Gli ingegneri dell'Università della Pennsylvania hanno progettato un data center alimentato a energia solare che orbiterebbe attorno alla Terra su lunghi cavi simili a quelli di una pianta. L'idea mira a spostare l'elaborazione di intelligenza artificiale ad alto consumo energetico da Terra allo spazio, utilizzando le tecnologie esistenti.
Mentre i sistemi di intelligenza artificiale consumano sempre più elettricità e acqua sulla Terra, gli ingegneri dell'Università della Pennsylvania stanno cercando una soluzione in alto, molto in alto.
Un team della Facoltà di Ingegneria e Scienze Applicate dell'Università della Pennsylvania ha sviluppato un progetto dettagliato per data center alimentati a energia solare che orbiterebbero attorno alla Terra, utilizzando lunghi cavi flessibili chiamati "tether" per sostenere migliaia di unità di elaborazione. Il concetto è pensato per essere sufficientemente ambizioso da scaricare in modo significativo l'elaborazione dell'intelligenza artificiale da Terra, ma sufficientemente semplice da essere realizzato con tecnologie già esistenti.
Il centro dati orbitale proposto assomiglia a una gigantesca pianta frondosa che fluttua nello spazio. Lunghe colonne verticali di hardware sono appese a cavi, mentre ampi e sottili pannelli solari si ramificano come foglie per catturare la luce solare. Il sistema è progettato per ospitare migliaia di nodi di elaborazione identici, ognuno dei quali trasporta chip, pannelli solari e apparecchiature di raffreddamento, tutti collegati tra loro tramite un cavo.
Didascalia: Uno schema del progetto del centro dati orbitale proposto, che ricorda una pianta frondosa, con pannelli solari che si diramano da lunghe colonne che ospitano l'hardware di elaborazione.
Crediti: Igor Bargatin, Dengge Jin, Zaini Alansari, Jordan R. Raney
L'innovazione chiave è il modo in cui la struttura rimane orientata nello spazio. I progetti satellitari tradizionali spesso si basano su motori e propulsori per mantenere i pannelli solari puntati verso il sole. Questo aggiunge peso, complessità e consumo energetico: tutti svantaggi importanti quando si cerca di aumentare la scala.
L'autore senior Igor Bargatin, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Meccanica Applicata (MEAM), ha osservato che il progetto Penn adotta un approccio diverso.
"Questo è il primo progetto che dà priorità all'orientamento passivo su questa scala", ha affermato in un comunicato stampa.
In orbita, i cavi di collegamento si comportano in modo speciale. La gravità attira leggermente un'estremità del cavo verso la Terra, mentre l'effetto centrifugo del moto orbitale tira l'altra estremità verso l'esterno. Queste forze contrastanti tendono il cavo e lo allineano naturalmente in verticale. Gli ingegneri studiano i cavi di collegamento da decenni e li hanno testati nello spazio, il che è uno dei motivi per cui il team della Penn li considera un elemento costitutivo realistico.
Poiché la struttura è sospesa a un cavo, i nodi di elaborazione possono essere aggiunti uno dopo l'altro. Bargatin lo paragona a un semplice gioiello.
"Proprio come puoi continuare ad aggiungere perline per formare una collana più lunga, puoi aumentare la lunghezza dei legami aggiungendo nodi", ha affermato.
La luce solare stessa contribuirebbe a mantenere il sistema correttamente orientato. La spinta costante e delicata dei fotoni – nota come pressione di radiazione solare – agirebbe sui pannelli solari a film sottile come il vento su una banderuola.
"Stiamo utilizzando la luce solare non solo come fonte di energia, ma anche come parte del sistema di controllo", ha aggiunto Bargatin. "La pressione solare è molto ridotta, ma utilizzando materiali a film sottile e inclinando leggermente i pannelli verso gli elementi del computer, possiamo sfruttare tale pressione per mantenere il sistema orientato nella giusta direzione".
Nelle simulazioni al computer, una singola struttura cablata potrebbe estendersi per diversi o addirittura decine di chilometri e supportare fino a 20 megawatt di potenza di calcolo, all'incirca la potenza di un data center di medie dimensioni sulla Terra. Invece di un'unica struttura gigantesca, la visione è un anello di sistemi modulari che circonda il pianeta.
"Immaginate una cintura di questi sistemi che circonda il pianeta", ha aggiunto Bargatin. "Invece di un unico enorme data center, ne avreste molti modulari che lavorano insieme, alimentati costantemente dalla luce solare".
