ROBOTICA

Robotica

(App. V, iv, p. 553)

I principali aspetti relativi alla r. sono stati trattati nella voce dell'App. V dell'Enciclopedia Italiana, in cui si delineano le origini dei robot come evoluzione, in campo industriale, delle macchine operatrici automatiche. Ai 'robot industriali' sono stati dedicati studi approfonditi fino a codificarne la struttura nelle quattro funzioni fondamentali, realizzate dagli organi meccanici, da quelli di senso, di controllo e dagli organi di memorizzazione e di calcolo. È stato poi descritto il funzionamento del robot, una volta assegnatogli un preciso programma, nella sua interazione, unidirezionale o bidirezionale, con l'ambiente di lavoro. Sulla r. come scienza, si affronta il problema teorico di come definire un modello dinamico sulla base del quale formalizzare equazioni del moto che, unitamente a leggi di controreazione, permettano di comandare e regolare posizioni e velocità di un robot, e quindi di definirne le traiettorie all'interno dello spazio di lavoro. L'ultima parte della voce è dedicata ai robot di ultima generazione, in grado di svolgere compiti sempre più sofisticati e complessi e sempre più simili a 'macchine intelligenti'. Grazie agli sviluppi delle tecnologie meccaniche, informatiche ed elettroniche, infatti, si sono ottenuti nella r. progressi notevoli in termini di flessibilità, programmabilità e integrabilità dei robot, nella definizione di algoritmi di comando e di controllo e, infine, nelle strutture robotiche, realizzabili ormai nell'ambito della cosiddetta microrobotica e impiegate soprattutto in campo medico (v. ingegneria biomedica: Bioingegneria, in questa Appendice). Nell'App. V aspetti della r. sono trattati anche sotto le voci automatica (i, p. 278), con un cenno alla diffusione dei manipolatori meccanici programmabili, e controlli automatici (i, p. 721). Si vedano anche in questa Appendice le voci automazione e, per gli sviluppi dei processi di automazione nell'organizzazione della fabbrica, produzione. La r. industriale, nella sua evoluzione, si va diffondendo anche in settori produttivi diversi da quelli tradizionali. *

Prospettive della robotica

di Fernando Nicolò

Le ricerche degli ultimi anni sembrano indicare come, in una prospettiva ora prevedibile, non sia possibile realizzare robot che sostituiscano l'uomo, emulandone i comportamenti. Al mito della fabbrica autonoma senza uomini, con robot che li sostituiscono, si oppone la più ragionevole prospettiva di fabbriche, senza uomini nell'esercizio corrente, in cui i robot sono l'estensione materiale del cervello umano e svolgono autonomamente compiti sempre più complessi, ma non come quelli di cui l'uomo è capace. Si parla in questo caso di robot semiautonomi, che possono essere programmati o teleoperati. Di fatto sono robot semiautonomi quelli impiegati in diverse missioni speciali in cui è troppo rischioso o impossibile fare intervenire direttamente l'uomo (per es. interventi di emergenza su impianti o sull'ambiente, posa e manutenzione di cavi sottomarini, esplorazione sottomarina o extraterrestre ecc.).

I primi robot industriali hanno avuto una rapida diffusione, spesso senza che fosse riprogettato il processo produttivo di trasformazione tecnologica in cui erano inseriti, coerentemente con l'idea allora dominante del robot come sostituto dell'uomo. Si pensava a una diffusione dei robot nei processi produttivi esistenti via via che la loro evoluzione ne consentisse l'impiego in compiti prima affidati all'uomo. Ora che cominciano a essere chiari i limiti intrinseci dei robot, anche se si prevede per essi una sensorialità evoluta e qualche capacità di percezione e di ragionamento, il robot viene concepito come una macchina molto versatile, delle cui capacità e dei cui limiti occorre tener conto nel progetto tecnico-economico del processo produttivo. Questa concezione dovrebbe favorire una ripresa della diffusione del robot industriale e una maggiore accettabilità del suo inserimento da parte dell'operaio, che lo può vedere come una macchina che qualifica la sua opera ma non la sostituisce.

La difficoltà principale nella realizzazione di robot completamente autonomi è quella di emulare il modo in cui gli animali superiori accumulano esperienza, attraverso un'interazione diretta della sfera sensoriale e di quella cerebrale. La difficoltà di studiare questa interazione per riprodurla deriva dal fatto che essa è in gran parte inconscia nell'uomo, che inoltre, all'aumentare dell'esperienza stessa, la porta a livelli sempre più complessi. Nei robot del futuro dovrà essere creato un ciclo evolutivo di apprendimento, simile a quello degli animali, che va dalla misura alla modellizzazione, alla percezione, alla pianificazione, all'azione e quindi di nuovo alla misura, però con meccanismi di accumulo dell'esperienza propri del robot e delle sue caratteristiche tecnologiche. Robot capaci di apprendere sono tuttora oggetti di laboratorio, anche suggestivi come il piccolo puledro automa che impara a sollevarsi sulle zampe e a trotterellare in maniera simile a un puledro appena nato. Sebbene sembri lontano il tempo in cui si potranno ottenere comportamenti intelligenti dai robot, gli studi tesi a conseguirli, emulando i comportamenti umani, saranno comunque utili per aiutare a comprendere meglio il funzionamento del cervello nella sua interazione con i sensi.

