Robot umanoidi e di servizio fra ricerca scientifica e innovazione tecnologica


    INTRODUZIONE

    La robotica è disciplina di sintesi che si avvale dei contributi fondamentali provenienti da altri aree, quali l’ingegneria meccanica, l’elettronica, l’ingegneria del software e l’Intelligenza Artificiale, ma anche bioingegneria, neuroscienze, scienze cognitive, tecnologie dei materiali, nanotecnologie e computazione quantistica.

    Ricordiamo che negli anni '80 i robot erano principali impiegati nella fabbrica automatica, dove la macchina sostituisce fondamentalmente l'uomo. Assistiamo oggi a tutta una serie di innovazioni evolutive e il braccio meccanico diventa robot in grado di cooperare con l’uomo e capace di operare in maniera sicura anche in ambienti incerti, utilizzando strutture dotate di capacità sensoriali avanzate.

    Questo lavoro si propone di fornire un quadro di sintesi dei principali ambiti di applicazione dei robot: una panoramica sui settori applicativi dove è già collaudata e consolidata la presenza di sistemi robotizzati.

    Le principali sfide tecnologiche da fronteggiare e alcuni degli ambiti in cui si concentrano le ricerche al fine di realizzare sistemi robotici con un elevato grado di autonomia e capacità di cooperazione, necessari per rispondere alla richiesta di maggiore automazione in settori sempre più larghi dei servizi.

    Sembra proprio che la robotica umanoide stia passando dalla fase di ricerca a quella di industrializzazione e nel contempo la ricerca prometta grandi innovazioni e sviluppi pratici di grande aiuto per l’uomo. Dal punto di vista della ricerca la robotica di servizio, potrebbe rappresentare una tappa indispensabile per arrivare al perfezionamento del cosiddetto Personal Robot, una macchina sempre più intelligente e in grado cooperare in maniera complessa con l’uomo e con la realtà in cui viviamo quotidianamente.

    Una sfida per la ricerca italiana che dovrà affrontare tematiche che riguardano in particolare il sistema di controllo visuale e tutte le problematiche connesse all'interazione con l'ambiente, la cooperazione sicura uomo-robot, modellistica, pianificazione e controllo. Sono solo alcuni dei nodi cruciali sui quali si misureranno le capacità innovative in questo nuovo scenario di utilizzo dei robot.

    ROBOT UMANOIDI E SERVICE ROBOT

    Proprio in questi giorni si è fatto il punto sulla situazione in occasione a Robotica 2010, edizione numero due dell’unica rassegna italiana interamente dedicata al mondo dei robot umanoidi e dei service robot. Macchine automatizzate utilizzabili per diversi impieghi, dall’assistenza agli anziani alle applicazioni in campo medico, dall’entertainment e all’educazione. Un mercato decisamente in espansione e che vede il Giappone leader indiscusso del settore e che nei prossimi decenni avrà importanti ricadute sulle nostre attività.

    Già negli anni ’70 l’industria robotica a livello mondiale si caratterizza per una presenza non marginale, con un vasto mercato per i suoi prodotti: oltre a Unimation, AMF, Cincinnati, Adept IBM negli USA; Fanuc, Yaskawa, Seiko, in Giappone e ABB, Kuka, DEA, Comau, in Europa.

    «Presto i robot saranno pervasivi e personali come oggi lo sono i computers. Il sogno di creare macchine abili e intelligenti ha sempre ha accompagnato l’umanità dall’inizio dei tempi e, oggi, questo sogno sta diventando realtà», dichiara Bruno Siciliano, Ordinario di Automatica presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università di Napoli “Federico II” e, oggi, anche il più giovane presidente nella storia della “IEEE Robotics and Automation Society”, società mondiale di robotica.

    La vera novità sta nel fatto che, piano piano, i robot - nati inizialmente per eseguire compiti pericolosi, ripetitivi e di precisione - si stanno avvicinando all’ambiente umano. Dopo una prima fase di robot industriali, i piccoli automi stanno crescendo in quell’area, detta della “robotica di servizio”, da cui dipende tanta parte del nostro benessere quotidiano: medicina, sicurezza, sorveglianza, esplorazione, tempo libero e così via.

