Le tecnologie robotiche moderne sono un settore estremamente dinamico della scienza, che si evolve rapidamente e porta innovazioni rivoluzionarie quasi ogni anno. I robot sono comunemente utilizzati nella vita quotidiana per svolgere ogni tipo di attività. Le macchine simili all’uomo sono impiegate ovunque, dalla medicina all’ambito domestico e alla produzione. Questi robot possono variare per caratteristiche, funzioni e aspetto; alcuni vanno da strutture piuttosto semplici a sistemi molto complessi e quasi indistinguibili dagli esseri umani. Ad oggi, creare robot dall’aspetto umano è uno degli obiettivi principali della robotica in tutto il mondo.
Robot nella vita reale
I robot hanno un campo di applicazione molto ampio. Possono essere utili in quasi ogni ambito della vita.
Robot in medicina
I robot vengono utilizzati da tempo per il trattamento delle persone con disabilità. In particolare, il processo di produzione di protesi e arti artificiali moderni dipende fortemente dalla robotica. Le protesi che soddisfano gli elevati standard medici odierni sono mobili, versatili, flessibili e fungono da valide sostituzioni degli arti perduti. Molte di queste parti del corpo artificiali sono controllate direttamente dagli impulsi elettrici del corpo del paziente. Ma non è tutto ciò che la robotica può offrire: i robot si trovano nelle sale operatorie, così come in molte istituzioni formative per medici, e il loro ambito di applicazione continua ad ampliarsi.
Robot nell’industria aerospaziale
È indiscutibile che i robot debbano trovare posto nelle future missioni di esplorazione spaziale come parte indispensabile degli equipaggi impegnati nei viaggi nello spazio. E guardando alla storia, vediamo già che gran parte delle esplorazioni spaziali è stata in realtà condotta con l’ aiuto dei robot, quindi non si tratta nemmeno di un’idea nuova. Abbiamo numerosi rover lunari, rover marziani e robot avatar che lavorano nello spazio per noi. Ma la varietà di queste macchine non finisce qui: esistono molti tipi di robot progettati specificamente per le condizioni estreme dello spazio. Possono svolgere compiti inaccessibili agli esseri umani o semplicemente troppo pericolosi.
Sistemi di sicurezza robotici indipendenti
L’impiego di robot moderni nell’ambito della sicurezza delle persone si è rivelato estremamente prezioso. Ad esempio, esistono robot in grado di individuare e identificare potenziali pericoli d’incendio ed eliminarli, prevenendo catastrofi prima ancora che accadano.
E non vanno tralasciati i robot impiegati nei servizi militari. Vengono utilizzati per l’addestramento dei soldati — pur non essendo progettati per ricordare l’aspetto umano come altri robot di fascia alta, riproducono alla perfezione il comportamento e le reazioni di una persona reale. Grazie a queste macchine, i comandi militari possono creare situazioni e condizioni estremamente simili a quelle di un conflitto reale.
I robot possono effettuare operazioni di sorveglianza su vari obiettivi senza attirare l’attenzione. In questo modo alleggeriscono il lavoro delle forze dell’ordine, consentendo loro di dedicarsi ad altri compiti importanti.
Robot per la casa e per la produzione
È difficile immaginare impianti produttivi moderni senza i robot oggi impiegati. Di solito, i robot svolgono la maggior parte del lavoro in questi stabilimenti. Parliamo di un’enorme quantità di operazioni che richiedono massima precisione di movimento e numerose ripetizioni, riunite in un unico processo continuo ad alta velocità — uno scenario impossibile per un essere umano. L’adozione dei robot può aumentare i tassi di produzione di interi settori manifatturieri, liberando i lavoratori e permettendo loro di occuparsi di altri obiettivi importanti dell’azienda.
I robot sono spesso utilizzati anche nelle abitazioni per aiutare i proprietari con cucina, pulizie e altre attività di routine. I più diffusi sono i robot aspirapolvere e i robot tagliaerba, ma esistono anche macchine in grado di svolgere compiti molto più complessi.
