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Walk-man: un robot per ambienti a rischio

Enrico Billi Writer

Finora i robot hanno agito in ambienti «protetti». Il progetto Walk-man studia invece le applicazioni dei robot a supporto dell’uomo all’interno di ambienti critici, con un’idea targata IIT.

 

Il cugino «grande» di iCub

Vi ricordate iCub, il robottino in grado di percepire l’ambiente circostante?

Oggi vi parliamo di un altro robot che condivide molte delle implementazioni testate sul suo cugino più piccolo, ma che ha uno scopo ed una linea molto, molto diverse: si chiama Walk-man, acronimo per Whole-body Adaptive Locomotion and Manipulation, realizzato dall’IIT in collaborazione con il Centro di Ricerca «E. Piaggio» dell’Università di Pisa.

Obiettivo del progetto, finanziato dalla Commissione Europea, era creare un robot di forma umanoide capace di operare in ambienti rischiosi e strutture danneggiate in seguito a disastri naturali (o causati dall’uomo) in cui gli esseri umani non potrebbero agire.

È a tutti gli effetti un prodotto di artigianato, visto che è interamente «fatto in casa», dalle batterie agli attuatori delle giunture – fatta eccezione per i sensori visivi. Il suo aspetto robusto nasconde non solo una notevole forza fisica, equilibrio e robustezza, ma anche un’abilità manipolativa eccezionale.

 

Un umanoide per aiutare l’uomo

Poteva avere le ruote o quattro zampe: il team dell’IIT invece ha scelto una forma antropomorfa – una scelta ben motivata.

Lo spiega Roberto Cingolani, direttore scientifico dell’IIT: «Queste macchine sono strutturate come noi perché devono usare i nostri oggetti: i nostri interruttori, i nostri attrezzi, le nostre automobili».

Secondo Antonio Bicchi, coordinatore scientifico del progetto, in futuro Walk-man «dovrà convivere con gli uomini ed adattarsi ai loro ambienti. Le mani, per esempio, sono uno sviluppo della ‘Pisa/IIT SoftHand’, basate su un disegno ed un principio di funzionamento simile a quello di una mano umana, che le rendono in grado di afferrare tutti i tipi di oggetti».

Una tecnologia che ricorda da vicino iCub, anche se le dimensioni di Walk-man sono ben altre.

Walk-man è alto 1,85 cm, pesa un quintale ed ha batterie (da 2,8 KW) che gli consentono un’autonomia di 1 ora. È capace di sollevare pezzi di muratura, sa camminare o avanzare a carponi su una pila di detriti, sa utilizzare strumenti basici come il trapano pneumatico o i cutter.

È un robot che può essere messo a dura prova dalle condizioni ambientali e che riesce a mantenere il proprio bilanciamento nonostante i disturbi esterni, come il contatto con oggetti o persone.

Robustezza ed adattabilità sono le due caratteristiche che permettono a Walk-man di operare al di fuori del laboratorio, grazie a meccaniche e materiali che lo rendono meno fragile dei suoi colleghi robot, oltre alla capacità di manipolare gli strumenti di lavoro.

Adattabilità ha un significato molto preciso dal punto di vista meccanico: Walk-man non ha bisogno di «girarsi» per operare dietro di sé; il suo torso può ruotare di 180°, permettendo alle braccia (retrovertibili) di agire sul retro del corpo, effettuando manovre utili in caso di caduta.

C’è però molto di più: Walk-man non ha una struttura rigida. Quando afferra un oggetto, il corpo intero si adatta al cambiamento in maniera impercettibile – e questo è dovuto ad un concetto completamente nuovo, ispirato ai tecnici dell’IIT dal corpo umano.

