Potenzialità e prospettive di RV e RA nell’industria

Pubblicato il 7 febbraio 2024

Le distanze si accorciano, le dimensioni della realtà che sperimentiamo aumentano e la realtà aumentata e la realtà virtuale sono due strumenti fondamentali per la realizzazione di questa magia…

La nostra percezione del mondo e della realtà negli anni recenti si è evoluta secondo due linee apparentemente contrastanti, portandoci a vivere in un mondo che è allo stesso tempo più piccolo e più grande. Ciò che gli uomini hanno in qualche modo sognato per secoli, in pochi decenni si è realizzato attraverso una manciata di innovazioni tecnologiche chiave, tutte legate al trattamento delle informazioni, misurate, trasmesse, elaborate e tradotte in (retro-)azioni. Se da un lato le distanze si sono accorciate, permettendoci di collaborare in tempo reale con persone in altri continenti senza la necessità di uscire di casa, dall’altro le dimensioni della realtà che sperimentiamo sono aumentate, consentendoci ad esempio di conoscere aspetti altrimenti ignoti della vita dei nostri contatti attraverso i social media, o di visualizzare l’evoluzione di luoghi e monumenti attraverso ricostruzioni in 3D relative a diversi periodi storici accessibili via web.

Realtà aumentata e realtà virtuale

La realtà aumentata (Augmented Reality, AR) e la realtà virtuale (Virtual Reality, VR) sono due strumenti fondamentali per la realizzazione della suddetta magia, ovvero della duplice trasformazione nella nostra percezione del mondo. Nell’immaginario collettivo, entrambe le tecnologie sono immediatamente associate all’universo dell’intrattenimento, in particolare alla realizzazione di esperienze immersive nell’ambito di spettacoli e videogiochi, e percepite come molto recenti; ma in realtà AR e VR sono tecnologie dall’enorme potenziale industriale, e una rapida indagine rivela come i primi (spartani) prototipi di AR e VR hanno più di sessant’anni, e come spesso accade nascono in un ambito estremamente lontano dall’intrattenimento, ovvero come progetti di ricerca e sviluppo nel settore militare (si potrebbe dunque dire, a ragione, che si trattava di prototipi ‘spartani’… di nome e di fatto). AR e VR si distinguono, in breve, per il livello di transizione che realizzano dal mondo reale al mondo virtuale, ovvero per l’intensità con la quale il sistema modifica la percezione della realtà da parte dell’utente: nell’AR l’utente vede la scena reale che lo circonda, ma su di essa vengono sovrapposte delle informazioni aggiuntive, solitamente nella forma di testi o ulteriori immagini; nella VR l’utente viene di fatto isolato dalla realtà che lo circonda attraverso l’immersione in un ambiente completamente virtuale, all’interno del quale il suo avatar può interagire con gli oggetti che lo circondano. In molte applicazioni è infine utile considerare un approccio che unisce le caratteristiche di AR e VR, materializzando oggetti virtuali all’interno di scene reali, e consentendo l’interazione fra oggetti virtuali e oggetti reali (fra i quali lo stesso utente); si parla in tal caso di realtà mista (Mixed Reality, MR), che di fatto non è semplicemente la somma di AR e VR, ma piuttosto una sintesi più potente, che trascende le capacità di AR e VR aprendo scenari applicativi altrimenti impossibili da gestire.