Robot nell’industria dell’intrattenimento
Esistono anche robot progettati con il solo scopo di intrattenere le persone. Si tratta per lo più di giocattoli per bambini che possono cantare o eseguire qualche movimento di danza, automodelli radiocomandati e giochi interattivi. Sul mercato esistono persino i cosiddetti robot “reali”, capaci di comunicare con frasi preimpostate, quindi non tutti sono destinati ai bambini. Tuttavia, l’unica differenza tra i modelli per adulti e quelli per bambini è spesso il design e la dimensione del giocattolo.
Robot famosi
Centinaia di aziende in tutto il mondo producono ogni giorno un gran numero di meccanismi robotici di vario tipo. Per far risaltare il tuo robot tra gli altri, deve essere un vero gioiello nel mondo della robotica. Ecco alcuni esempi di lavori famosi per le loro funzioni uniche.
Asimo
Questo robot giapponese è stato sviluppato dalla Honda. Honda è stata molto attiva nel campo della robotica fin dagli anni ’80. I suoi specialisti sono riusciti a costruire un robot che ha catalizzato l’attenzione dell’intero settore. Con un peso di 50 chili e un’altezza di 1,5 metri, questo modello poteva muoversi autonomamente evitando ostacoli ed eseguire programmi aggiuntivi, come servire una tazza di caffè a una persona.
VGo
Questo robot è controllato su una rete Wi‑Fi ed è un cosiddetto dispositivo di telepresenza. Può comunicare tramite microfono, oltre a sentire e vedere l’ambiente circostante, il che gli consente di muoversi liberamente. Il sistema è stato sviluppato specificamente per assistere persone con disabilità che non possono svolgere in autonomia le attività quotidiane. Collegando questo robot a determinati dispositivi, può essere utilizzato come telecamera portatile indipendente. Con questa tecnologia, i bambini che seguono la scuola da casa possono assistere alle lezioni dalle proprie abitazioni.
Roboy
Questo robot è stato sviluppato da specialisti di Zurigo. Ha tendini flessibili, che contribuiscono a un aspetto più antropomorfo. I progettisti hanno cercato di creare un volto capace di esprimere emozioni e, grazie a materiali morbidi utilizzati come “pelle”, l’effetto è convincente. Questo robot realistico è stato inizialmente concepito come compagno per persone sole che necessitano di attenzione.
Kuratas
Questo robot gigante pesa circa 4,5 tonnellate e raggiunge l’impressionante altezza di 4 metri. I movimenti sono gestiti da un operatore alloggiato in una cabina dedicata — ma può anche essere controllato a distanza. Il design del robot ricorda subito un personaggio anime, una scelta abbastanza prevedibile da ingegneri giapponesi.
iCub
Uno dei robot più avanzati è stato costruito in Italia. All’esterno ricorda già molto una persona reale. Ma osservandone le funzionalità si scopre che questo robot è in grado di ricordare il proprio nome e i nomi dei suoi interlocutori, nonché di diversi oggetti. Inoltre, può adattarsi all’ambiente e muoversi liberamente in autonomia.
Rollin’ Justin
Rollin’ Justin è stato sviluppato dal Centro aerospaziale tedesco. È controllato tramite tecnologia di telepresenza, con il programma gestito a distanza da un operatore attraverso lo schermo. Il robot è disponibile in diverse varianti, inclusa la versione eretta.
Di cosa sono fatti i robot
Per costruire un robot si utilizzano diversi materiali. I più comuni includono:
- Alluminio
- Acciaio
- Plexiglass
- Plastica
- Fibra di carbonio
- Gomma sintetica (usata per rappresentare pelle artificiale e tessuto muscolare nei robot realistici).
