Che si pensi che siamo pronti o meno, la rivoluzione dei robot sta arrivando. Queste macchine intelligenti e autoapprendenti sono già presenti nelle nostre case, negli uffici e per le strade. Ma quali sono le tecnologie che sostengono questa ascesa? E quali saranno le prossime?
Pensate a qualsiasi settore ed è probabile che coinvolga una qualche forma di robotica. I robot di magazzino evadono gli ordini, mentre i droni consegnano i pacchi. I bracci robotici eseguono interventi chirurgici, mentre i sistemi di marcatura robotica valutano i compiti scolastici.
Oggi i robot sono ovunque. Siamo giunti a un punto in cui alcuni sistemi robotizzati, come i bancomat e le casse self-service, sono così comuni da non essere più considerati robot.
Il fatto è che negli ultimi dieci anni abbiamo assistito a enormi progressi nel settore. Non è quindi difficile immaginare un futuro prossimo in cui ulteriori sviluppi trasformeranno ancora di più la società. Il mondo di domani sarà automatizzato, digitalizzato e connesso.
Ma quali sono le tecnologie alla base di questa rivoluzione? La meccanica, l’intelligenza e la connettività svolgono un ruolo fondamentale nel plasmare il nostro futuro. Vediamo come questi aspetti si uniscono per creare una società ricca di robot.
La robotica
Nel 1961, la General Motors presentò Unimate , il primo robot industriale al mondo. Pesava 1.225 chilogrammi e veniva utilizzato per automatizzare il processo di pressofusione.
Da allora, i robot hanno trasformato i processi di produzione industriale, svolgendo compiti umani con maggiore efficienza. I lavori che comportano il sollevamento di carichi pesanti e movimenti ripetitivi vengono ora eseguiti dalle macchine.
Oggi, i robot sono diventati una parte essenziale non solo nel settore industriale, ma anche in altri ambiti. I robot per i consumatori, quelli aziendali, quelli militari e i veicoli autonomi stanno tutti compiendo progressi significativi nella trasformazione dei rispettivi settori.
La tecnologia dietro le quinte
La chiave di questa ascesa è stato il progresso delle tecnologie di rilevamento. I sensori a breve raggio e le telecamere a risoluzione base hanno lasciato il posto a strumenti più compatti e potenti. Grazie ai moderni sistemi di movimento e di visione, i robot possono raggiungere livelli di autonomia più elevati, eseguendo compiti con maggiore velocità e precisione.
Alcune delle tecnologie robotiche attualmente in uso includono:
La visione robotica
Sistemi LIDAR (Light detection and ranging): La luce viene fatta rimbalzare sulle superfici vicine per creare una mappa 3D dell’ambiente.
Visione 2D: Proiezione bidimensionale calibrata che consente al robot di misurare la lunghezza e la larghezza, ma non l’altezza.
Visione 3D: Solitamente costituita da due o più telecamere che forniscono informazioni sugli assi X, Y e Z per ottenere un dettaglio geometrico più preciso.
Il suono del robot
Microfono: Un’unità di conversione analogico-digitale combinata con l’elaborazione digitale del segnale può essere utilizzata per percepire lo stato emotivo della voce umana.
Il tatto del robot
Sensori capacitivi: La tecnologia di rilevamento capacitivo, già impiegata nei dispositivi touchscreen, aiuta i robot a percepire diverse superfici.
La percezione dei robot
Sensori di prossimità: Possono basarsi su tecnologie capacitive, induttive, ottiche, sonar, ultrasoniche e a fibre ottiche.
Il movimento dei robot
I robot si presentano in molte forme, ma quella più popolare nella narrativa è l’umanoide, progettato per assomigliare al corpo umano. Tuttavia, nonostante gli impressionanti sviluppi di aziende ingegneristiche come Boston Dynamics, siamo ancora lontani dall’avere un movimento umano fluido.
Detto questo, abbiamo fatto molta strada dai meccanismi che hanno ispirato la “danza dei robot”. Ecco alcuni esempi di sviluppi interessanti nel campo del movimento robotico naturale.
Movimento degli insetti
I ricercatori del Tokyo Institute of Technology hanno trovato nuovi modi per controllare i robot a più zampe. Essi propongono che, utilizzando un controller a due livelli, una rete di oscillatori non lineari possa essere manipolata per manovrare diverse andature e posture. In poche parole, hanno creato robot che si muovono come insetti.
