RFID-guided Robot

In un prossimo futuro i magazzini e i centri di distribuzione vedranno l’utilizzo di robot RFID-enabled per operazioni automatiche di inventario e picking grazie all’identificazione in radiofrequenza.

La tecnologia dell’identificazione in radiofrequenza può essere integrata con successo in sistemi robotizzati, per un potenziamento delle capacità di riconoscimento dell’ambiente e per nuove modalità di interazione con l’uomo.

Gli attuali robot, per quanto sempre più definibili come miracoli della meccanica, non hanno ancora raggiunto una capacità di alto livello nel percepire il mondo circostante e questo sta stimolando una ricerca a largo spettro su nuovi tipi di sensori, ma anche sull’adattamento di sensori esistenti alle esigenze della robotica. Un caso emblematico è quello della tecnologia RFID, Radio Frequency Identification, anche se definire un tag RFID come “sensore” può sembrare una forzatura, ma le sperimentazioni di abbinamento tra robot, soprattutto in versione mobile, e “sensori” RFID sono molto avanzate, con risultati che lasciano prevedere un rafforzamento di questo filone di ricerca. Prima di tutto, possono essere utili alcune sintetiche precisazioni sull’identificazione in radiofrequenza. Un sistema RFID base prevede tag RFID, reader e antenna: i dati sono memorizzati nel tag, la cui capacità di memorizzazione è molto variabile, in funzione dell’applicazione, con valori che possono arrivare anche e decine e centinaia di Kbit, con flusso dati gestito da un reader, apparecchiatura che invia e riceve segnali RF. Con diversa chiave di lettura, si può definire un tag come un piccolo dispositivo radio, costituito da un microchip con antenna integrata, e montato su un substrato. L’intero dispositivo può poi essere incapsulato in diversi materiali, tipicamente plastica ma anche metallo, a seconda dei previsti utilizzi, e reso solidale con l’oggetto che si vuole identificare. Sono previsti tag passivi (senza batteria), con la trasmissione dati attivata dal reader che fornisce la necessaria energia, e attivi (con batteria), con trasmissione autonoma, a cadenze dettate dall’applicazione; ulteriore diversificazione quella tra tag read-only e tag read/write. La tecnologia RFID, assolutamente matura, è impiegata per applicazioni industriali, logistiche e commerciali, prevede standard internazionali per frequenze di lavoro e codifica dati, quindi è un riferimento certo da cui partire per nuove applicazioni. Come esempio, i tag RFID UHF standard EPC Gen2 prevedono un Electronic Product Code (EPC) a 96 bit concepito come identificatore unico per qualsiasi item nel mondo, con capacità di trasmissione dati sui 5 metri (caratteristica questa non legata allo standard ma alla frequenza di lavoro UHF, Ultra High Frequency, pari a 868-956MHz). Dopo questa premessa, appare ragionevole che un robot dotato di reader RFID possa localizzare un oggetto a sua volta dotato di tag RFID, con conseguente scambio dati, eventualmente finalizzato a come il robot deve interagire con l’oggetto o che operazioni deve eseguire sullo stesso. Da considerare anche la possibilità che l’ID ricevuto da un tag RFID possa essere usato come indice per richiamare informazioni da un database esterno, e in questo caso cade qualsiasi eventuale problema di quantità di dati necessari al robot per svolgere un dato compito.