La scelta dei materiali dipende direttamente dalle funzioni specifiche del robot e dalle sue condizioni operative. Quanto più avverse sono le condizioni operative di un robot — tanto più robusti e resistenti i materiali dovranno essere per resistere all’usura.
Robot sintetici
La costruzione di robot sintetici o “soft” è una delle priorità del settore della robotica moderna che lavora su robot realistici. Questi umanoidi sintetici sono generalmente caratterizzati da superfici lisce, pensate per ricordare la pelle umana. Sono costruiti secondo principi bionici e progettati specificamente per essere utilizzati nei luoghi di lavoro a stretto contatto con le persone, poiché riducono notevolmente il rischio di traumi rispetto a meccanismi analoghi in metallo e plastica rigida. Grazie alla pelle artificiale e al tessuto muscolare impiegati nella costruzione, il risultato finale è altamente antropomorfico!
Robot vs androidi
I robot androidi sono robot umanoidi che assomigliano esattamente agli esseri umani o sono almeno progettati per ricordarli nell’aspetto e nelle azioni. Tali modelli sono attualmente in sviluppo attivo da parte di molti produttori leader in tutto il mondo. Un robot “normale”, invece, somiglia meno a un essere umano e dispone di molte meno funzioni.
I robot si sono dimostrati utili quando occorre svolgere rapidamente lavori ripetitivi non complessi, quando servono operazioni ad alta precisione o sollevare carichi pesanti. Un robot androide è il tipo di robot a cui si possono assegnare operazioni che richiedono capacità cognitive: può affrontare compiti come comunicare o fornire assistenza diretta a una persona in vari ambiti della vita — le sue capacità sono molto più variegate rispetto ai robot ordinari progettati per eseguire lavori strettamente preprogrammati.
Robot‑compagno per l’interazione personale
I robot‑compagno sono progettati per offrire interazioni utili e socialmente appropriate nel mondo reale. Il primo e più importante compito di tali robot è servire le persone e aiutarle nelle attività quotidiane. Soprattutto, come suggerisce il nome, i robot‑compagno sono stati pensati per chi ha bisogno di qualcuno accanto, persone con esigenze specifiche: anziani, persone con disabilità o con disturbi dello spettro autistico. Questi robot possono essere di grande aiuto a chi ne ha bisogno.
Negli ultimi anni, i robot dall’aspetto umano sono sempre più popolari tra gli appassionati e tra i curiosi attratti da questi piccoli robot che condividono alcune caratteristiche umane e suscitano simpatia. La funzione principale di questi robot è sostenere una conversazione con chi interagisce con loro. Sono anche un ottimo mezzo di comunicazione per persone benestanti ma sole, che sentono il bisogno di condividere i propri pensieri.
Esistono anche robot‑compagno che assomigliano ad animali domestici disponibili sul mercato della robotica. Tuttavia, spesso fungono soltanto da supporto morale, con scarsa applicazione pratica.
Che cos’è un umanoide
I robot‑umanoidi sono dispositivi che somigliano almeno in parte agli esseri umani nell’aspetto esteriore, anche se non sempre hanno funzioni particolari a supporto. La maggior parte è dotata di mani, gambe, testa e persino di un volto. Sebbene il concetto risalga a molto tempo fa, i risultati più significativi in questo ambito sono stati raggiunti nell’ultimo decennio.
Un vero umanoide non deve solo somigliare a una persona esteticamente, ma deve anche possedere una serie di capacità autonome come muoversi liberamente, ascoltare e parlare. E forse la caratteristica più importante di un umanoide moderno è la capacità di affinare le proprie abilità mentre esegue determinate azioni, proprio come farebbe una persona.
Come realizzare un robot umanoide
I robot versatili simili all’uomo sono macchine estremamente complesse che richiedono molte conoscenze ed esperienza per realizzare un modello valido. La costruzione di un robot del genere deve includere un sistema muscolo‑scheletrico, arti meccanici, sistemi di riconoscimento dei suoni e dell’ambiente, nonché una rete neurale capace di raccogliere ed elaborare informazioni dall’esterno. Elementi estetici come pelle e capelli non sono necessari: hanno una funzione per lo più estetica e possono essere tralasciati.
