Il Galileo Masters è la principale competizione per l'innovazione che assegna ogni anno premi ai migliori servizi, prodotti e concetti aziendali che utilizzano la navigazione satellitare nella vita di tutti i giorni e Sin dalla sua prima edizione del 2004, la sua missione è stata quella di stimolare lo sviluppo di applicazioni orientate al mercato.

Lo spettro delle soluzioni aziendali sviluppate riflette le molteplici opportunità rese possibili da questa tecnologia orientata al futuro: Sia singoli individui che interi settori industriali possono trarre vantaggio dalla navigazione satellitare in ambiti quali assistenza sanitaria, tempo libero, gestione del traffico, logistica ferroviaria, marittima e del trasporto aereo - solo per citarne alcuni.

L'Agenzia Spaziale Italiana ha aderito e supportato la competizione per la prima volta nel 2019. Qui abbiamo i primi vincitori italiani Alex Minetto, Neil Gogoi, Giampaolo Marinaro e Maria Chiara Bello, del Politecnico di Torino, che ci raccontano come è andata questa esperienza e quali sono i prossimi passi.

Come è nata l’idea di partecipare alla Galileo Challenge 2019? 

Nel panorama del GNSS, la competizione Galileo Challenge ha una forte rilevanza internazionale. Dato lo sforzo promosso dall’Europa nella creazione di Galileo, un sistema di navigazione satellitare indipendente (seppur interoperabile con i sistemi attualmente esistenti), era sicuramente di interesse per studenti e ricercatori operanti in Europa (in Italia, in questo caso), approcciarsi a questa competizione. Ci è parso di avere tra le mani un’idea tecnologica innovativa capace di migliorare il calcolo della posizione rispetto a quello che fanno normalmente i ricevitori GPS e Galileo. Di comune accordo con il nostro advisor accademico, prof. Fabio Dovis, e con il team di ricerca di cui facciamo parte, il NavSAS, abbiamo quindi deciso di presentare la nostra idea alla competizione.

Diteci qualcosa di voi

Il CAPS.loc team era costituito da due studenti di dottorato, Alex e Neil, da Giampaolo, laureatosi poco prima della competizione in Tecnologie ICT per la Società del Futuro e da una studentessa, Maria Chiara, in fase di stesura della sua tesi di laurea. Provenivamo tutti da esperienze molto diverse seppur fossimo accomunati da una certa passione per l’innovazione, la ricerca applicata e la soluzione di problemi ingegneristici. Il nostro percorso di formazione ci ha visti impegnati nello studio dell’ingegneria delle telecomunicazioni (Alex e Giampaolo seppur con qualche anno di differenza e diversi percorsi di studi), delle tecnologie ICT focalizzate allo sviluppo innovativo e sostenibile (Maria Chiara) e della geodesia e applicazioni legate al mondo del posizionamento (Neil). Negli anni seguenti siamo confluiti, per ragioni diverse, verso la ricerca applicata all’ambito della navigazione e posizionamento un’area in pieno sviluppo grazie all’attenzione che anche in Europa si ha verso Galileo e che risulta essere estremamente multidisciplinare e ancora molto aperta alla ricerca.

Raccontateci, in sintesi, la vostra idea

Chiaramente non possiamo svelare troppo ma ...

Oggi, molti dei servizi basati sulla geo-localizzazione (LBS) relativi alla mobilità urbana si affidano agli smartphone. La disponibilità di misurazioni GNSS grezze su telefoni Android, note nella community scientifica del GNSS come raw measurements, ha permesso di svincolarsi dalle informazioni di posizione fornite in output dal sistema operativo offrendo quindi piena accessibilità alle misure effettuate dal ricevitore stesso, fondamentali per la creazione di algoritmi di posizionamento che offrano una maggiore accuratezza, precisione, robustezza e disponibilità. Parliamo di fatto di misure di distanza tra il ricevitore e i satelliti, note come pseudorange, e fornite in tempo reale una volta al secondo dai dispositivi stessi. Il ranging collaborativo

