Alla fine dello scorso giugno, NVIDIA ha annunciato Halos for Robotics, presentato dall'azienda come il primo sistema di sicurezza full-stack del settore per l'AI fisica.
Il sistema estende al mondo della robotica il lavoro già svolto da NVIDIA sulla sicurezza dei veicoli autonomi. Integra calcolo, sensori, software e un nuovo laboratorio di ispezione pensato per supportare i partner nel percorso verso la certificazione di terze parti. Agility Robotics è la prima azienda ad aver integrato Halos for Robotics nel proprio robot umanoide Digit.
Per David Brandt, PhD, vice presidente R&D e CTO di Teradyne Robotics, si tratta di una buona notizia, e lo sottolinea senza mezzi termini.
La sicurezza, osserva Brandt, è stata a lungo l'ambito meno "glamour" della robotica: interessa ingegneri e comitati di normazione, non chi produce i video di robot che ballano o corrono mezze maratone.
Per questo, quando una delle aziende più influenti nel computing si schiera a favore della sicurezza robotica e uno dei principali produttori di umanoidi sottopone il proprio sistema a verifica indipendente, secondo Brandt ne beneficia l'intero settore. Investire nella sicurezza significa investire nella fiducia, condizione indispensabile perché le imprese continuino a beneficiare dell'automazione. Da qui, sostiene il manager, vale la pena osservare da vicino cosa affronta questa nuova fase di lavoro, e cosa invece non affronta.
Sicurezza degli umanoidi, un problema di percezione ben finanziato
Gran parte dello sforzo sulla sicurezza degli umanoidi, inclusi molti dei nuovi strumenti presentati, si concentra secondo Brandt sulla percezione: la capacità del robot di rilevare una persona, prevederne i movimenti ed evitare una collisione.
L'approccio di NVIDIA include un metodo "outside-in" che utilizza telecamere esterne e agenti AI per osservare lo spazio di lavoro e regolare il comportamento del robot, un lavoro ingegneristico difficile ma cruciale, riconosce Brandt.
Tuttavia, argomenta, l'evitamento delle collisioni basato sulla percezione poggia sul presupposto che il robot mantenga il controllo di sé stesso.
La disciplina della sicurezza funzionale nasce dall'istinto opposto, concentrandosi meno su come si comporta una macchina quando tutto funziona e più su come si comporta quando qualcosa si rompe.
La domanda centrale, per Brandt, è cosa fa il robot nel momento in cui un componente si guasta, e nel caso degli umanoidi, sostiene, la risposta è scomoda.
Cosa succede quando un componente si guasta
Un robot umanoide con gambe è dinamicamente stabile: rimane in posizione eretta solo rilevando continuamente il proprio equilibrio e correggendolo più volte al secondo. Se questo controllo viene meno, spiega Brandt, il robot cade invece di fermarsi sul posto.
Come esempio, Brandt descrive un robot umanoide a metà passo nel momento in cui un attuatore di una gamba si guasta. La macchina, avendo già iniziato un movimento che non può più completare, si sbilancia e può cadere su chi si trova nelle vicinanze. Considerata la massa di questi robot e il loro baricentro elevato, le conseguenze possono essere serie. E un sistema di percezione impeccabile, osserva, non aiuta in questo scenario: il robot può sapere dove si trovano le persone, ma non è in grado di evitarle, perché nel momento del guasto ha perso proprio il controllo che la percezione avrebbe dovuto guidare.
Brandt cita inoltre un'osservazione della collega Roberta Nelson Shea, esperta di sicurezza robotica: un guasto alla batteria può disabilitare contemporaneamente ogni attuatore e ogni sensore, e un umanoide necessita di una riserva di energia anche solo per abbassarsi in una posizione stabile.
La stabilità, conclude Brandt, dipende dal fatto che nulla vada storto, il che rende la tolleranza ai guasti la sfida di sicurezza più profonda per i robot antropomorfi.
Dove la sicurezza degli umanoidi incontra le norme
I robot industriali sono in genere progettati per essere tolleranti al singolo guasto, in linea con gli standard di sicurezza applicabili. Il guasto di un singolo componente non dovrebbe poter generare una situazione pericolosa. La norma ISO 10218-1, lo standard per i bracci robotici industriali, si basa su questo principio.