Costruire un robot umanoide
La maggior parte dei robot condivide alcune somiglianze. Tra queste, innanzitutto, corpi agili che consentono di muoversi liberamente. Alcuni modelli hanno più elementi mobili, altri muovono solo le parti principali, ma deve comunque essere sufficiente a evitare che il robot inciampi negli ostacoli. Di norma, le parti del corpo sono realizzate in metallo o plastica e interconnesse con un sistema di giunti, proprio come le ossa umane.
I robot si muovono attivando armoniosamente gli attuatori giusti al momento opportuno. Evitare che i robot cadano in avanti è più difficile di quanto sembri, dato che devono restare in piedi per tutto il tempo. Alcuni utilizzano motori elettrici, attuatori lineari, e solenoidi, altri sistemi idraulici o pneumatici.
Un robot deve avere una fonte di alimentazione per restare attivo. La maggior parte dispone di batterie integrate ricaricabili dalla rete elettrica. I modelli idraulici hanno pompe per generare pressione, mentre quelli pneumatici utilizzano serbatoi di aria compressa o compressori dedicati per svolgere il lavoro.
Tutti i motori del robot sono collegati a circuiti di alimentazione che forniscono energia direttamente ai motori elettrici e ai solenoidi. Tutto ciò che è collegato all’alimentazione è controllato da un computer che attiva i componenti e le valvole necessari. Il comportamento di un robot può essere modificato facilmente cambiando il programma installato nel suo sistema.
Sebbene alcuni modelli possano sentire suoni, vedere immagini, percepire odori e rilevare il contatto tramite sensori, non tutti i robot dispongono di tali sistemi. Ma il requisito imprescindibile per un robot moderno è la capacità di muoversi — altrimenti non può essere considerato un robot.
Il futuro dei robot umanoidi
Al momento, la robotica dispone di diversi possibili percorsi di sviluppo che, secondo gli esperti del settore, possono diventare i principali trend nel futuro della robotica nel suo complesso. Tra questi:
- L’uso di nuovi materiali, in particolare nitruro di gallio (nella produzione di transistor) e grafite (nella produzione di unità di azionamento);
- Uso di nuove fonti di energia e delle tecnologie per la loro raccolta e accumulo;
- Interazione tra robot e persone, ad esempio per gestire il traffico di velivoli senza pilota;
- Supporto alla navigazione dei robot in condizioni estreme;
- Aumento dell’efficienza delle reti neurali incrementandone la complessità strutturale e architetturale;
- Creazione di possibilità per studiare procedure algoritmiche e l’uso di servizi cloud per l’addestramento di massa dei robot;
- Uso dell’intelligenza artificiale per perfezionare i pattern di movimento;
- Implementazione dei robot in vari ambiti della vita umana per aumentarne la redditività;
- Concentrazione sullo sviluppo delle capacità e della qualità dei sensori.
Considerato che sono in corso sviluppi in tutti i campi sopra elencati, è probabile che nel prossimo futuro il mondo della robotica ci sorprenderà con robot di altissimo livello, diversi da tutto ciò che abbiamo visto finora.
Al momento, i robot simili all’uomo svolgono già molti lavori in numerosi ambiti. E in futuro questi numeri sembrano destinati a crescere. Lo spettro dei compiti per cui i robot potranno essere impiegati aumenterà insieme alle loro capacità. Saranno utilizzati per lavori pericolosi per gli esseri umani, per attività che richiedono ripetizioni scrupolose, per l’assistenza a anziani e bambini, per l’educazione di bambini e adulti, e per molte altre attività eseguibili dai robot. E svolgendo tutti questi compiti per le persone, i robot continueranno a svilupparsi, aprendo sempre più prospettive per il futuro della robotica.