Più umano, più sicuro. Una nuova generazione di cobot

21/07/2021

Premiato lo studio italiano per la creazione di robot che si muovono come gli esseri umani

Martina Miliani

Studiare la natura e l’uomo per trarne ispirazione.

 

È su questo assunto che si è basa il lavoro di ricerca di Giuseppe Averta, studente dell’Università di Pisa che quest’anno è stato premiato per aver scritto la migliore tesi di dottorato in robotica d’Europa.

 

Il titolo della sua tesi già riflette questa impostazione: “Modelling Human Motor Skills for the Design, Planning and Control of a New Generation of Robotic Devices”, ovvero costruire dispositivi robotici di nuova generazione sulla base delle abilità motorie degli esseri umani.

La ricerca è nata tra i laboratori del Centro “E. Piaggio” e presso l’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova (IIT) e l’autore, ventottenne originario di Serra San Bruno (Vibo Valentia), ha difeso la sua tesi in Automazione e Robotica a luglio 2020, presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa. Grazie a questa tesi Averta ha ricevuto il Georges Giralt PhD Award, riconoscimento conferito ogni anno all’European Robotics Forum da EuRobotics AISBL (l’associazione di industrie e centri di ricerca Europei del settore).

Ciò che rende la tesi di Averta così innovativa non sta tanto nel recupero dei dati di movimento, ma come questi dati sono utilizzati per modellare e riprodurre il movimento umano. “Sarebbe troppo complesso cercare di riprodurre ogni componente che nel corpo umano consente il movimento” spiega l’ingegnere robotico: “occorre semplificare, riducendo la complessità, ma mantenendo le stesse funzionalità del corpo umano”.

Come avviene questa semplificazione? Da un lato limitando il numero di attuatori, ovvero i “muscoli” del robot, rispetto a quelli presenti nel corpo umano, e dall’altro individuando delle componenti di base dell’azione, le cosiddette primitive di movimento. Si tratta di movimenti di base che Averta è riuscito a isolare per poi produrre movimenti più complessi attraverso la loro ricombinazione. “È come un brano musicale che ci arriva come un una singola sorgente audio: quello che facciamo è identificare tutti gli strumenti che sentiamo e combinare il loro suono per generare brani musicali diversi” ha parafrasato il ricercatore.

“Solo se un robot riproduce fedelmente il movimento umano, questo è non solo più prevedibile dagli operatori che lo circondano, che lavorano quindi in condizioni di maggiore sicurezza, ma è pure più facilmente accettato, anche a livello emotivo e sociale”

   

È così che Averta, che oggi lavora come ricercatore postdoc all’Università di Pisa, ha studiato i movimenti degli arti superiori, dalla mano fino alla spalla, con una metodologia che però può essere applicata all’intero corpo umano. Ricerche di questo tipo, portate avanti nel campo della robotica, hanno anche applicazioni in campo biomedico. Lo studio di Averta, ad esempio, può offrire un utile strumento per valutare i danni motori, “nei pazienti colpiti da ictus – spiega il ricercatore –, il cui movimento viene confrontato con quello di soggetti sani per aiutare i medici a compiere una diagnosi più accurata, anche sui miglioramenti ottenuti durante la riabilitazione”. Un’altra applicazione è riguarda lo sviluppo di protesi robotiche mano-polso, i cui movimenti, grazie alla nuova metodologia adottata, saranno percepiti come più naturali.

Ricercatrice gioca a scacchi con braccio roboticoUn ulteriore importante ambito di applicazione è ovviamente quello industriale, che vede lo sviluppo di algoritmi per il movimento di robot umanoidi, specialmente manipolatori robotici a uno o due bracci, che consentono appunto di manipolare e afferrare oggetti.
Il loro funzionamento è garantito da due principali fonti di dati, quelli provenienti da sensori e quelli ottenuti attraverso delle videocamere.
“I primi consentono un afferraggio di qualità e ci aiutano a capire se l’oggetto sta per sfuggire dalla presa del robot. Vengono utilizzati a questo scopo le IMU (Unità di Misura Inerziale), sensori che permettono di percepire le interazioni fra la mano e gli oggetti che vogliamo afferrare o l’ambiente circostante ” spiega il ricercatore. L’utilizzo delle videocamere, invece, si combina con l’applicazione di tecniche di Intelligenza Artificiale. “In base al tipo di oggetto che viene inquadrato – continua Averta –, il robot adatta la propria strategia di ‘afferraggio’, basandosi su quelle che adotterebbe un essere umano e che ha appreso nel corso di una fase di addestramento”.