e il posizionamento cooperativo (CP), se implementati attraverso i chipset GNSS a basso costo integrati oggi negli smartphone, consentirebbero l’evoluzione di applicazioni che supportino un moderno framework nel contesto delle smart cities. Per questo, il sistema di posizionamento cooperativo Android per la localizzazione (Cooperative Android Positioning System for Localisation, CAPS.Loc) premiato alla Galileo Masters, si propone di sviluppare un framework ottimale sugli smartphone Android per lo scambio e la combinazione in tempo quasi reale di misurazioni GNSS grezze, finalizzata alla creazione di misure di distanza relativa fra i dispositivi cooperanti e che permettono migliorare la stima della propria posizione, “usando” gli altri utenti come riferimenti. Insomma, un modo “social” di aiutarsi a vicenda anche quando ci si trova ad esempio in ambienti urbani dove il GNSS classico non funziona molto bene. Sfruttando i ricevitori connessi, si può realizzare questo paradigma utilizzando lo scambio di dati attraverso un server dedicato e sicuro, oppure in futuro attraverso connessioni dirette tra gli utenti, in grado di garantire la continuità del suo servizio quando non è disponibile sufficiente copertura di rete mobile.

Quali sono le principali sfide tecnologiche che dovete ancora affrontare? 

Gli ostacoli tecnologici legati a questa tecnologia collaborativa sono dovuti ai pochi tentativi implementativi fatti fino ad ora (o per lo meno presenti in letteratura). Seppur l’efficacia di questo paradigma sia stata dimostrata a livello teorico in termini di migliorata accuratezza e precisione della soluzione di posizione, le difficoltà di un’implementazione efficace ne hanno ostacolato la diffusione rendendola probabilmente poco appetibile o ancora troppo acerba per applicazioni industriali immediate. Lo dimostrano studi simili svolti nel 2010 presso il MIT e ricerche più recenti effettuate in Europa da colleghi operanti in altri centri e gruppi di ricerca. La ricerca portata avanti da Alex e Neil all’interno del gruppo NavSAS si prefigge innanzitutto l’obbiettivo di fornire un framework teorico solido sul quale agire in modo flessibile a seconda delle applicazioni possibili. Quanto esplorato attraverso il lavoro di Giampaolo e di Maria Chiara ha in seguito avvicinato la ricerca fondamentale ai dispositivi mass-market permettendoci di fatto di mirare ad una sperimentazione sul campo che potesse considerarsi un “worst-case” almeno in termini di prestazioni hardware (limitate appunto a ricevitori GNSS ultra-low-cost). Una volta sperimentata e validata la tecnologia utilizzando l’hardware a basso costo, si avrebbe avuto una conferma scientifica della fattibilità dell’idea anche in condizioni non ideali.

Quali sono le tecnologie più innovative che vi possono maggiormente supportare nel risolvere le vostre sfide (es. intelligenza artificiale, etc.)?

Non siamo dei grandi sostenitori dell’attuale “new wave” dell’intelligenza artificiale (apprendimento automatico e sistemi intelligenti) perché è sempre più frequentemente adottato come slogan anziché essere riferito ad algoritmi realmente intelligenti e autonomi. Al momento non è una necessità, anche se l’algoritmo utilizza metodi di stima avanzati basati su considerazioni statistiche. Gli algoritmi studiati sino ad ora per sfruttare la cooperazione si basano su stimatori classici molto noti nell’ingegneria dei controlli automatici ed estremamente popolari nell’ambito delle tecnologie GNSS. Ciò di cui necessità la nostra tecnologia è sicuramente un’infrastruttura di rete che permetta uno scambio agile dei pochi kB di dati richiesti per questo servizio; che ne favorisca lo scambio in background sfruttando specifici protocolli ad alta priorità e bassa latenza, come prefigurato dall’ URLLC concepito per il 5G NR. Inoltre, la disponibilità di chipset integrati a basso costo capaci di supportare GNSS multi-frequenza, ha aperto la strada al perfezionamento delle soluzioni cooperative e a misure di protezione da segnali contraffatti. Ambito quest’ultimo su cui il gruppo di ricerca NavSAS ha acquisito una certa esperienza.

