RoboCom - La robotica a un punto di svolta?

Ormai diversi indicatori mostrano come l'industria della robotica si stia avviando su una strada di sviluppo esponenziale non diverso da quello descritto dalla legge di Moore per quanto riguarda l'elettronica. Tecnologie fondamentali come quelle di intelligenza artificiale, accumulo di energia, hardware, sensoristica e attuatori stanno migliorando a passo spedito, così come notevole è l'aumento dei profitti per le industrie del settore.
I robot ormai sono in grado di svolgere moltissimi compiti fino a poco tempo fa dominio esclusivo degli esseri umani. Molti si preoccupano già che l'ascesa dei robot possa causare la perdita di molti posti di lavoro. In proposito basti pensare al recente caso della Foxconn, gigante taiwanese dell'elettronica, che sostituirà moltissimi operai alla catena di montaggio con modernissimi robot, fino ad arrivare ad avere 300.000 unità operative entro il 2013 (qui un articolo in proposito de La Stampa). I robot nel mondo del business si possono classificare in due grandi categorie: industriali o di servizio. I robot industriali, molto raramente umanoidi, sono quelli che prendono parte al processo di produzione di moltissimi beni, dalle automobili al cibo, ad esempio assolvendo compiti ripetitivi di assemblaggio. Al momento il numero di robot industriali sorpassa di gran lunga il numero di quelli di servizio. Secondo il "World Industrial Robotics Report" del 2011 nel 2010 erano in funzione poco più di un milione di robot industriali. Mentre la prima categoria di robot domina la scena la robotica di servizio è in rapidissima ascesa. Le applicazioni per i robot appartenenti a questa seconda categoria comprendono l'agricoltura, la sanità, lo spazio, la sicurezza, l'intrattenimento e l'assistenza domestica, solo per citarne alcune. In molti dei campi citati sopra già oggi i robot fanno parte della quotidianità; dalla chirurgia robotica in molti ospedali agli aspirapolvere robotici "roomba". Molte compagnie start-up stanno creando prodotti innovativi che vanno da sofisticati assistenti multifunzionali ad avanzate protesi robotiche. Anche molte grandi industrie di robotica manifatturiera come KUKA e Bosch stanno cominciando ad espandersi in questo vivace settore.

In un contesto così carico di promesse si inserisce il progetto europeo "Robot Companions for Citizens" (RoboCom) (qui il sito ufficiale), candidato a ricevere il finanziamento di un miliardo di euro in dieci anni del progetto FET flagship, in concorrenza con altri progetti come lo HBP o ITFoM, a cui ho dedicato dei post in precedenza. L'obbiettivo del progetto è quello di arrivare a costruire macchine "senzienti" per assistere le persone, in particolare gli anziani. "Un compagno robotico vivrà nelle nostre case; sarà come un pet, potrà muoversi ed aiutare in casa senza rompere oggetti e riuscirà a riconoscere le nostre emozioni e ad interagire in base ad esse" ha affermato Paolo Dario, direttore dell'istituto di BioRobotica della scuola superiore Sant'Anna di Pisa e coordinatore europeo del progetto Robot Companions for Citizens. Il suo team lavora da tempo allo sviluppo di robot con prezzi abbordabili, in modo che "ogni casa possa averne uno". La chiave per realizzare queste straordinarie macchine, ha affermato sempre lo stesso Dario, sarà l'utilizzo di "nuovi materiali, nuovi tipi di attuatori, nuove fonti energetiche ma soprattutto nuovi sistemi di controllo e di intelligenza artificiale basati sul sistema nervoso". Questi robot di nuova generazione faranno affidamento su software o hardware "neuromorfo" del tipo di quello di cui abbiamo parlato in due precedenti post (qui e qui). Il progetto RoboCom attualmente conta più di 250 collaboratori in 8 paesi, tuttavia Dario si aspetta che questo numero possa presto crescere fino a più di 1200. Se RoboCom venisse selezionato come flagship, ha affermato il professore: "lo sviluppo di queste macchine senzienti, che altrimenti potrebbe richiedere dai 20 ai 30 anni, potrebbe essere completo in un solo decennio, fornendo una soluzione a uno dei più pressanti problemi sociali che affliggono la nostra società".