Hanno dimostrato questa capacità di generare modelli di camminata naturali utilizzando un robot a sei zampe simile a una formica. I ricercatori hanno scoperto che il robot eseguiva andature che non erano state esplicitamente progettate per produrre, ma che erano comunemente osservate negli insetti del mondo reale. A differenza della maggior parte dei progetti che cercano di replicare la biologia, questi ricercatori sono riusciti a invertire il movimento naturale.
Il movimento del ragno
Gli scienziati hanno sviluppato un ragno bionico in grado di rotolare e strisciare – il primo prototipo è visibile nel video qui sopra. Chiamato BionicWheelBot, il robot si ispira al ragno flic-flac, noto per la sua capacità di adattare il proprio modo di muoversi in base alle condizioni del terreno. Su terreni irregolari, il ragno cammina normalmente sulle sue zampe. Tuttavia, di fronte a un terreno liscio, il ragno allarga le zampe e si muove eseguendo capriole.
Nonostante abbia otto zampe, la versione robotica è molto meno spaventosa. Per camminare, utilizza tutte le zampe, ma per rotolare nasconde sei zampe e utilizza 15 motori, insieme alle due zampe rimanenti, per avanzare.
L’intelligenza artificiale
Anche con un’intelligenza di base, i robot hanno dimostrato di poter contribuire in modo significativo all’aumento della produttività e dell’efficienza nella società. Tuttavia, i robot del futuro saranno più intelligenti che mai e il potenziale per ulteriori progressi è enorme. Gran parte di questo progresso è attribuibile all’intelligenza artificiale.
In generale, l’intelligenza artificiale è definita come la capacità di una macchina di imitare il comportamento umano intelligente, come afferma Nils J. Nilsson, uno dei ricercatori fondatori dell’IA:
L’intelligenza artificiale è l’insieme delle attività finalizzate a conferire intelligenza alle macchine, mentre l’intelligenza è quella qualità che consente a un’entità di operare in modo adeguato e previdente nel proprio ambiente.
Nils J Nilsson
I dati rappresentano la principale fonte di conoscenza per l’IA, fungendo da carburante che consente alla stessa di prendere decisioni accurate e informate. Spesso, tali dati sono modellati da diverse fonti e sottoposti ad addestramento al fine di costruire la base di conoscenza dell’IA.
Sotto l’ampio ambito dell’IA, si stanno sviluppando numerose applicazioni interessanti. Questi strumenti complementari stanno convergendo con la robotica, dando vita a funzionalità robotiche mai esistite prima.
Di seguito sono riportati solo alcuni esempi.
8Un esempio notevole è rappresentato dai Scanner AI capaci di prevedere malattie.
Gli scienziati di Verily, l’azienda di Alphabet specializzata in salute, hanno sviluppato un algoritmo di intelligenza artificiale in grado di predire malattie cardiache analizzando gli occhi del paziente. Attraverso l’analisi delle scansioni oculari, il software utilizza l’apprendimento automatico per dedurre caratteristiche quali l’età e la pressione sanguigna, utilizzando poi tali dati per prevedere il rischio cardiovascolare.
L’algoritmo è stato addestrato utilizzando un set di dati medici comprendente quasi 300.000 pazienti, che includeva informazioni mediche generali e scansioni oculari. Successivamente, le reti neurali sono state impiegate per estrarre modelli da tali dati, con l’algoritmo che ha appreso a associare le informazioni oculari alle metriche delle malattie cardiache.
Un’intelligenza artificiale in grado di clonare le voci
Baidu, una multinazionale tecnologica cinese specializzata in servizi legati a Internet, ha pubblicato nel 2018 un whitepaper che dettaglia lo sviluppo della sua intelligenza artificiale: un programma in grado di clonare una voce in pochi secondi dall’ascolto. Questa IA non solo è in grado di imitare l’input, ma può anche modificare la voce per riflettere un accento o un genere diverso.
Il sistema si avvale di reti neurali profonde per addestrare il modello a generare il parlato. Il progresso compiuto da Baidu rappresenta un significativo passo avanti nella clonazione vocale, considerando che le precedenti iterazioni richiedevano tempi molto più lunghi per addestrare il modello.
