Stato dell’arte e prospettive dei Service Robot

fig3I Service Robot, risultato del trasferimento delle tecnologie robotiche in ambiti non industriali, stanno stimolando importanti ricerche su autonomia funzionale e interazione con gli umani e i risultati saranno la base per nuove soluzioni nelle applicazioni industriali.

Un robot industriale è definito, secondo ISO 8373, come manipolatore programmabile su tre o più assi, controllato automaticamente e riprogrammabile senza modificazioni fisiche, ma anche in grado di essere adattato a differenti applicazioni con modifiche fisiche sia nella struttura meccanica che nel sistema di controllo. Da aggiungere che per applicazioni industriali si intendono, anche se a queste non limitandosi, manufacturing, ispezioni, packaging e assemblaggio. Ma non esistono solo i robot industriali, tanto che per un altra categoria, i Service Robot, viene data un’altra definizione: robot che operano in modo semiautonomo, o anche completamente autonomo, per servizi utili per il benessere delle persone o per il buon funzionamento di apparati, escludendo qualsiasi attività di tipo manifatturiero, con il concetto di autonomia che in questo contesto significa la capacità di effettuare specifici compiti sulla base dello stato corrente dell’ambiente o della percezione di un suo cambiamento tramite opportune capacità di sensing, senza intervento umano. C’è però una situazione in divenire che sta evidenziando l’imporsi di una ulteriore nuova categoria di robot, i Cobot, o Collaborative Robot, concepiti per interagire fisicamente con gli umani in un ambiente condiviso, a differenza di altri robot che operano autonomamente, come da precedente definizione, ma in spazi confinati e protetti. L’alterazione concettuale di fondo nasce dal fatto che i Cobot sono utilizzabili per svolgere compiti diversi, per esempio per interagire con gli umani in un  ambiente tipo ufficio o abitazione, o con essi collaborare in operazioni manifatturiere con una capacità di reazione alla loro presenza o vicinanza per evitare situazioni di pericolo secondo le previste norme di sicurezza. A questo punto potrebbe imporsi una diversa classificazione, tra non-interacting robot (nostra dizione inventata) e interacting robot. I primi possono essere dedicati a compiti industriali, e quindi siamo nei robot industriali diciamo così tradizionali, oppure a compiti non industriali, “di servizio” di varia natura che non prevedono rapporti diretti con l’umano, mentre i secondi, che interagiscono con gli umani in un ambiente condiviso, possono essere suddivisi in Cobot industriali, categoria emergente per le operazioni manifatturiere, e ancora in robot di servizio per i quali sia prevista interazione con gli umani, quasi a dire Service Cobot. Da aggiungere che il termine “interazione” qui usato come elemento discriminante, non esclude l’interazione con l’ambiente, caratteristica fondamentale dei Service Robot ma anche in crescita per i robot industriali ai quali si tende a conferire sempre più una capacità di percepire l’ambiente anche solo, per esempio, a livello di oggetto che deve essere manipolato o prelevato da contenitori. Insomma, un divenire abbastanza complesso sul fronte terminologico, ma abbastanza chiaramente definibile nella pratica tecnologica.

Tipologie di Service Robot

Secondo un approccio tradizionale, i Service Robot sono classificati in Personal Service Robot o Service Robot per uso personale, e in Professional Service Robot o Service Robot per uso professionale. I primi sarebbero quelli utilizzati per compiti non commerciali da persone non specificatamente addestrate, e qui gli esempi vanno da un poco credibile Domestic Servant Robot a un più utile Personal Mobility Assist Robot. I secondi prevedono invece compiti di tipo commerciale, finalizzati cioè a generare valore, e necessitano di personale esperto, come robot per operazioni di riabilitazione, per interventi a supporto dei vigili del fuoco, ma anche a supporto di operazioni chirurgiche: l’operatore è da intendersi come persona dedicata ad attivare, monitorare e infine terminare una determinata operazione svolta dal robot. Da evidenziare a questo punto una contraddizione terminologica: sulla base di questa definizione, un robot industriale per operazioni di manipolazione potrebbe benissimo essere considerato un Service Robot, posto venga dedicato a operazioni non manifatturiere. Comunque sia, per gli amanti del dettaglio, i Service Robot personali si articolano, essendo presenti e disponibili sistemi reali di questo genere, in robot domestici, siano essi di compagnia/maggiordomi, per pulizia dei pavimenti, piscine o finestre, robot per entertainment, quindi giocattoli evoluti ma anche sistemi per training ed education in generale, e robot per assistenza portatori di handicap. Più articolata la categoria dei Service Robot professionali: robot sul campo (applicazioni agricole, ricerca esplosivi, operazioni minerarie, applicazioni spaziali), per pulizie di tipo professionale (per esempio pipe cleaning), per ispezione e manutenzione, per edilizia sia costruzione che demolizione, per attività logistiche (per esempio sistemi AGV interni a un’organizzazione), robot per applicazioni mediche, robot per difesa e sicurezza, per pubbliche relazioni (guide mobili a siti, reception per hotel e ristoranti, erogazione di informazioni). Una speciale categoria di Service Robot è quella degli Underwater Systems per applicazioni marine e in ambienti acquatici ostili in genere. Va da sè che a seconda della tipolopgia di funzione svolta i sistemi robot sono tra loro estremamente diversi, dal Roomba, robot spazzino autonomo concepito per raccogliere la spazzatura dai marciapiedi o nei centri commerciali, al “robotic fish” di circa un metro e mezzo di lunghezza, in grado di muoversi fino a 30m di profondità evitando ostacoli, di localizzare precisamente le coordinate di aree inquinate tramite GPS integrato, e prelevare campioni per successive analisi. Questa molteplicità di sistemi robot, di fatto concepiti in modo ottimizzato per lo specifico “servizio” che devono svolgere, sconsiglia un ulteriore dettaglio tecnico caso per caso: meglio prima approfondire i temi tecnologici su cui si sta lavorando per arrivare a un Service Robot intelligente, con il massimo grado di capacità di adattamento con l’ambiente e di interazione con l’uomo.