Crosspostato su Estropico Blog.

Geminoid - Un gemello robotico

In questp post parleremo nuovamente di robotica.
Hiroshi Ishiguro, ricercatore all'ATR ("Intelligent Robotics and Communication Laboratories") di Kyoto e professore all'università di Osaka, si occupa di creare androidi, cioè robot dalle fattezze umane, di aspetto ultra-realistico. L'obbiettivo di Ishiguro è quello di realizzare un avanzatissimo sistema robotico di telepresenza che permetta ad un utilizzatore di partecipare a meeting e convegni pur non essendo fisicamente presene sul posto. Patecipare a incontri di lavoro virtuali in videoconferenza è, per molti, già una realtà quotidiana, tuttavia il sistema progettato dal professore permetterebbe di avere a disposizione un vero e proprio "avatar" in grado di spostarsi ed interagire fisicamente con cose e persone.
I "Geminoid" sono reallizzati dal professore per essere dei veri e propri "gemelli robotici" della persona per la quale sono costruiti. Questa può controllarne i movimenti, le espressioni facciali e la voce a distanza, semplicemente stando davanti ad un computer con una videocamera ed un microfono.

Nel video qui sotto si vede l'ultima creazione di Hiroshi Ishiguro: "Geminoid F", un androide femminile copia di una ragazza sui vent'anni. Il robot è in grado di cambiare le proprie espressioni facciali in modo più naturale degli androidi realizzati in precedenza. Inoltre, a differenza ai precedenti modelli, è stato possibile raccogliere all'interno della struttura del robot tutti i componenti meccanici e di controllo necessari al suo funzionamento.

Costruire robot androidi dall'aspetto e dalle espressioni facciali realistiche è sicuramente utile, oltre che per applicazioni di telepresenza, anche nel campo della robotica personale ed assistenziale, in quanto questa capacità può facilitare l'interazione tra esseri umani e macchine.
Per intuire quali siano le prospettive della robotica umanoide provate ad immaginare il robot che risulterebbe, ad esempio, riunendo in un unico dispositivo i punti di forza dei protagonisti degli ultimi tre post di robotica di questo blog (quello che state leggendo, questo e questo). Per ora non è possibile integrare tutti questi sistemi nel ristretto volume del "corpo" di un robot umanoide, tuttavia la miniaturizzazione di componenti elettronici e meccanici avanza molto rapidamente. Probabilmente è solo questione di tempo prima che i robot a cui ci ha abituato la fantascienza diventino realtà.

PETMAN - Lo stato dell'arte della robotica umanoide

In questo post voglio parlare di PETMAN ("Protection Ensemble Test Mannequin"). Questo notevole robot antropomorfo è stato sviluppato per la DARPA ("Defense Advanced Research Projects Agency", agenzia governativa del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti per lo sviluppo di nuove tecnologie ad uso militare) dalla "Boston Dynamics", una azienda di ricerca e sviluppo, spin-off dell'MIT.
PETMAN, a differenza di molti altri robot che sono già tuttora comunemente utilizzati dall'esercito americano, non è stato progettato per il combattimento ma, come dice il suo nome, per testare indumenti protettivi. A differenza dei precedenti dispositivi utilizzati per lo stesso scopo, il raffinatissimo PETMAN è in grado di restare in equilibrio muovendosi liberamente, camminare, arrampicarsi e eseguire una vastissima gamma di movimenti che potrebbe compiere un essere umano. Per svolgere al meglio la sua funzione di tester per tute protettive, il robot è progettato per simulare persino la respirazione e la sudorazione che si avrebbero in esseri umani intenti a compiere determinati movimenti.
Sicuramente, in futuro, macchine come PETMAN potrebbero trovare impieghi nei campi più diversi, dall'uso militare vero e proprio a compiti di salvataggio in condizioni ambientali difficili.

