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Intelligenza artificiale ibrida, Digital Twin e robot intelligenti alla base della Space Economy

Capgemini
Nov 27, 2024
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Nei prossimi anni verrà avviato il decommissioning della International Space Station (ISS). La stazione spaziale orbita intorno alla Terra dal 1998 e il deorbit, previsto in una zona remota dell’Oceano Pacifico, si concluderà nel 2031.

È quindi l’alba di una nuova era: è necessario pianificare la prossima piattaforma di esplorazione spaziale e, tra le ipotesi proposte dalle varie agenzie spaziali coinvolte, quella più concreta riguarda la costruzione di una base lunare permanente. Il progetto è estremamente ambizioso e tecnicamente impegnativo. Una prospettiva realistica e potenzialmente rilevante sia dal punto di vista scientifico, sia da quello industriale.

Space Economy: la costruzione della base lunare

Una base lunare potrebbe essere la piattaforma ideale per testare nuove tecnologie come la stampa 3D, i sistemi di fornitura di energia e l’agricoltura spaziale. La base lunare, inoltre, offre la possibilità di sviluppare soluzioni avanzate per l’esplorazione spaziale, inclusa la presenza umana, e la realizzazione di basi permanenti su altri pianeti.

La ricerca potrebbe favorire lo sviluppo di soluzioni di “In Situ Resource Utilization” (ISRU), la cui disponibilità è cruciale per la pianificazione di missioni a lungo termine nello spazio profondo. Anche tendendo in considerazione l’impraticabilità di una catena logistica terrestre in grado di soddisfare tutte le necessità della missione.

Sono diverse le tecnologie di base che dovranno essere pensate e sviluppate per la realizzazione del primo insediamento umano extra-terrestre. Da un lato è necessario sviluppare Digital Twin della base lunare e dell’ambiente in cui questa sarà realizzata. Dall’altro serviranno soluzioni di robotica intelligente in grado di operare in modo autonomo, sia per la costruzione della stazione, sia per la gestione di attività complesse, ripetitive o pericolose per gli operatori umani.

Digital Twin: la tecnologia dell’esplorazione lunare

Una preliminare esplorazione lunare risulta essenziale per monitorare le condizioni ambientali e adottare misure idonee a mitigare i vari rischi. Tale esplorazione consente di affrontare le criticità derivanti dalla mancanza di protezione atmosferica, come l’esposizione a radiazioni cosmiche, flare solari, vento solare e il rischio di impatti con meteoriti. L’esposizione prolungata a queste radiazioni può infatti comportare gravi conseguenze per la salute degli occupanti di una futura base spaziale, tra cui neoplasie, patologie cardiovascolari e danni al sistema nervoso.

Capgemini ha sviluppato una rilevante esperienza nel design e nella realizzazione di Digital Twin per l’osservazione e lo studio dell’ambiente. L’azienda è infatti capofila del progetto ESA Cyber Italy, che mira ad analizzare i fenomeni ambientali e le complesse interazioni con le attività umane. Il sistema Cyber Italy consente di analizzare la situazione attuale dell’ambiente e di simulare l’impatto di azioni e politiche volte a contrastare il dissesto idrogeologico, proteggere le aree costiere e ridurre l’inquinamento.

Le esperienze maturate nello sviluppo di tecnologie per lo studio degli ecosistemi terrestri possono essere la base per la realizzazione di Digital Twin in grado di rappresentare ambienti lunari ed extraterrestri, fornendo importanti input per la gestione della missione.

Inoltre, la recente acquisizione dei Professional Services di Unity garantisce a Capgemini le competenze per realizzare visualizzazioni interattive e tridimensionali dei Digital Twin.

Questo permette di realizzare sistemi decisionali in grado di offrire ai tecnici una facile comprensione delle complesse implicazioni dei fenomeni e di avviare analisi ipotetiche per esplorare tutte le possibili opzioni per la mitigazione del rischio.

L’AI ibrida nella progettazione di robot intelligenti

La costruzione della base lunare sarà affidata a robot intelligenti, in grado di comprendere il contesto operativo e di pianificare azioni a breve, medio e lungo termine. I sistemi di progettazione avanzata, inoltre, dovranno garantire che i robot intelligenti siano capaci di interpretare istruzioni complesse, impartite in linguaggio naturale, da un supervisore tecnico.

Tutti questi ambiziosi obiettivi, in pochi anni, troveranno nella tecnologia risposte mature. In questa prospettiva, Capgemini ha avviato studi pilota su sistemi di AI ibrida che combinano modelli di machine learning generativo in grado di analizzare dati, con fonti di conoscenza strutturata e ragionamento simbolico, tra cui: l’intelligenza artificiale simbolica tradizionale, la gestione della conoscenza, il ragionamento e la pianificazione.