Raccontateci qualcosa sui prossimi passi. Come pensate di realizzare la vostra idea progettuale? 

Prima, una breve storia dello sviluppo recente a seguito del Galileo Master

A seguito del lavoro di ricerca svolto sui raw measurements da Neil e Giampaolo e al lavoro di Alex e Maria Chiara è stato possibile realizzare un Proof-Of-Concept della tecnologia basato proprio sui ricevitori embedded negli smartphone Android. Il framework sviluppato nativamente su piattaforma Android e basato su un sistema client-server per lo scambio delle informazioni è stato sviluppato grazie a un finanziamento dell’Agenzia Spaziale Europea nell’ambito del progetto HANSEL: A testbed for positioning in smart cities. Un’App capace di interfacciarsi con un servizio di back-end installato su un servizio AWS capace di fornire un miglioramento della posizione in modo totalmente gratuito senza tecnologie o infrastrutture aggiuntive.

Completata questa proof-of-concept è giunto ora il momento di estendere la ricerca sul posizionamento GNSS differenziale cooperativo e simili soluzioni anche in altri ambiti, dal veicolare, alla robotica di servizio (droni e rover terrestri) e perché no? Alla navigazione extra-terrestre sfruttando i segnali GNSS per il posizionamento di veicoli spaziali in modo cooperativo.

Come considerate questa esperienza?

L’esperienza della Galileo Master ci ha permesso di entrare in contatto con giovani provenienti da tutta Europa impegnati nello sviluppo di nuove idee sull’uso della navigazione satellitare. Alcuni provenienti dal mondo accademico altri da quello dell’industria e delle start-up, tutti impegnati nel sostenere e sfruttare appieno il grande sforzo scientifico e tecnologico dei sistemi GNSS. Il confronto con realtà diverse ci ha permesso di realizzare più efficacemente le potenzialità della nostra idea e lo stadio del suo sviluppo da semplice concept di ricerca a qualcosa di palpabile e funzionante sul campo.

Quali sono stati gli aspetti che vi sono piaciuti di più e quali di meno? 

I tavoli di confronto con gli esperti si sono rivelati estremamente interessanti e hanno messo in luce limiti e potenzialità della nostra idea. Purtroppo, provenendo dal mondo accademico e della ricerca ci siamo trovati a fare i conti con una limitata sensibilità imprenditoriale (che non fa parte della nostra formazione e dei nostri personali interessi) e per questo motivo abbiamo dovuto accettare quanto distante potesse essere la nostra idea da un possibile prodotto commerciale o base di lancio per una start-up. In questo senso ci è parso che le soluzioni tecnologiche provenienti da contesti di ricerca pura e/o applicata necessitino di una maggior mediazione per potersi confrontare con idee sviluppate interamente in contesti più industriali dove sia invece più evidente l’impronta di business.

L’ASI ha cominciato a supportare questa iniziativa internazionale proprio nel 2019. Come considerate il supporto che vi è stato fornito dall’Agenzia?

Dopo averci comunicato l'esito della competizione Nazionale, l’ASI ha partecipato ad una presentazione dell’idea presso il Politecnico di Torino, e ha seguito attentamente lo sviluppo dell’idea manifestando il suo interesse per la soluzione tecnologica e per i possibili campi di applicazione. A seguito della candidatura e del premio alla Space Oscar Night dei Galileo Masters, ci siamo confrontati in più occasioni con l'Agenzia su come la nostra idea potesse essere valorizzata, e questa intervista è senza dubbio uno dei prodotti di questa preziosa collaborazione. Qualche attività e proposta di progetto promossa dal NavSAS e da altre realtà del Politecnico di Torino è già in cantiere insieme ad ASI, e chiaramente, il cooperative positioning non poteva mancare.

