Lo stato dell'arte della robotica avanzata in Italia

Gli ultimi dieci anni sono stati molto importanti per l’avanzamento della robotica avanzata, l’essere umano è sempre di più al centro degli studi che fanno evolvere la tecnologia in questi ambiti. Nella robotica intelligente si riuniscono molte discipline diverse, ed in questo articolo vi parleremo di, come spesso succede quando competenze molto distanti vengono messe al lavoro insieme, nasce innovazione vera.

Università e Istituti di eccellenza mondiale nella robotica avanzata in Italia

L’Italia è considerata tra i leader mondiali nell’ambito della robotica avanzata.

Gli Istituti di eccellenza che fanno scuola in queste discipline sono la Scuola Superiore Sant’Anna con l’Istituto di Biorobotica, presente con varie sedi in Toscana, e l’Istituto Italiano di Tecnologia, con sede principale a Genova e presente in altre 9 città e regioni italiane.

L’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna, centro di eccellenza universitaria nato nel 2011, ha costruito nel corso degli anni un vasto patrimonio di conoscenze e di competenze in diversi settori della biorobotica e della bionica, come:

• la robotica medica;
• le tecnologie indossabili;
• la robotica collaborativa;
• la robotica bio-ispirata;
• l'ingegneria neurale;
• la robotica riabilitativa;
• le tecnologie impiantabili. 

La visione della ricerca di IIT, invece, è quella di sviluppare tecnologie che mettono al centro l’essere umano mediante l’adozione di un approccio di sintesi multidisciplinare.

Il concetto di macchine intelligenti “bio-ispirate” è stato introdotto dall’IIT già nel 2009, con lo scopo di lavorare a soluzioni a supporto della persona nella vita quotidiana.

I principali ambiti della Ricerca e Sviluppo della Robotica avanzata nel 2020

Soft robotics ispirata a soluzioni esistenti in natura

I principali modelli biologici di interesse sono piante ed animali, e osservandoli si scoprono modelli e tecniche utili a replicarli per sviluppare nuovi robot più adatti ad operare in ambienti reali e al servizio dell’uomo.

Gli ambiti sono molto vari: dal monitoraggio ambientale all’esplorazione del suolo, e per vari tipi di ricerche, come ad esempio gli inquinanti, ma non solo.

Sia sulla Terra che su altri pianeti. 

Altre applicazioni che prendono piede si trovano in ambito medicale: endoscopi flessibili e intelligenti e semovibili, interfacce intelligenti per l’ingegneria tissutale, ecc.

Le tecnologie di controllo

Le aspettative sono per una nuova generazione di robot molto più “light”, versatile ed umana nell’interazione con le persone.

Questo perché il trend è verso macchine che ci supportano,  aiutano ed assistono nella vecchiaia o nella disabilità.

Il concetto di soft robotics si amplia verso leggerezza ed elasticità:

• nascono nuovi attuatori, che riescono a replicare caratteristiche di azione e reazione molto simili a quelle umane;

• si sviluppano nuove tecnologie per prendere e manipolare oggetti diversi in modo versatile.

Queste sono, prima di tutto, soluzioni utili in ambito prostetico.

Esoscheletri

Per quanto esistano già soluzioni molto efficaci in questo campo, siamo ancora lontani da prodotti comodi e davvero in grado di replicare le prestazioni del corpo umano.

Questo perché il design è ancora troppo rigido e i principi di controllo pongono una serie di limiti. Spesso gli esoscheletri sono infatti pensati e dimensionali per effettuare solo un tipo di operazione.

La ricerca va verso nuovi concetti di meccatronica utili a realizzare la prossima generazione di componenti di robot, modificando gli approcci odierni di progettazione e perseguendone di molto moderni.

Modifiche a elementi strutturali possono aiutare a gestire picchi momentanei di forza, incertezze di superfici di contatto, interazione sempre più sicura con gli esseri umani e sfruttamento di energia dall’ambiente esterno.

Autonomia energetica

Come per tanti altri dispositivi, il problema della fonte di energia si pone anche per i robot.

Infatti soluzioni a minor consumo, riduzione del peso dei componenti, giusta scelta dei cinematismi ed efficienza sempre maggiore degli attuatori, sono tutti sviluppi che contribuiscono a migliorare l’efficienza dei robot.

Equilibrio e locomozione

Anche in questo caso la ricerca prende spunto dallo studio dell’essere umano e di altri animali per replicare e sviluppare le capacità di equilibrio che consentono ai robot umanoidi di camminare o stare fermi in piedi.

Adattamento all’ambiente e sua percezione

Oggi i robot vedono il loro uso in contesti limitati ad ambienti e operazioni specifiche e ripetitive.

La ricerca va nella direzione del dare sempre più autonomia al robot, in modo che possa lavorare anche in ambienti variabili e dinamici.

Questo è l’ambito della robotica percettiva, che studia tutte le tecnologie utili a cogliere gli stimoli sensoriali (propriocezione, vista, tatto, udito), e di imparare da essi, ossia dall’ambiente circostante.

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I prossimi 10 anni

La popolazione mondiale sta invecchiando di qualche mese all’anno ed i cambiamenti demografici fanno sì che nascano nuove esigenze ed approcci innovativi a problemi sempre più diffusi.

Al di là delle applicazioni industriali, per la robotica e per l'intelligenza artificiale si prevede un notevole incremento di applicazioni in ambito assistenziale e per rafforzare l'essere umano. 

Dopo l’avvento nelle fabbriche, invisibile ai più, vedremo crescere il numero di robot intorno noi, nella vita quotidiana.

L'intelligenza artificiale troverà applicazione negli ambiti più diversi: da quelli legati alla produttività industriale a quelli di assistenza all’essere umano, che sia più o meno debole o malato.

Non avrà più senso esporre un essere umano a rischi sul lavoro.

Cosa dicono gli esperti?

Mentre sul mercato arrivano le soluzioni sviluppate negli anni scorsi, chi fa ricerca ed è attivo in queste direzioni tematiche, suddivide lo sviluppo futuro in due filoni principali.

Sviluppi tecnologici:

• piattaforme robotiche che integrano nuovi concetti di “carrozzeria” e meccatronica;
• software “pensanti” (elaborazione, controllo, ragionamento, apprendimento, percezione);
• corpi fatti di materiali speciali e nuovi, utili a migliorare le prestazioni.

Sviluppi social-cognitivi:

• tecniche di intelligenza artificiale orientate a migliorare i rapporti “sociali”;
• interazione uomo-robot e compagnia intelligente.

Sembra fantascienza ma inizia a non esserlo più, e se volete approfondire l'argomento, tra i soci ARTES 4.0 ci sono tra le migliori menti al mondo che lavorano per il nostro futuro.