Occorre dire che vi sono ancora scuole di pensiero secondo cui è possibile un futuro in cui si potrà superare quello che sembra un paradosso clamoroso: far lavorare in modo associativo e creativo una macchina strettamente procedurale come il robot (programmabile in modo sempre più complesso e interattivo, cioè interagente con i dati sensoriali, ma comunque capace solo di eseguire programmi). Le caratteristiche 'intelligenti' che si spera di ottenere per un robot capace di azione autonoma sono: gestire le eccezioni, cioè reagire, traendone vantaggio o minimizzando i danni, a eventi imprevisti; trarre un senso da percezioni ambigue o contraddittorie; riconoscere l'importanza relativa dei diversi aspetti di una situazione; trovare gli aspetti analoghi di situazioni differenti e, viceversa, quelli differenti di situazioni simili; sintetizzare nuove idee, mettendo insieme concetti già acquisiti in modo nuovo. Tuttavia ancora oggi al miglioramento delle tecniche di controllo e delle loro capacità di svolgere operazioni in maniera semiautonoma non corrisponde lo sviluppo di adeguate metodologie per comunicare al robot come debba svolgere i suoi compiti.

Per es., per la verniciatura sarebbe necessario disporre di robot capaci di verniciare a regola d'arte nuove superfici. Non è perseguibile la via di programmare il robot 'fuori linea', in base a un buon modello del processo di verniciatura, pur essendo questa una delle prime applicazioni della r., prevedendo l'impiego di una sensoristica adeguata per compensare le inevitabili carenze del modello. Da qui la necessità di sviluppare un robot verniciatore con qualche capacità di apprendimento. Occorre dire che vi sono processi robotizzati in cui si ottengono risultati migliori di quelli di un operaio specializzato. È questo il caso della saldatura ad arco elettrico di bordi piani, per la quale si sono sviluppati modelli e sensori adeguati (ma già la situazione cambia se i bordi da saldare non sono più piani).

Un aspetto della r. che sembra promettere grandi sviluppi è la teleoperazione di robot semiautonomi, dotati di capacità sensoriali e di azioni sempre più elevate, mobili nell'ambiente o inseriti in celle robotizzate di produzione. Un aspetto fondamentale della teleoperazione sarà la resa multimediale all'operatore dei dati sensoriali, in grado di riprodurre una realtà virtuale (mediante caschi con visione e udito stereoscopici, guanti tattili, a cui si possono aggiungere mezzi per la resa naturale di cosiddetti sesti sensi artificiali, come per le onde elettromagnetiche a radiofrequenza). Lo sviluppo di robot semiautonomi è la conseguenza della difficoltà di realizzare robot in grado di gestire le eccezioni e di accumulare esperienza, ma il loro impiego in teleoperazione sembra anche più consono a riportare l'industria manifatturiera alla flessibilità creativa del laboratorio artigiano. Per quanto alto, infatti, possa essere il grado di autonomia di un robot non teleoperato, esso sarà sempre un limite alla flessibilità produttiva se non raggiungerà, come sembra non possa, quella dell'uomo. Si può dire che si è compreso che il robot deve aiutare l'uomo, non sostituirlo. La teleoperazione e lo sviluppo delle reti informatiche e di telecomunicazione rendono possibili sviluppi sociali di grande portata, perché consentono la ridistribuzione degli insediamenti umani nel territorio.

Si parla di telepresenza per la teleoperazione di mezzi robotizzati (per ora terrestri, ma in futuro anche acquatici, aerei o spaziali), per interventi a distanza sull'ambiente e su impianti, con resa dell'informazione dei sensori tanto efficace da far agire il teleoperatore come se fosse sul posto.

Un aspetto di rilievo nello sviluppo di robot semiautonomi è costituito da robot 'collaboranti', ciascuno con funzioni specializzate differenziate. Un esempio di funzioni differenziate si ha nella r. sottomarina; in genere il robot è collegato alla base mediante un cavo per la portata molto limitata delle onde acustiche, le uniche usabili in acqua (v. subacquea, esplorazione, App V). A volte queste vengono usate per teleoperare, tramite il primo, un secondo robot, che ha così più libertà di movimento, anche se deve restare entro la portata della trasmissione acustica per non 'perdersi'.

Un interessante esempio di robot collaboranti si ha in un progetto della NASA che prevede, per attività extraterrestri, la realizzazione di una squadra di tre robot: il primo, dotato della maggior capacità sensoriale e di elaborazione, guida un secondo molto meno sensorializzato e intelligente e coopera con esso per alcune azioni, mentre un terzo robot, agile e sensorializzato, è destinato a esplorare ambiti inaccessibili al primo e a comunicargli le informazioni raccolte.

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