Applicare lo stesso requisito a una macchina pesante e dinamicamente stabile, secondo Brandt, lascia due possibilità. La prima è progettare attuatori, sensori e sistemi di gestione della batteria completamente ridondanti o talmente affidabili da guastarsi quasi mai, un obiettivo il cui costo accettabile, ammette Brandt, oggi gli sfugge.
La seconda è accettare che lavorare accanto a un umanoide comporti un rischio maggiore rispetto al lavoro accanto a un robot industriale convenzionale, proprio perché un singolo guasto può generare un pericolo.
Brandt sottolinea che la ISO 10218-1 non affronta i rischi legati alla mobilità propria di un umanoide, e che il primo standard scritto specificamente per i robot mobili dinamicamente stabili, ISO/CD 25785-1, è ancora in fase di committee draft, al primo ciclo di commenti: un primo tentativo di affrontare un terreno nuovo e complesso, con ancora molta strada da fare. Questo non significa, precisa Brandt, che gli umanoidi siano impossibili, ma che il loro caso di sicurezza è ancora incompleto, e che la sua versione più onesta è più esigente di quanto suggerisca il dibattito attuale.
Il vantaggio di essere progettati per uno scopo
Un robot collaborativo mobile - un braccio robotico montato su una base autonoma a ruote - non affronta questi problemi perché è staticamente stabile: base pesante, baricentro basso, nessuna necessità di mantenere l'equilibrio. Quando qualcosa va storto, nota Brandt, la risposta sicura è semplice e facile da rendere ridondante: togliere alimentazione e applicare i freni. Una macchina ferma, osserva, raramente rappresenta un pericolo.
Questa differenza, per Brandt, deriva dalla scelta di una forma progettata per il compito e non per assomigliare all'uomo. Robot mobili autonomi, bracci collaborativi e le relative funzioni di sicurezza basate sugli standard sono stati concepiti affinché le modalità di guasto siano prevedibili e gli stati sicuri facili da raggiungere.
La sicurezza non dipende dal funzionamento continuo di un sistema di percezione, ma è integrata nell'architettura prima ancora che qualsiasi software venga eseguito.
C'è un ulteriore motivo, secondo Brandt, per cui l'automazione progettata per uno scopo specifico continuerà a prevalere sul piano di fabbrica: la stessa complessità che rende un umanoide affascinante in una dimostrazione moltiplica le sue modalità di guasto.
Nella produzione manifatturiera l'affidabilità non è negoziabile, e la sua mancanza si traduce in tempi di fermo, rilavorazioni e rischio. Gli umanoidi, ricorda Brandt, non sono l'unico modo per sfruttare il potenziale dell'AI fisica in fabbrica. Un numero crescente di applicazioni abilitate dall'AI è già operativo su robot industriali collaborativi e robot mobili autonomi, impegnati in asservimento macchine, pallettizzazione, ispezione e movimentazione dei materiali, con la sicurezza e l'affidabilità richieste dagli ambienti produttivi.
Stai valutando un robot umanoide per attività reali nell'industria? Ecco la prima domanda da porsi
Brandt accoglie positivamente l'iniziativa di NVIDIA, nella speranza che segni l'inizio di una fase più seria e meglio finanziata per la sicurezza robotica. Maggiore sarà il rigore introdotto dal settore, sostiene, meglio sarà per tutte le aziende che costruiscono macchine destinate a condividere lo spazio con le persone, inclusa Teradyne Robotics.
Ma chiunque stia valutando un umanoide per attività reali, secondo Brandt, dovrebbe partire da una domanda poco "glamour" ma importante. Prima di chiedersi se il robot sia in grado di riconoscere un lavoratore, bisognerebbe chiedersi cosa fa quando un attuatore, un sensore o una batteria si guastano a metà compito.
Occorrerebbe richiedere dati su stabilità e affidabilità, e chiarire rispetto a quali standard il sistema sia certificato, e quali parti del suo funzionamento quegli standard coprano effettivamente.
Brandt richiama il parallelo con il dibattito, a suo avviso legittimo, sviluppatosi attorno alle auto a guida autonoma, una discussione aperta e pubblica su quanto rischio sia accettabile e su chi debba deciderlo. Brandt sostiene che gli umanoidi meritino lo stesso livello di scrutinio.
Fino a quando il settore non saprà rispondere alla domanda sul guasto con la stessa sicurezza con cui risponde alla domanda sulla percezione, conclude Brandt, il percorso più solido resta quello che l'industria costruisce da anni: robot la cui forma (e la cui sicurezza) sono progettate per il lavoro da svolgere.