I robot che camminano rappresentano l’integrazione di moltissime innovazioni nel campo della robotica che li rende adatti a svariate applicazioni. Uno sguardo al futuro per scoprire dove questi compagni meccanici stanno prendendo piede
Insegnare ai robot a camminare è stata a lungo considerata un’impresa particolarmente ambiziosa e altrettanto difficile. Anche negli esseri umani, l’equilibrio si ottiene solo grazie a una sofisticata interazione tra il sistema vestibolare (tre piccoli ossicini nell’orecchio interno), il senso della vista, i sensori nei muscoli, nei tendini e nelle articolazioni, nonché la muscolatura e il sistema nervoso. Per far camminare i robot su quattro o addirittura due gambe, è necessario un coordinamento altrettanto complesso di diverse tecnologie. Innanzitutto, un robot che cammina è una meraviglia della meccanica: le gambe e le articolazioni, così come tutto il resto del corpo del robot, devono essere progettati e ottimizzati in modo che esso possa muoversi in modo stabile ed efficiente mantenendo l’equilibrio. Gli attuatori che controllano il movimento delle gambe devono lavorare con alta precisione ed essere coordinati tra loro e per questo si preferiscono gli attuatori pneumatici. Attualmente la ricerca in materia è maturata a tal punto che essi si stanno avvicinando alle caratteristiche della muscolatura umana. Ad esempio, i ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia hanno utilizzato attuatori pneumatici stampati in 3D per ricreare un polso incredibilmente simile a quello umano. È inoltre importante che i processi meccanici funzionino nel modo più efficiente possibile dal punto di vista energetico: a causa della loro complessità, i movimenti simili alla camminata consumano molta energia elettrica, ma allo stesso tempo, batterie grandi e pesanti ostacolano l’equilibrio del robot. Quindi, meno elettricità consumano nei movimenti, meglio è. Inoltre, i robot che camminano sono dotati di una serie di sensori diversi per rilevare la loro posizione e i loro movimenti. Questi includono, ad esempio, sensori inerziali come giroscopi e sensori di accelerazione, ma anche telecamere o sensori di profondità. Lo straordinario sviluppo della tecnologia dei sensori negli ultimi anni ne ha prodotti di sempre più piccoli, leggeri, potenti e a basso consumo energetico. Sono proprio questi sensori compatti ad alte prestazioni a essere necessari per i robot che camminano.
L’intelligenza artificiale rende possibile l’orientamento e l’equilibrio
Aggiungiamo che le informazioni raccolte dai sensori devono essere elaborate, analizzate e convertite in comandi di controllo adeguati in tempo reale. Soprattutto su superfici irregolari è infatti necessario eseguire calcoli complessi per ogni passo e tradurli in una tecnologia di controllo. Solo in questo modo è possibile controllare correttamente gli attuatori in modo che il robot mantenga l’equilibrio. Questo vale soprattutto quando, oltre alla deambulazione, si aggiungono compiti di manipolazione: ad esempio, quando un robot bipede deve afferrare qualcosa o un braccio di presa è stato montato su un robot quadrupede per consentirgli di spostare gli oggetti. È qui che l’intelligenza artificiale gioca un ruolo fondamentale e ha contribuito in modo significativo al successo dei robot capaci di camminare. Inoltre, il robot deve percepire costantemente l’ambiente circostante per evitare di scontrarsi con altre persone, animali o oggetti. A questo contribuisce anche la tecnologia AI avanzata, lo sviluppo della quale è stato negli ultimi anni spinto soprattutto dalla domanda in ambito guida autonoma. Utilizzando videocamere, sensori a infrarossi o LiDAR, il robot misura costantemente l’ambiente circostante e calcola se il percorso previsto è libero. L’intelligenza artificiale consente ai robot che camminano di imparare costantemente dall’esperienza e di adattarsi sempre più facilmente a nuove situazioni o ambienti. Tutti questi progressi nella meccanica, nel controllo e nell’intelligenza artificiale, contribuiscono al fatto che oggi i robot deambulanti si muovano in equilibrio senza sforzo su terreni sassosi, siano capaci di afferrare gli oggetti mentre camminano o riescano a muoversi in zone pedonali affollate.