L'idea nasce mentre aziende e governi si affrettano a costruire più infrastrutture di intelligenza artificiale. Addestrare e gestire modelli di intelligenza artificiale di grandi dimensioni richiede enormi quantità di elettricità e molti data center terrestri consumano anche grandi volumi di acqua per il raffreddamento. I sistemi spaziali alimentati direttamente dal sole potrebbero alleviare parte di questo carico, soprattutto per l'inferenza dell'intelligenza artificiale, ovvero il processo di risposta alle query degli utenti con modelli già addestrati.
Bargatin sostiene che molti degli attuali concetti di data center orbitali sono troppo piccoli per essere considerati significativi o troppo complessi da realizzare.
"Il problema è che questi progetti sono difficili da realizzare su larga scala", ha affermato. "Se ci si affidasse a costellazioni di singoli satelliti che volano in modo indipendente, ce ne vorrebbero milioni per fare davvero la differenza".
Altre proposte prevedono enormi strutture rigide assemblate roboticamente in orbita, ma richiederebbero capacità di produzione e distribuzione che non esistono ancora su larga scala. Il progetto della Penn punta a una via di mezzo, utilizzando "fili", pannelli solari e collegamenti di comunicazione ottica già ampiamente noti.
I ricercatori hanno dovuto anche confrontarsi con una delle dure realtà dello spazio: i continui impatti di micrometeoroidi e minuscoli detriti che viaggiano ad alta velocità.
Il coautore Jordan Raney, professore associato al MEAM, ha osservato che il team si è concentrato meno sulla prevenzione delle collisioni e più sul comportamento della struttura dopo essere stata colpita.
"Non si tratta di prevenire gli impatti", ha affermato Raney nel comunicato stampa. "La vera questione è come il sistema reagisce quando si verificano".
Utilizzando simulazioni, Raney e la dottoranda del MEAM Dengge "Grace" Jin hanno modellato il modo in cui impatti ripetuti si propagano attraverso la struttura vincolata nel tempo. Hanno scoperto che quando un micrometeoroide colpisce, può causare una breve oscillazione o torsione, ma il movimento si diffonde lungo il vincolo e gradualmente si attenua.
"È un po' come un campanello a vento", ha aggiunto Raney. "Se si interferisce con la struttura, alla fine il movimento si attenua naturalmente. Dovevamo capire quanto tempo avrebbe richiesto questo processo, per essere sicuri che il data center rimanesse stabile anche se colpito da più oggetti".
Il progetto prevede anche la ridondanza.
"Ogni nodo è supportato da più collegamenti", ha aggiunto Raney. "Quindi, anche se un impatto dovesse recidere un collegamento, il sistema continuerebbe a funzionare".
Una delle sfide ingegneristiche più impegnative è il calore. Sulla Terra, i data center si affidano al raffreddamento ad aria o a liquido per dissipare il calore dai processori. Nello spazio, non c'è aria, quindi l'unico modo per dissipare il calore è irradiarlo sotto forma di luce infrarossa. Il progetto Penn prevede l'uso di radiatori, ma il team vuole migliorarli, puntando a design leggeri e resistenti in grado di gestire i carichi intensi e continui dell'elaborazione AI.
Il sistema non è progettato per gestire ogni aspetto del carico di lavoro dell'IA. Inviare enormi set di dati di addestramento da e verso l'orbita sarebbe lento e costoso. I ricercatori, invece, vedono i data center orbitali come un modo per gestire la domanda in rapida crescita di modelli già addestrati.
"Gran parte della crescita dell'intelligenza artificiale non deriva dall'addestramento di nuovi modelli, ma dalla loro esecuzione continua", ha aggiunto Bargatin. "Se riusciamo a supportare questa inferenza nello spazio, si apre una nuova strada per l'intelligenza artificiale su larga scala con un impatto minore sulla Terra".
Il passo successivo per il team è andare oltre le simulazioni e costruire un piccolo prototipo con un numero limitato di nodi, per testare il comportamento pratico dell'architettura tethered.
Il lavoro, pubblicato in arXiv e presentato al Forum SciTech dell'American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) del 2026, suggerisce che un futuro in cui alcuni dei sistemi di intelligenza artificiale più avanzati al mondo funzioneranno ben al di sopra delle nostre capacità potrebbe non essere fantascienza, ma una sfida ingegneristica a portata di mano.
Fonte: Facoltà di Ingegneria e Scienze Applicate dell'Università della Pennsylvania