Il video qui sotto che mostra PETMAN all'opera è interessante perchè permette di farsi un'idea di quale sia, oggi, lo stato dell'arte della robotica umanoide: le prestazioni sono già notevoli, il principale ostacolo che rimane da superare per rendere più versatili ed utilizzabili robot come questi è la mancanza di sistemi di immagazzinamento di energia adeguati a renderli autonomi per lunghi periodi di tempo.

Il robot capace di apprendere

In questo post voglio parlare di robotica e intelligenza artificiale. In particolare di un robot che possiede la peculiare capacità umana di imparare dall'esperienza per affrontare situazioni nuove.

L'idea di un robot capace di apprendere da solo il modo di svolgere dei compiti per i quali non è stato programmato usando oggetti mai visti prima è un idea da tempo protagonista della fantascienza che, solo oggi, grazie al lavoro di ricercatori come Osamu Hasegawa, professore associato presso l'istituto di tecnologia di Tokyo, sta diventando realtà.

L'aspetto veramente innovativo della macchina creata dal professor Hasegawa è la sua intelligenza artificiale, basata sulla tecnologia delle "reti neurali incrementali auto-organizzanti" o SOINN ("Self-Organizing Incremental Neural Network") che si ispira al funzionamento del cervello umano.
Le reti neurali usate dai ricercatori dell'istituto di tecnologia di Tokyo sono un particolare tipo di reti neurali artificiali. Con questo termine si intendono genericamente tutti i modelli matematici che imitano le caratteristiche di elaborazione dell'informazione delle reti neurali biologiche di cui è costituito il nostro cervello.
Grazie a questa tecnologia il robot esamina l'ambiente attorno a sé, integrando tutti i dati sensoriali raccolti con le sue conoscenze pregresse e organizzandole in un quadro coerente grazie al quale è poi in grado di dedurre in che modo portare a termine gli ordini che gli vengono impartiti.
Se necessario l'algoritmo SOINN è in grado di svolgere autonomamente ricerche su internet per reperire le informazioni, ad esempio il nome di un oggetto, che gli mancano per capire come portare a termine una determinata azione. In futuro potrebbe anche essere in grado di condividere l'esperienza di altri robot già in grado di eseguire un determinato compito. Operando in questo modo inoltre, con il tempo, la macchina diventa poco alla volta sempre più capace ed intelligente.

Inoltre, come gli esseri umani, il sistema SOINN è in grado di filtrare il "rumore", cioè le informazioni insignificanti che potrebbero confondere altri robot.
La macchina è in grado di "riconoscimento invariante". Questo è uno dei meccanismi più fondamentali con cui opera il cervello umano; noi siamo così "abili" nel riconoscimento invariante che non siamo nemmeno consapevoli di usarlo continuamente. Il riconoscimento invariante è ad esempio quel processo che ci permette di identificare uno stesso oggetto sotto diversi angoli o illuminato in modi differenti nonostante esso appaia, di volta in volta, molto diverso da prima.

Un robot con tutte queste capacità quando sarà pronto per essere commercializzato potrebbe dimostrarsi di inestimabile utilità come aiuto in casa o nella vita di tutti i giorni.
Ad esempio, proprio come in un film di fantascienza, si potrebbe domandare ad un robot "portami la salsa di soia sul tavolo di cucina" e questo potrebbe cercare su internet cosa sia la salsa di soia par poterla identificare una volta arrivato in cucina.

Ma bisogna essere cauti con un robot capace di apprendere ricorda il professore: "un coltello da cucina è un oggetto utile ma può anche diventare un arma", "la tecnologia sta avanzando ad una velocità enorme; è necessario che la società discuta di come, e quando, queste tecnologie dovrebbero essere usate finché esse sono ancora nella loro fase embrionale"

Nel video, in inglese, si vede all'opera il robot sul quale è implementato l'algoritmo SOINN; questo è senza gambe perché la ricerca del professor Hasegawa si concentra sulle capacità di "ragionamento" e manipolazione degli oggetti per le quali la capacità di locomozione non è strettamente necessaria. Tuttavia la locomozione dei robot è un campo di ricerca molto attivo e in futuro la tecnologia SOINN sarà sicuramente applicata anche a robot in grado di spostarsi.