Il ricercatore ci tiene a precisare che, come per le protesi, anche in questo caso la naturalezza dei movimenti del robot gioca un ruolo essenziale. “L’interazione più proficua – prosegue – si ha con quei robot che si muovono in maniera antropomorfa perché sono quelli i cui movimenti sono più accettabili e più predicibili”. Secondo Averta, per migliorare la collaborazione uomo-macchina e realizzare cobot, robot collaborativi efficienti, è necessario superare l’uncanny valley, quel senso di disagio che avvertiamo quando una componente artificiale cerca di imitare un essere umano, senza riuscirci totalmente.

La collaborazione tra uomo e robot in ambito industriale è anche al centro di un progetto Europeo, SOPHIA, a cui Averta lavora assieme ai suoi supervisor: Matteo Bianchi, ricercatore a tempo determinato dell’Università di Pisa, e Antonio Bicchi, Senior Scientist presso l’IIT e ordinario dell’Ateneo pisano. Oltre ad atenei e centri di ricerca internazionali, il progetto coinvolge anche attori industriali del peso di Volkswagen. “Con l’avvento dell’industria 4.0 – spiega Bianchi -, il deep learning e la robotica collaborativa stanno diventando tecnologie chiave, e credo che i progetti a cui stiamo lavorando potranno impattare significativamente sulla realtà italiana nel giro di 10 anni”. Ma già oggi l’industria italiana è “fortemente integrata con robot e macchine intelligenti”.

“Può forse sorprendere qualcuno, ma non dobbiamo scordare che l’Italia è una ‘superpotenza’ robotica: è in Italia che sono nati alcuni tra i primissimi robot industriali al mondo”.

Correva l’anno 1965, quando l’azienda torinese DEA creò primo robot di misura al mondo, cioè in grado di compiere in autonomia misurazioni di grande precisione. Nacque nel 1975 Sigma, il primo robot di montaggio creato da Olivetti, in grado di automatizzare ad esempio alcuni processi per l’assemblaggio del gruppo motore della Giulietta Alfa Romeo e della calcolatrice Olivetti Logos. Italiano anche ZAC, il primo robot per il taglio laser realizzato da Prima Industrie.

 

 

La robotica, insomma, non fa solo parte del futuro o del passato storia dell’industria italiana, ma è più che mai attuale. “Ci sono centri di ricerca avanzatissimi e aziende leader mondiali nei nostri distretti del manifatturiero, che producono macchine intelligenti ad altissimi contenuti tecnologici robotici, come ad esempio il nostro laboratorio congiunto Joint Lab a Bergamo, in cui IIT fa ricerca con nove campioni industriali di primissimo piano su temi di avanguardia” spiega il professore ordinario, che precisa come realtà di questo tipo non si trovano soltanto nel Nord Italia: “Simili esempi sono presenti altrove, incluso il Sud, dove abbiamo una serie di scuole di robotica di grandissimo valore”. “Oggi la ricerca Italiana in Robotica è tra le prime al mondo come volume di pubblicazioni, e prima assoluta come peso specifico, ovvero per qualità media delle pubblicazioni” aggiunge Bicchi.

Secondo il ricercatore dell’IIT però queste competenze vanno sostenute e va incoraggiato il dialogo e lo scambio tra il mondo delle imprese e quello della ricerca: “È necessario che il Paese capisca che le eccellenze non sono solo bandiere da sventolare, vanno sostenute con azioni e strumenti che mettano a sistema tutta la ricchezza che abbiamo sul territorio nazionale con un’industria che, anche grazie al trasferimento tecnologico – conclude Bicchi –, deve riprendere a crescere”.

 

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