    Appare chiaro che fuori dalle realtà industriali dove l’interazione uomo-macchina è standardizzata i robot devono integrarsi nella realtà di tutti i giorni ed è molto più difficile di quanto avviene in fabbrica e per i progettisti il lavoro si fa più complesso.

    La sfida per la ricerca consiste nel progettare robot che dovranno interagire con una realtà che per sua natura si caratterizza per un grado di maggiore imprevedibilità. fattori fondamentali per il successo saranno in stretta relazione allo studio della componentistica ad un livello elevato di sensorialità e intelligenza artificiale.

    robot KUKA Leightweight

    Immagine - 1 - robot KUKA Leightweight

    «La robotica umanoide è ormai pronta per uno sviluppo su larga scala – afferma Marco Pinetti, presidente di Artenergy Publishing, la società che organizza l’evento -dalla fase di ricerca e dei prototipi, il settore sta passando il testimone al mercato. “Robotica” vuol essere un luogo d’incontro tra aziende e ricercatori che operano in questo settore di frontiera, per capire quali saranno le prospettive industriali di un settore che è molto promettente».

    Esempi di robot umanoidi autonomi

    Immagine - 2 - esempi di robot umanoidi autonomi commercializzati da IT+Robotics

    Possiamo agevolmente ritenere che i robot di servizio costituiscono una fase intermedia nell'evoluzione del robot industriale verso il robot di servizio che ci riguarderanno molto da vicino in quanto entreranno a pieno titolo nella nostra vita nei prossimi venti anni.

    I robot di servizio si caratterizzano per essere dotati di mobilità, manipolativi e in grado di interagire con gli esseri umani svolgendo compiti in modo autonomo. Qualcosa di sempre più simile alla figura dell’androide che per anni ha trovato ampio spazio in molte pagine di letteratura fantascientifica.

    Il rapporto World Robotics 2010 Service Robots, pubblicato a metà settembre dal dipartimento statistico dell’IFR (International Federation of Robotics), indica che alla fine del 2009 erano 76.600 i robot "non-manufacturing" in tutto il mondo e di questi, il 30% (23.200 unità) era utilizzato per la difesa, il 25% per applicazioni di tipo agricolo o zootecnico (soprattutto la mungitura) e l’8% erano "cleaning robots" e robot per uso medico.

    Locandina World Robotics 2010 Service Robots

    Immagine - 3 - Locandina World Robotics 2010 Service Robots

    A seguire, con il 7%, i robot per attività subacquee, con il 6% sia quelli utilizzati per la costruzione e la demolizione sia le piattaforme robotiche mobili per usi generici, con il 5% i robot usati nella logistica e infine (con il 4%) quelli per il soccorso e la sicurezza. Decisamente interessanti le prospettive per il mercato dei "service robots" disegnate dal rapporto dell’IFR per il quadriennio 2010-2013.

    A fine periodo saranno circa 80.000 i nuovi robot utilizzati per uso professionale.

    Robotica 2010:

    Robotica 2010, edizione numero due, è l’unica rassegna italiana interamente dedicata al mondo dei robot umanoidi e di servizio.

    Locandina Robotica 2010

    La locandina Robotica 2010

    Tre giorni intensi di convegni e workshop (8 sessioni, circa 50 fra relatori ed esperti coinvolti), 17 - 19 novembre al polo fieristico di Rho che hanno posto in rilevo una sinergia fra ricerca scientifica, mondo dell’industria e innovazione tecnologica.

    Automi di tutte le fogge e dimensioni che ci permettono di intravedere come potrà cambiare la nostra vita di tutti i giorni.

    "Tra qualche anno potremo probabilmente avere il sollievo di essere sostituiti dai robot in alcune funzioni ripetitive - commenta Attilio Sacripanti, fisico, docente universitario e ricercatore dell’Enea - e, forse, stupirci di averli come compagni per la strada".

    In questi ultimi anni i risultati applicativi della robotica così come la vediamo in diverse applicazioni - dagli aspirapolvere automatici agli elettrodomestici sempre più intelligenti, alla domotica – fanno già parte delle nostre attività quotidiane.