Alcuni esempi applicativi

Una descrizione ragionevolmente rappresentativa delle applicazioni e delle potenzialità di AR e VR in ambito industriale richiederebbe sicuramente molto più spazio di quello disponibile per un tutorial, e quindi nelle righe che seguono ci si limiterà a un breve excursus e poche considerazioni che possono essere di guida per un successivo approfondimento. Dal punto di vista della letteratura accademica, un buon punto di partenza per conoscere lo stato dell’arte aggiornato al 2023 sono i volumi della serie ‘Augmented and Virtual Reality’ pubblicata da De Gruyter, e il lavoro di rassegna ‘Mapping the Emergent Trends in Industrial Augmented Reality’ pubblicato sulla rivista Electronics (MDPI), dai quali sono estratti alcuni dati ed esempi riportati nel seguito; per avere una prospettiva dei cambiamenti avvenuti nel settore dal punto di vista della ricerca nell’ultimo decennio, può essere utile il paragone con gli atti della conferenza ‘Virtual Reality & Augmented Reality in Industry’, pubblicati da Springer nel 2011. In particolare nel lavoro di rassegna citato, a valle di un’analisi statistica di quasi 2.700 lavori pubblicati su temi di AR/VR/MR in ambito industriale, sono stati individuati dieci temi principali (in termini di studi pubblicati e di trend in crescita) che appaiono in correlazione con AR/VR/MR industriale: l’Industria 4.0, l’Internet of Things, l’intelligenza artificiale, lo smart manufacturing, la visualizzazione, l’interazione uomo-robot, la manutenzione, il digital twin, l’addestramento e l’assemblaggio. Analizziamo brevemente alcuni fra i tanti esempi interessanti negli ambiti indicati. La formazione è sicuramente uno degli ambiti nei quali AR e VR hanno trovato vastissimo utilizzo; non per niente alcune delle prime applicazioni note riguardano proprio il training di piloti di aerei. L’uso di ambienti virtuali consente la sperimentazione senza rischi in ambienti altamente pericolosi o delicati, come nel caso di procedure chirurgiche nelle scuole di medicina; e sistemi di AR possono fornire in tempo reale accesso a manuali e suggerimenti contestualizzati nell’esecuzione di procedure complesse. Tutta l’esperienza maturata nei settori appena indicati è stata trasportata nell’ambito industriale, consentendo la creazione di applicazioni di notevole interesse. Ad esempio, nel campo della logistica e della manifattura discreta, l’addestramento degli addetti in un contesto di VR permette di vedere tutti i passaggi coinvolti e di sperimentarli liberamente, senza rischiare di interrompere il funzionamento di linee di produzione per le quali è richiesta una disponibilità continua. Nell’ambito della manutenzione e dell’assemblaggio, l’uso di tecniche di AR consente di mostrare all’addetto la sequenza delle singole operazioni da eseguire, evidenziando di volta in volta il punto esatto sul quale intervenire, migliorando la qualità dell’intervento e la velocità di apprendimento ed esecuzione dello stesso (non essendo più necessario cercare nel manuale le pagine relative all’intervento da realizzare, leggere i passi da eseguire, trovare l’elemento dell’impianto sul quale agire, etc). Esempi estremamente interessanti si hanno anche nell’interazione uomo-robot, dove grazie alla MR è possibile sostituire alle classiche interfacce di programmazione dei robot dei sistemi ad alto contenuto informativo basati su visori VR e controller con feedback tattile, grazie ai quali l’operatore può manipolare una copia virtuale del robot, verificarne l’effettivo comportamento in VR anche da altri punti di vista e ricevendo informazioni accessorie relative ai comportamenti insegnati (ad esempio, movimenti critici in termini di rischio o di stress meccanici sui pezzi in lavorazione, zone di possibile interazione indesiderata con altri robot, possibili traiettorie alternative ottimizzate); il tutto nell’ambito di un’interazione uomo-robot e robot-robot estremamente più intuitiva, efficiente e collaborativa, secondo le linee tracciate dai principi dell’Industria 4.0. Come ultimo esempio vale la pena menzionare almeno le opportunità offerte da AR e VR nella transizione umano-centrica da Industria 4.0 a Industria 5.0. Ben prima che nell’area produttiva, già da tempo i settori di marketing si sono resi conto delle potenzialità offerte da AR e VR per migliorare la customer experience, fornendo dei mock-up mediante i quali il cliente ha modo di configurare il prodotto desiderato; tuttavia spesso tale configurazione veniva tradotta in una specifica scritta e realizzata in un processo indipendente. La spinta alla mass customization insita nell’Industria 5.0 sta sostituendo tale processo frammentario con un continuum nel quale già in ambito di configurazione nasce un digital twin del prodotto, che può essere ‘testato’ preliminarmente dal cliente e che accompagna la realizzazione del gemello reale nelle varie fasi di produzione; lo stesso gemello virtuale è utilizzato poi durante tutto il ciclo di vita del gemello reale per fornire supporto (training, manutenzione, etc) con i meccanismi basati su AR/VR e descritti nei paragrafi precedenti.