Un’intelligenza artificiale in grado di riconoscere le emozioni
Gracenote, una società specializzata in dati musicali, ha istruito i propri computer per identificare le emozioni presenti nelle canzoni mediante l’apprendimento automatico. Il team ha iniziato creando una tassonomia di stati d’animo, atmosfere e qualità emotive comunemente associate alla musica. Successivamente, hanno utilizzato 40.000 canzoni come esempi per le diverse categorie di umore, integrandole nel set di addestramento. Dopo l’addestramento sulle canzoni, il sistema ha applicato le sue conoscenze a milioni di brani.
Attualmente, questa tecnologia di classificazione viene impiegata da operatori di servizi musicali, tra cui Apple e Spotify.
Internet of Things (IoT)
I dispositivi connessi stanno cambiando il modo in cui gestiamo le nostre case, i nostri uffici e persino le nostre città. In effetti, molti commentatori hanno previsto la scomparsa del termine “Internet degli oggetti”, poiché tutti i dispositivi futuri saranno progettati per essere connessi.
Si prevede che le dimensioni del mercato globale dell’IoT cresceranno da 300,3 miliardi di dollari nel 2021 a 650,5 miliardi di dollari entro il 2026.
(Source: MarketsandMarkets)
Uno dei principali motivi di questo boom dell’IoT è il calo dei prezzi della tecnologia di connettività. I sensori in grado di rilevare informazioni come pressione, coppia e temperatura stanno diventando sempre più economici. Questo alimenta anche una crescente domanda nel mercato della robotica.
Allo stesso modo, i prezzi dei sensori LiDAR stanno diminuendo e possono arrivare a costare meno di 100 dollari. In passato, erano i componenti più costosi dei robot autoguidati. Tuttavia, grazie agli investimenti aggressivi nel mercato delle auto automatizzate, i costi di produzione sono drasticamente diminuiti.
La crescita dell’edge computing faciliterà ulteriormente l’implementazione di soluzioni IoT. E’ la versione leggera di un centro dati.
Ad esempio, mentre la visione artificiale tradizionale richiede moduli di telecamera e unità di elaborazione separati, l’edge computing implica che il modulo della telecamera possa pre-elaborare i dati e scaricare la maggior parte del carico di elaborazione sul bordo della rete.
Questo è particolarmente utile per i robot che utilizzano l’intelligenza artificiale, la quale dipende dall’elaborazione di grandi volumi di dati in tempo reale. Il calcolo viene accelerato, migliorando l’efficienza e il tempo di decisione.
La connettività nella produzione
Rethink Robotics ha introdotto una nuova funzione per i suoi robot di produzione chiamata Intera Insights. Questa piattaforma software fornisce ai produttori informazioni critiche sui dati in tempo reale. Gli indicatori chiave delle prestazioni, come forza, velocità, numero di pezzi e tempo di ciclo, vengono visualizzati attraverso un cruscotto personalizzabile sul display del robot. Questo sviluppo rappresenta la prima volta in cui la raccolta di dati è resa disponibile da un robot collaborativo.
L’agricoltura intelligente
Robot, droni e una maggiore connettività stanno trasformando il settore agricolo. Grazie all’automazione intelligente in agricoltura, i robot agricoli vengono impiegati in diverse attività, tra cui semina delle colture, orticoltura, raccolta e altre operazioni agricole. Inoltre, la connettività IoT con altre macchine autonome, come trattori e droni, può ridurre la dipendenza dal lavoro manuale, rendendo l’agricoltura più autosufficiente.
Il futuro dei robot
Nel corso della storia, la tecnologia ha influenzato il successo e la decadenza delle città in tutto il mondo. L’emergere dei robot sicuramente contribuirà a questo scenario.
Negli ultimi anni, i microprocessori sono diventati sempre più potenti, l’intelligenza artificiale ha migliorato la propria capacità di apprendimento, e i robot hanno dimostrato il loro potenziale come preziosi strumenti di automazione.
La tecnologia del futuro, che comprende la robotica, l’IA e l’IoT, si fonderà e sarà responsabile della creazione di città più intelligenti, processi aziendali più interessanti e cicli di innovazione più rapidi che mai.