 

Le linee di sviluppo tecnologico

I Service Robot hanno un potenziale di crescita enorme, tanto che alcuni analisti di settore ritengono che questa categoria di sistemi sorpasserà come diffusione i più affermati robot industriali. Il futuro dipende essenzialmente dai risultati delle ricerche in cui sono impegnate università ma anche aziende di settore che hanno l’obiettivo di portare sistemi robotizzati nella vita di tutti i giorni. E su questo punto tutti sono d’accordo: pensare a robot operanti in ambienti non strutturati o con strette interazioni con gli umani, comporta sfide, ma anche opportunità, ben superiori a quelle dell’automazione industriale, ambito che potrà beneficiare delle soluzioni pensate per i robot di servizio che diventano così una specie di apripista tecnologico verso la robotica del futuro. La criticità maggiore è che un Service Robot deve sapersi gestire, indipendentemente dal suo obiettivo funzionale, in ambienti dove, soprattutto se in presenza di umani, non è noto a priori quello che troverà, e questo ovviamente concentra il focus della ricerca su sistemi di navigazione basati su visione artificiale che devono però essere cost-effective, per poter poi proporre la soluzione a un mercato con ragionevoli limiti di investimento, senza dimenticare la vera sfida che si nasconde: la capacità non solo di vedere un ambiente mutevole ma anche e soprattutto di comprenderlo e a esso adattarsi. Queste caratteristiche funzionali vanno poi anche riferite a una problematica di assoluto rilievo: comprendere cosa l’umano sta facendo e cosa si aspetta che conseguentemente venga fatto, secondo due livelli che iniziano a essere strutturati come “what” (cosa l’umano sta facendo) e “how” (come fare ciò che conseguentemente va fatto). Il software gioca un ruolo fondamentale per dare al sistema una mobilità il più possibile autonoma, e se si vuole arrivare a robot che non solo possano provvedere alle pulizie di casa, ma anche aiutare disabili, giusto per fare due esempi di diversa valenza, l’impegno sulla definizione di algoritmi finalizzati ad attribuire intelligenza ai robot deve essere molto serio. Altra area importante è quella della manipolazione, che deve essere molto più sofisticata rispetto a quanto basta per il contesto industriale. Al riguardo si può partire da un esempio a prima vista banale, ma chiaramente fonte di notevole complessità: se un robot deve prendere e spostare una tazza, il problema non è tanto come gestire quella particolare tazza, ma una tazza in generale, cioè alla fine come manipolare oggetti del mondo reale. Sono ben noti i grandi passi in avanti nella realizzazione di robotic hand sempre più sofisticare, e a questo filone di ricerca si abbina quello sulla cosiddetta “e-skin”, una pelle elettronica che possa avvicinarsi il più possibile alle capacità della pella umana così sintetizzabili: sensibilità come forza necessaria per afferrare e manipolare un oggetto determinandone l’orientamento; monitoraggio di tensione elastica per autopercezione di posizione relativa; sensibilità riferita alla forze elastica trasversale per controllo di presa e valutazione degli effetti di frizione; percezione di vibrazioni e valutazione di effetti di scivolamento. Queste capacità rappresentano i requisiti minimi per una e-skin che consenta un’interazione “human-like” con il mondo circostante, ma si potrebbe anche andare oltre, con una e-skin “aumentata”, con prestazioni che la pelle umana non possiede ma che possono essere aggiunte in un equivalente artificiale con l’integrazione di sensori chimici e biologici.

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