La localizzazione

Se lo scambio dati via RF difficilmente può essere fonte di particolari problemi, stante l’esperienza progettuale oramai largamente diffusa, diverso il discorso della localizzazione. Una tecnica adottata dai ricercatori del Georgia Tech americano prevede l’abbinamento con un sistema di visione, con duplice scopo: potenziare il riconoscimento dell’oggetto tramite le informazioni da tag RFID a sistema di visione del robot, e supportare la localizzazione, basandosi sulla valutazione della potenza del segnale. In pratica il robot, coadiuvato dalla visione artificiale e dalle informazioni ricevute dal tag tramite il suo reader RFID, una volta vicino all’oggetto può opportunamente afferrarlo, posto sia questo la scopo dell’applicazione. Un’altra strada che si sta percorrendo per superare i problemi di localizzazione ma anche per permettere a un robot di mappare un ambiente e quindi muoversi superando ostacoli, consiste nell’abbinare alla tecnologia RFID la tecnologia laser, da cui un robot mobile equipaggiato con antenne RF, lettore di tag e laser range finder, dispositivo che utilizza una raggio laser per determinare la distanza di un oggetto, basata in genere sul principio del tempo di volo, cioè del tempo tra emissione e riflessione del raggio da parte dell’oggetto target. In sintesi, si ha una prima mappature dell’ambiente tramite i dati acquisiti con il laser, poi aumentata con la localizzazione dei tag RFID opportunamente collocati nell’ambiente, il tutto con l’uso di specifici algoritmi, per esempio quello denominato Simultaneous Localization and Mapping (SLAM); una volta costruita la mappa, il robot può usarla per individuare la propria posizione nell’ambiente e pianificare la traiettoria da seguire per raggiungere un determinato punto.

Interazione con gli umani

La possibilità che un robot possa aiutare un operatore umano aprirebbe nuove prospettive che tra l’altro farebbero cadere l’obiezione base relativa all’esasperata robotizzazione dei processi, quella per cui un robot che sostituisce un operatore umano determina una perdita di posti dilavoro. La tecnologia RFID può infatti permettere ai robot in fabbrica, opportunamente dotati di mobilità, di uscire da loro “recinti” di sicurezza per svolgere un’attività utile insieme ai lavoratori. Ricerche in tal senso arrivano dal Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) del MIT: se un robot può mettere a disposizione di un operatore gli strumenti o i materiali che gli servono, questi non deve spostarsi per cercarli e andare a prenderli, e in tal modo si riduce in modo significativo il tempo non utile della persona. In pratica, l’obiettivo è quello di un vero e proprio Robot Assistant in grado di svolgere attività semplici, quindi senza valore aggiunto alcuno, per incrementare la produttività complessiva di una fabbrica. Come base, l’operatore umano indossa un braccialetto con tag RFID e il robot è in grado di identificarlo sia come “umano” che come specifico lavoratore cui dedicarsi. Chiaramente l’interazione operativa non è banale, ma con un’opportuna messaggistica via RF tra uomo e macchina e un sofisticato supporto software i ricercatori del MIT ritengono si possano ottenere interessanti risultati. Un esempio emblematico di Service Robot basato su questa logica è il robot EL-E sviluppato dall’Healthcare Robotics Lab del Georgia Institute of Technology, che opera come assistente per disabili. L’attività di EL-E prevede due momenti di identificazione: il primo riguarda la persona, che porta un braccialetto RFID con il proprio ID; il secondo consiste nell’identificare, con antenne RF montate sull’elemento di presa, la corretta medicina, dotata di tag RFID, che viene quindi portata al disabile. Questa applicazione di RFID-guided robot o, se si preferisce, robot-RFID enabled, può sembrare poco appariscente, ma è indubbiamente risolutiva in tutti quei casi dove non è possibile un supporto infermieristico, senza dimenticare un risparmio sui costi di assistenza.

I robot in magazzino

Un obiettivo di particolare importanza come efficienza e ottimizzazione dei processi, può essere ottenuto con l’uso di un robot mobile RFID-enabled in un magazzino o un centro di distribuzione dove i diversi item siano opportunamente “taggati”, per operazioni automatiche di picking. Ovviamente esistono più tipologie diverse di magazzini, e gli esperti di logistica potrebbero sorridere di fronte alla possibilità di un picking robotizzato, ma nulla vieta di organizzare un magazzino in modo che sia adeguato alle operazioni di un robot, anche considerando chela IBM ha proprio progettato un RFID-enabled robot specificatamente per l’ambientazione warehouse, anche se per ora solo a livello di prototipo. Tra gli obiettivi citati, quello di un accurato inventario senza che gli addetti debbano percorrere il magazzino con un lettore RFID, in ciò sostituiti da un RFID-guided Robot che, su percorsi predefiniti, provvede a una lettura esaustiva degli item presenti: un primo passo che dovrebbe portare, con ulteriori sviluppi, al vero e proprio picking del prodotto.

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