Questo approccio mira a coniugare la flessibilità dei modelli generativi con la precisione, la trasparenza e la replicabilità dei risultati ottenuti con tecniche di AI tradizionali.

La visione di Capgemini consente di sviluppare sistemi capaci di comprendere l’ambiente e il contesto operativo. Sfrutta, quindi, l’intelligenza artificiale generativa e la sua visione per gestire dati multimodali ed eterogenei, come video o informazioni provenienti da diagrammi tecnici.

Gli step dell’intelligenza artificiale nella Space Economy

L’approccio di Capgemini si basa su una significativa attività di ricerca e innovazione, con impatti rilevanti a breve, medio e lungo termine.

Nel breve periodo, l’attenzione è focalizzata sull’intelligenza artificiale generativa (Gen AI) e sulla sua integrazione con tecnologie di Retrieval-Augmented Generation (RAG). Questa sinergia sta già dimostrando un notevole potenziale nell’analisi e nella sintesi di informazioni complesse. La Gen AI, potenziata dal RAG, consente la creazione di basi di conoscenza avanzate e l’interrogazione efficiente di documentazione tecnica attraverso interfacce in linguaggio naturale.

Questo approccio pionieristico semplifica la ricerca e l’estrazione di informazioni da diverse fonti, come testi, immagini e tabelle e aumenta l’accessibilità e l’utilizzo di dati complessi in vari settori.

Oggi questi sistemi sono già una realtà e Capgemini ha sviluppato un sistema proprietario di Augmented Document Assistant (Artificial Intelligence Document Assistant), un prodotto disponibile a livello commerciale sperimentato in numerosi contesti di produzione per l’analisi e il processing di documentazione tecnica specialistica.

Nel medio termine, il consolidamento di tecniche di AI ibrida, che fonde la Gen AI con l’AI simbolica, porterà alla realizzazione di sistemi di AI più sofisticati e versatili, capaci di una comprensione più profonda del contesto operativo e dei compiti assegnati. L’applicazione dell’AI ibrida alla robotica promette di migliorare la capacità dei sistemi, di interpretare l’ambiente circostante, di comprendere i task assegnati e di sviluppare strategie di pianificazione a breve e medio termine per il loro completamento. Questa evoluzione potrebbe portare a un salto qualitativo nelle capacità decisionali e adattive dei robot. Si gettano così le basi per la creazione dei sistemi necessari alla costruzione di basi lunari.

La prospettiva a lungo termine si basa sull’approccio “AI on the edge”, metodo che prevede l’integrazione dall’intelligenza artificiale ibrida nei sistemi robotici. La fusione dell’intelligenza artificiale nei robot fa sì che queste tecnologie diventino appunto “intelligenti” e apre scenari rivoluzionari nell’interazione uomo-macchina.

Inoltre, l’implementazione dell’intelligenza artificiale ibrida nei robot intelligenti potrebbe portare a livelli senza precedenti di autonomia operativa: i sistemi robotici sarebbero quindi in grado di prendere decisione complesse in tempo reale, di adattarsi a diverse condizioni e di interagire in modo più naturale con l’ambiente e con i supervisori umani.

Capgemini ha già realizzato numerosi progetti con soluzioni di AI on the edge. Il nostro approccio si è basato sulla model compression, consentendo di creare modelli surrogati con prestazioni comparabili agli originali, ma capaci di operare con risorse computazionali limitate.

La costruzione della nuova base lunare: sinergia tra visioni e tecnologie

Lo sviluppo di una nuova piattaforma spaziale è l’occasione per realizzare la prima base lunare. Con una visione chiara e un impegno collettivo, la realizzazione di un insediamento umano sulla Luna potrebbe diventare il primo passo concreto verso l’esplorazione sostenibile dello spazio profondo.

Per rendere questa visione una realtà è necessaria una sinergia tra innovazione e tecnologia.

Bisogna, infatti, sia realizzare soluzioni di Digital Twin dell’ambiente lunare, così da garantire sicurezza alle missioni spaziali, sia realizzare soluzioni di robotica avanzata. I robot intelligenti saranno in grado di:

  • Interagire con l’ambiente
  • Eseguire compiti complessi e ripetitivi
  • Svolgere operazioni in un ambiente pericoloso per l’uomo

La collaborazione tra enti di ricerca, industrie tecnologiche e agenzie spaziali sarà fondamentale per trasformare questo ambizioso progetto in realtà.

L’esperienza maturata nella costruzione e gestione di una base lunare avrà impatti significativi anche sul nostro pianeta, aprendo nuove frontiere per l’innovazione tecnologica. Questa sinergia non solo stimolerà la crescita di settori diversificati, ma contribuirà anche a risolvere sfide ambientali e logistiche complesse, promuovendo un futuro più sostenibile per tutti.