Aspetti tecnologici e prospettive di sviluppo

Dal punto di vista tecnologico va sottolineato come fra i fattori più rilevanti per l’efficacia delle tecnologie di AR/VR e una loro adozione più diffusa c’è sicuramente la disponibilità di adeguati strumenti hardware e software a sostegno delle applicazioni di AR/VR. Circa l’hardware, il fatto stesso che ci siano ‘vittime illustri’ sottolinea come, nonostante gli enormi progressi nella realizzazione e nelle funzionalità dei dispositivi, resta tuttora sfuggente la perfetta combinazione fra caratteristiche tecniche e limiti pratici, inclusi i costi: un esempio per l’AR è il progetto Google Glass, morto due volte in un decennio (la prima volta come device per il mercato consumer, e la seconda, nel 2023, nella sua reincarnazione come Google Glass Enterprise, rivolto proprio all’ambito industriale). Dal punto di vista del software, ci sono due questioni fondamentali: le prestazioni e lo sviluppo. Dal punto di vista delle prestazioni, sia AR che VR richiedono tecniche spesso ben studiate e note (come localizzazione o riconoscimento delle immagini per AR, o rendering spaziale e feedback sensoriale per VR), ma con algoritmi non standard a motivo dei requisiti in termini di quantità di dati da trattare e di fluidità di risposta, pena la scarsa qualità del risultato, l’affaticamento e il fastidio da parte dell’utente, tanto maggiori quanto maggiore è l’immersività perseguita. Dal punto di vista dello sviluppo, la realizzazione di applicazioni AR/VR di qualità richiede uno sforzo notevole, che tuttora motiva la creazione ed evoluzione di framework sempre più avanzati per rendere più efficiente ed efficace tale processo. Un discorso a parte circa gli sviluppi futuri di hardware e software per AR e VR riguarda l’estensione multisensoriale, al di là della vista e dell’udito. Vista e udito sono i due sensi principali attraverso i quali l’uomo si interfaccia con la realtà, e per certi versi sono anche i più semplici da gestire con le attuali capacità tecnologiche; dopo di essi, il senso più importante è il tatto, che è un senso complesso, in quanto racchiude sensazioni legate alla pelle di natura statica (es: caldo/ freddo), dinamica (es: liscio/ruvido) o legate alla forza esercitata sull’ambiente (es: propriocezione). La realizzazione di interfacce aptiche con un feeling naturale e con alta definizione, che migliorino il senso di ‘immersione’ nella realtà virtuale, resta a tutt’oggi una sfida difficile proprio a motivo di tale grande complessità, ma allo stesso tempo è forse il mattone essenziale per il progresso di AR e VR. Ancor più avveniristico sotto molti punti di vista è l’ulteriore estensione alle BMI (Brain Machine Interface), che potrebbe estendere la nostra percezione non solo in termini sensoriali passivi (come l’ambiente, reale o virtuale, influenza i nostri sensi) ma anche in termini di attuazione (come io influenzo e percepisco la mia capacità di influenzare l’ambiente). In conclusione, vale la pena di menzionare che, mentre l’attenzione in questo tutorial si è concentrata principalmente su aspetti tecnologici e sulla descrizione di alcune applicazioni specifiche, ovvero sul ‘cosa si può fare’, l’implementazione efficace di un’idea di applicazione industriale di AR/VR richiede una comprensione approfondita del contesto nel quale l’applicazione va a collocarsi, inclusi quindi i flussi di dati, il modello di business, la struttura organizzativa nella quale l’applicazione si inserisce e, non ultime, l’integrazione e il coinvolgimento delle persone che entreranno a far parte di tale realtà estesa; ma tutto questo è già il punto di partenza per una discussione futura.

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