    Un evento che ci ha presentato tutte le novità del settore tra le quali:

    Dustbot il robot spazzino creato da ARTS Lab, è un sistema robotico per la raccolta differenziata.

    Dustbot il robot spazzino

    Dustbot il robot spazzino

    HydroNet, robot ‘galleggiante’ frutto di un progetto di ricerca europeo sulle nuove tecnologie per il monitoraggio delle acque superficiali e la prevenzione dell'inquinamento marino.

    Lurch dell’AIRLab (Dipartimento di Elettronica e Informazione) del Politecnico di Milano , la carrozzina robotizzata per disabili, ora dotata di una nuova interfaccia che riesce a catturare segnali elettrici generati da occhi, muscoli e cervello che permettono di governarla.

    Kuka Light Weight Robot il primo robot di servizio immesso sul mercato su larga scala

    Scuola di Robotica e la rete "Porte Aperte alla Robotica-IPSIA Galilei" saranno presenti con uno stand nel quale l’ospite d’onore sarà il Kuka Light Weight Robot, il primo robot di servizio immesso sul mercato su larga scala, che può essere programmato semplicemente spostandolo a mano nei punti dove si voglia realizzare l’operazione, qualunque essa sia.

    IT+Robotics per presentare Robovie-X, robot umanoide agile e veloce, in grado di camminare, sdraiarsi e rialzarsi da solo, e Omnidome, innovativo sistema per la videosorveglianza che integra una telecamera motorizzata e una telecamera omnidirezionale che cooperano attivamente grazie ad un software intelligente di elaborazione delle immagini e consente di supervisionare tutto l’ambiente circostante sfruttando i vantaggi di entrambi i tipi di telecamera. 
 Nei tre giorni a Robotica 2010 si è discusso ampiamente dei motivi per lo sviluppo dei robot umanoidi, considerati essenziali assistenti alle nostre attività quotidiane. "I robot antropomorfi possono aiutarci in molti modi - ha spiegato Giulio Sandini, direttore dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) - in primis perché, avendo forma umanoide, possono svolgere le stesse azioni che possiamo svolgere noi. Inoltre, l’antropomorfismo dei robot ci permette di riuscire a comunicare con loro in modo semplice, permettendo di imparare rapidamente.

    In questo senso, l'IIT sta sviluppando iCub, il robot in grado di apprendere in modo autonomo come un bambino di due anni e mezzo”.

    Insomma, sembra proprio che la robotica umanoide stia passando dalla fase di ricerca a quella di industrializzazione e che il settore prometta grandi innovazioni e sviluppi e il nostro futuro sarà sempre più all’insegna dei robot.

    BIBLIOGRAFIA

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    M. Brady, "Robotics Science", MIT Press, 1989 Legnani G. (2003) Robotica industriale. Casa Editrice Ambrosiana. Borboni A. (2006), Microactuators, in Gad-el-Hak M. Editor,“The MEMS Handbook”, CRC Press, New York, USA, chapter 31

    Appendino S., Franco W., Maffiodo D., Quaglia G., 2007. Hybrid locomotion adaptable mini-robot, Proc. of 12th IFToMM World Congress, Besançon (France).

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    G. Paviglianiti, F. Pierri, F. Caccavale, M. Mattei, "Robust fault detection and isolation for proprioceptive sensors of robot manipulators", Mechatronics, in press, 2010.

    F. Caccavale, C. Natale, B. Siciliano, L. Villani, "Integration for the next generation: Embedding force control into industrial robots", IEEE Robotics and Automation Magazine, 12(3), 53–64, 2005.

    SITOGRAFIA

    EURON - European Robotics Research Network http://www.euron.org

    Laboratory of Autonomous Robotics and Artificial Life http://laral.istc.cnr.it

    PRISMA Lab University of Naples http://www.prisma.unina.it/index.html

    Automatic Control Group of the University of Salerno http://www.automatica.unisa.it

    Robotics Group of the DAEIMI University of Cassino http://webuser.unicas.it/lai/robotica/robotics.html

    Dipartimento di Elettronica ed Informazione Politecnico di Milano http://www.dei.polimi.it

    IIT - Istituto Italiano di Tecnologia http://www.iit.it



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