localizzate in un insieme completo, chiuso. L’intero insieme crea un nuovo insieme completo che si trova in una nuova collocazione geografica prima che inizi il ciclo di replica successivo. Tutto ciò è diverso da quello che succede nell’industria e nella biologia terrestre. Intanto né le imprese né le industrie sono autoreplicanti, e anche se le specie biologiche in effetti lo sono, tuttavia per sopravvivere esse richiedono un vasto numero di altre specie in una ecologia altamente connessa, e l’ecologia non opera in un ciclo di replicazione sincronizzato.

Pensiamo che la complessità interconnessa di questi esempi sia la topologia più idonea per l’industria spaziale, perché è quella che si verifica naturalmente e quindi è probabilmente la più efficace e la più adatta per la sopravvivenza, così come la più facilmente implementabile attraverso un processo evolutivo. Quello che faremo pertanto è di evitare che le varie attività hardware rimangano forzatamente confinate in un insieme chiuso, permettendo invece che il trasporto si sviluppi naturalmente tra più siti produttivi specializzati. Così le macchine litografiche per la produzione di chip informatici potrebbero essere collocate in un solo laboratorio sulla Luna, mentre i loro prodotti distribuiti in altri siti per essere incorporati in robot e macchine. L’impianto originario potrebbe essere costruito con una capacità superiore a quanto strettamente necessario al fine di prevedere l’espansione e ottenere economie di scala. La complessità di questo network interconnesso non è visibile nei modelli qui presentati, ma sarà evidente quando si costruiranno modelli per la futura espansione dell’industria al di là della Luna, considerando che le risorse spaziali vengono distribuite in “zone” a causa dei processi di formazione del Sistema Solare (Hartmann 1985).

Traduzione di ROBERTO FLAIBANI

Editing di DONATELLA LEVI

 

Il titolo originale dell’intera opera e gli autori sono:

robot, stampa 3D, industria spaziale

 

 

Annunci

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...