Nuove possibilità per la tecnologia a quattro zampe
Grazie a queste capacità avanzate, i robot camminatori si prestano a una serie di nuovi utilizzi. Nella logistica, ad esempio, possono già essere utilizzati con ottimi esiti. Aiutano a immagazzinare e a prelevare gli ordini, migliorando l’accuratezza e l’efficienza dei processi di lavoro, ma possono essere utili anche per il trasporto di materiali negli impianti di produzione, alleggerendo notevolmente il lavoro umano. Un altro scenario applicativo è quello della consegna dei pacchi. I robot camminatori hanno il grande vantaggio di muoversi meglio su terreni irregolari e di poter addirittura salire le scale. Soprattutto quando si tratta di trasportare carichi di grandi dimensioni o di effettuare consegne in case prive di ascensori, un robot deambulante può sollevare il personale addetto alla consegna dei pacchi da un lavoro fisicamente difficile o che richiede molto tempo. Questa resistenza ai terreni accidentati è particolarmente preziosa quando i robot camminatori vengono utilizzati per esplorare aree sconosciute. Dopo disastri naturali come terremoti o uragani, i robot deambulanti possono addentrarsi in aree pericolose e in edifici crollati per cercare sopravvissuti o prestare i primi soccorsi. Anche dopo incidenti come gli incendi, è più sicuro lasciare che un robot valuti prima la situazione. Ad esempio, la polizia del Baden-Württemberg e della Renania Settentrionale-Vestfalia sta già utilizzando i cani robot a quattro zampe. I primi test hanno dato buoni risultati perché il robot che cammina è più veloce e copre meno tracce rispetto ai modelli con rulli o su catene. Nelle miniere di carbone di Elk Valley, in Canada, un cane a quattro zampe svolge compiti di ispezione di routine e raccoglie regolarmente dati sulle condizioni della miniera, un lavoro che, in alternativa, metterebbe a rischio la vita dei dipendenti umani nonostante le moderne attrezzature. Naturalmente, un robot che cammina è perfetto anche come aiuto nel servizio. Nei ristoranti, nelle fiere o nei festival, può trasportare cibo, diffondere informazioni o raccogliere rifiuti. A Singapore, i cani robot ambulanti sono già stati utilizzati per avvisare delle regole di distanza gli escursionisti e gli amanti del jogging nei parchi durante la pandemia di Covid-19. Alcune università e istituti superiori in Germania hanno già acquistato dei robot camminatori, in quanto sono un oggetto di studio particolarmente interessante per gli studenti di informatica o ingegneria meccanica. Gli studenti possono usarli per imparare come risolvere sfide complesse nella robotica ed esercitarsi nella programmazione. Inoltre, i cani robot sono adatti a una serie di progetti interessanti per insegnare loro nuove competenze. Ad esempio, c’è ancora molto da imparare nel campo della locomozione in combinazione con la presa e il posizionamento di oggetti. Infine, ma non meno importante, i cani robot sono anche un’affascinante attività di svago per un numero sempre maggiore di persone. Grazie agli enormi progressi tecnici, non è più impossibile per i privati acquistare un robot da corsa. I robot e i giocattoli elettronici simili ai robot esercitano ancora oggi una certa attrazione su persone di tutte le età, come già succedeva alla fine degli anni ‘90 con fenomeni come Tamagotchi o Furby. I proprietari si divertono ad addestrare i cani robot e a insegnare loro nuovi trucchi. In questo modo, l’amico elettronico a quattro zampe diventa un compagno fedele, quasi come un cane vero. Non va dimenticato il fattore divertimento, soprattutto perché lavorando con un cane robot si possono acquisire migliori capacità di programmazione.
Cosa porta il cane robot nella nostra vita quotidiana?
I robot che camminano hanno già compiuto notevoli progressi tecnologici. Tra i primi passi consapevoli dei primi robot deambulanti e i modelli di oggi, incredibilmente agili, ci sono mondi diversi. Ma quanto tempo ci vorrà perché queste nuove tecnologie siano utili alle aziende? La diffusione dei robot dipende sempre dalla facilità di utilizzo e dalla facilità di apprendimento della loro programmazione. Le offerte di formazione e gli strumenti intuitivi per la programmazione sono quindi molto richiesti. Soprattutto con nuovi strumenti come ChatGPT, gli ostacoli iniziali possono essere superati bene perché il chatbot intelligente può facilmente creare il codice giusto a partire da richieste e comandi o dare consigli su come risolvere problemi di programmazione complessi. Abbiamo già riscontrato un grande interesse da parte delle aziende verso l’uso dei cobot, e questo dimostra che le aziende di tutte le dimensioni sono ora molto più aperte alle innovazioni della robotica. E quanto più velocemente una tecnologia, come quella dei robot camminatori, si affermerà nel lavoro quotidiano delle aziende, tanto maggiori saranno le possibilità che venga ulteriormente ampliata e perfezionata. Ciò significa che non solo le possibili applicazioni dei robot che camminano stanno crescendo, ma che l’intero settore della robotica sta già beneficiando della nuova tecnologia.
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