Qualche consiglio o suggerimento per coloro i quali vorranno partecipare ai Galileo o ai Copernicus Masters quest’anno? 

La competizione è improntata sullo sviluppo di tecnologie implementabili (non solo sperimentali o concept di ricerca) e su possibili soluzioni di business ad esse collegate. Il nostro consiglio per i futuri candidati è di

costituire un gruppo di lavoro che possa contare su conoscenze legate anche alla sfera commerciale del mercato. È importante tuttavia, non focalizzarsi solamente sui fattori economici, altrimenti si rischia di trascurare l'impatto tecnologico e innovativo che risulta, a nostro parere, l'obiettivo fondamentale di questa competizione.

Che obiettivi (personali o professionali) avete per il prossimo anno? 

Giampaolo: Attualmente lavoro per un'importante azienda italiana di telecomunicazioni. Spero che questa esperienza professionale mi dia l'opportunità di conoscere a fondo le tecnologie di comunicazione di oggi per scoprire quelle di domani; il mio obiettivo infatti è di far diventare queste il mio lavoro.

Maria Chiara: al momento lavoro nel campo della visione artificiale, applicata al controllo qualità industriale e alla robotica. L'innovazione e la sperimentazione sono le passioni che continuano ad essere perseguite anche dopo l'esperienza della Galileo Master e la conclusione del ciclo universitario.

Alex: ho conseguito il dottorato di ricerca a Marzo 2020, ed oggi lavoro come ricercatore Post-doc presso il gruppo NavSAS in forza al Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni del Politecnico di Torino. La ricerca e la sua divulgazione sono i miei principali interessi dal termine del percorso di laurea magistrale (insieme ad un numero spropositato di passioni e hobbies). Poter proseguire in questo percorso accademico sarebbe il coronamento ideale di un dottorato che mi ha arricchito umanamente e professionalmente.

Neil: Il mio obbiettivo principale è il completamento del mio dottorato entro il prossimo anno. In seguito, I miei piani prevedono di continuare a lavorare su questo framework studiando le soluzioni migliori per poterlo applicare negli ambiti di cui mi occupo e su cui faccio ricerca.

Cosa direste ad un investitore potenzialmente interessato alla vostra innovazione? 

Il posizionamento cooperativo, sviluppato e pensato in questo caso per piattaforme Android mira a rispondere all’esigenza di prestazioni superiori in contesti complessi per i sistemi GNSS (come l’ambiente urbano). Lo fa sfruttando la capillarità della rete mobile cellulare (e/o le reti Wi-Fi) e l’attuale tecnologia GNSS integrata negli smartphone. CAPS.loc può essere pensato come servizio offerto sotto forma di dispositivi Road-Side Unit (RSU) che supportino lo scambio a bassa latenza di dati grezzi o alternativamente può essere integrato nativamente nei sistemi operativi dei dispositivi mobili al fine di limitare la richiesta di infrastrutture aggiuntive. Ci sentiamo di promuovere una diffusione capillare di sistemi operativi multi-piattaforma come Android e di equipaggiare questi sistemi con la tecnologia CAPS.loc al fine di offrire un posizionamento cooperativo distribuito, in un mondo dove il verbo “condividere” necessita di essere ridefinito in un’ottica di miglioramento delle condizioni di vita. Crediamo che il framework abbia un notevole potenziale e che, combinato con le attuali tecnologie low-cost, possa garantire prestazioni migliorate sfruttando la molteplicità di dispositivi terrestri anziché quella di satelliti in orbita, questo a supporto di una maggior sostenibilità dei sistemi GNSS anche in ottica futura.