 

Un equilibrio omogeneo

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Il risultato non è solo la capacità del robot di reagire autonomamente a disturbi esterni in grado di alterarne l’equilibrio, ma anche la produzione di forze utili a manipolare oggetti pesanti in ambienti ad alto rischio (come le macerie di un terremoto, per esempio). Esattamente come accade nel corpo umano: in un certo senso, le mani sono l’ultima appendice di un equilibrio che parte dai piedi e coinvolge l’intera struttura.La lezione di iCub è servita per immaginare un nuovo modo di mettere in relazione le diverse parti del robot: è il concetto di loco-manipolazione. Significa che tutte le parti del corpo (braccia, mani e gambe) concorrono ad assicurare un movimento stabile e bilanciato, non solo le parti basse – la soluzione ad oggi più comune.

I motori di Walk-man (ben 33) sono stati montati sul torso, fatto che alleggerisce i movimenti del robot e ne migliora l’efficienza energetica, mentre l’equilibrio è gestito da 2 accelerometri.

In quest’ottica, la velocità di spostamento è un fattore secondario rispetto alla robustezza ed alla fluidità di movimenti di Walk-man.

«Quando il robot procede lentamente,» osserva Nikos Tsagarakis, coordinatore del team di ricerca, «è più facile operare (…). Dentro ambienti strutturati simili a quelli che seguono un disastro, è possibile che questi robot entrino in collisione con l’ambiente circostante. E più sei veloce, maggiori saranno le forze di impatto».

Un obiettivo ancora da sviluppare resta piuttosto la velocità di reazione, che permetta al robot di attraversare terreni instabili e gli dia la capacità di fermarsi e ripartire velocemente.

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Il team dietro Walk-man
Walk-man non opera in autonomia: in ambienti ad alto rischio come terremoti, disastri nucleari o incendi l’idea di Tsagarakis è che «ci sia sempre un pilota in remoto che guidi il robot in caso sia necessario prendere una decisione. Il robot trasferisce dati, come quelli percettivi, all’operatore, che prende le decisioni e stabilisce qual è il prossimo movimento del robot stesso».

Massimo controllo all’operatore umano, quindi, che può servirsi del sistema percettivo di Walk-man per guidare il robot con comandi wireless. I dati sensoriali di Walk-man vengono raccolti nella testa, in cui sono installate due telecamere e uno scanner laser che mappa in 3D l’ambiente circostante, mentre i dati vengono elaborati da due computer basati su tecnologia di processore Intel i7 quadcore di nuova generazione.

Lo scorso anno, poco prima di essere presentato in Italia durante la cerimonia di apertura di Maker Faire Rome 2015 da Roberto Cingolani, Walk-man ha rappresentato l’Europa alla Darpa Challenge di Los Angeles, la più importante competizione di robotica del mondo, organizzata dal Dipartimento per la Difesa degli Stati Uniti. I concorrenti di Walk-man provenivano dai laboratori di tutto il mondo: USA, Giappone, Sud Corea, Hong Kong, Cina e hanno affrontato scenari complessi.

I robot avevano un’ora di tempo per completare otto prove: guidare un veicolo evitando gli ostacoli ed uscire dallo stesso (una delle manovre più difficili); aprire una porta, azionare una valvola industriale, salire le scale, fare un buco con il trapano e superare una prova a sorpresa (tra attivare un interruttore e collegare una presa elettrica). Infine, dovevano dimostrare di sapersela cavare da soli: una volta aperta la porta, il robot sperimentava un’interruzione nel flusso di informazioni in arrivo dal suo team. Con pochi byte doveva quindi essere in grado di ricostruire l’ordine che gli veniva fornito ed eseguirlo correttamente.

Walk-man è arrivato diciassettesimo, ma la partecipazione del team europeo non aveva solo lo scopo di vincere la competizione. Per Tsagarakis, «il confronto con le altre squadre all’interno di uno scenario realistico è importante per verificare che ci stiamo muovendo nella direzione giusta. La partecipazione alla DRC è solo uno dei nostri obiettivi, poiché in seguito ci confronteremo con altri scenari definiti insieme agli enti di Protezione Civile».

Il robot italiano ha ancora degli assi nella manica perché il progetto europeo Walk-man ha una durata di quattro anni: c’è ancora tempo per restare stupiti delle sue capacità.

 

Photo Credits:

1) Walk-man;

2) Mano di Walk-man;

3) Walk-man «regge» la torre di Pisa;

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