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WALK-MAN: ecco com'è fatto e a cosa serve un robot umanoidepubblicatourl: http://www.tomshw.it/cont/articolo/walk-man-ecco-com-e-fatto-e-a-cosa-serve-un-robot-umanoide/50857/1.htmlLa ricercatrice Lucia Pallottino ci racconta qualche dettaglio sul robot umanoide

WALK-MAN.

Introduzione

Qualche settimana fa abbiamo ricevuto un comunicato stampa, che ci raccontava diun ambizioso progetto mirato a costruire un robot umanoide di nuova generazione.Come spesso accade abbiamo confezionato un articolo, (WALK-MAN, robot umanoidicon imprinting italiano), ma durante la stesura abbiamo collezionato più domandeche risposte.

Insomma, si parlava di un robot grande più o meno quanto un uomo, con unaforma simile, e capace di fare le stesse cose. Una macchina che potrebbe entrare inazione in casi di emergenza e fare quello che facciamo noi, comandato a distanza ocon una propria intelligenza.

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Eravamo molto curiosi di saperne di più, soprattutto dopo aver letto che il progetto ècoordinato dall'Istituto Italiano di Tecnologia di Genova, e che vi partecipano diversinostri connazionali. Parte del team si trova presso l'Università di Pisa, doveabbiamo rintracciato la Dott.sa Lucia Pallottino, ricercatrice e docente nel corso diIngegneria Robotica e dell'automazione, oltre che naturalmente membro attivo delteam che sta costruendo il WALK-MAN.

Il gruppo di ricerca di cui fa parte la Dott.sa Pallottino, coordinato dal Prof. Antonio


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Bicchi, lavora in particolare sulle mani, di cui si occupa praticamente solo l'ateneopisano. Ma anche di tanti altri aspetti, perché "di fatto bisogna costruire un nuovoumanoide, e per farlo bisogna mettere in campo esperienze completamentediverse, che vanno dalla meccanica all'elettronica e al controllo, e chi più ne ha piùne metta. È un settore particolarmente multidisciplinare. Quello che forse non siapprezza è tutto quello che c'è dietro", ci ha confidato la scienziata. Le pagine cheseguono sono il resoconto dell'incredibile conversazione che abbiamo avuto con lei.Tutti i virgolettati rappresentano parole pronunciate da Lucia Pallottino.

Fare un uomo di ferro, anche per vincere una gara

Il progetto WALK-MAN "nasce da collaborazioni passate con i vari centri in Europa. Eanche per via del DARPA Challenge. Quest'agenzia ogni tanto finanzia progetti un po'insoliti, l'ultimo è il DARPA Robotic Challengeche consiste nel far entrare unumanoide, per esempio, in una centrale atomica, come Fukushima", un luogo dove èmeglio che l'uomo non entri, ci dice subito Lucia Pallotino.

" Le gare del Darpa sono sempre molto ambiziose, ma poi di fatto in 5-7 anni siriesce a portarle a termine. Il contest è già partito, ed è piuttosto complicato: sonogià state fatte le gare virtuali, quelle in cui si partecipa sviluppando solo software. Adicembre ci sarà la prima gara con robot tutti uguali (gli ATLAS di BostonDynamics)". E poi "l'anno prossimo ci sarà l'ultimo round e parteciperà anchechi porta il proprio umanoide come noi".

Workpackages

Gli organizzatori del DARPA Challenge sono stati interessati al progetto WALK-MAN eci hanno invitato a partecipare direttamente alla fase finale. " Ovviamente la


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Comunità Europea non ci paga per partecipare a un challenge organizzatoda agenzie militari americane, ma facciamo anche quello. […] È moltostimolante, anche per i tempi stretti".

Il gruppo di ricerca pisano

Quanto al tema finanziamento, il WALK-MAN è un progetto finanziato dalla ComunitàEuropea, cosa che tra l'altro traccia la prima differenza rilevante rispetto all'ATLAS(ne vedremo un'altra più avanti). È coordinato dall'Istituto Italiano diTecnologia, che è principal investigator e interfaccia con l'Unione Europea; si trattadi un centro scientifico enorme, un punto di riferimento a livello mondiale dove non sifa didattica. Vi lavorano molte persone nei campi più svariati, quasi tutte con uncontratto a termine legato al singolo progetto.

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L'IIT gode di finanziamenti generosi e grazie a questo può attirare ricercatori di altoprofilo proponendo compensi adeguati al livello scientifico dei ricercatori.L'obiettivo è però che presto possa diventare economicamente indipendente ediventare una stella polare nella ricerca a est dell'Atlantico. L'obiettivo è ambiziosoma realizzabile, così come quello che si prefigge il team che lavora al WALK-MAN.

Perché fare un umanoide?

Abbiamo chiesto alla Dott.sa Pallottino quali siano i vantaggi nel realizzare un robotdalle sembianze umane, rispetto a modelli che usano ruote, cingoli, o ancora quattroo più "zampe".

"Ci sono vari livelli di autonomia, e per noi il vero umanoide è quello piùautonomo possibile. Deve avere a bordo tutta la sensoristica necessaria per farequeste cose, ad esempio il minimo richiesto sono le telecamere che consentono diriconoscere gli ambienti e capire se ci sono ostacoli, o degli scalini. Oppure, se c'è daprendere un oggetto, saperne riconoscere la tipologia, magari capire anche se è unoggetto pesante, leggero, fragile oppure no". Così come noi, ci ricorda la dott.ssaPallottino, quando guardiamo un oggetto ci facciamo già un'idea del suopeso, e se crediamo che sia leggero poi siamo in difficoltà se pesa più diquanto ci aspettiamo. Al WALK-MAN si vuole dare la stessa capacità di valutare ciòche vede, e si tratta di una cosa piuttosto difficile da realizzare.


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Workplan

"Per queste capacità c'è un nuovo termine, affordances, che indica proprio lacapacità di capire come si usa un oggetto soltanto guardandolo. Cioè, se noivediamo una maniglia capiamo subito che va ruotata, ed è questo chevogliamo trasferire all'umanoide".

Si può fare in due modi. Il primo è assegnare al robot una serie di movimentiprestabiliti, del tipo "se vedi una maniglia allora fai questa azione", mentre il secondoè dicendogli "prova ad afferrarlo e prova a muoverlo". Si chiede quindi al robot dicapire cos'ha intorno e come deve usarlo basandosi sulla propria esperienza. Ilproblema è che si rischia che il robot rompa l'oggetto perché lo maneggia controppa forza. Deve quindi "essere soft" e qui abbiamo la parola chiave che haconvinto gli esperti del DARPA a invitare il WALK-MAN alla competizione.

Da questo punto di vista, come esseri umani, possiamo contare su unamano davvero strabiliante, ricca di "sensori" e dotata di una muscolatura capacedi applicare un forza molto leggera oppure irruenta. Sarà sensorizzata anche la manodel robot, con una sorta di pelle che vedremo più avanti.

Migliore dell'Honda Asimo, non dell'Uomo

Pensando a un robot che imita l'umano è inevitabile pensare a una macchina piùforte, più veloce, più intelligente di noi. È un'immagine più da fantascienza che dascienza, ma abbiamo domandato alla Dott.sa Pallottino se almeno in qualcosa ilWALK-MAN sarà migliore di noi. Magari nell'equilibrio?

"Un migliore equilibrio no. L'uomo ci mette un anno e oltre per imparare acamminare, il che non è male perché sta su due gambe. […] Sicuramente saràmigliore nella forza, ma almeno per ora l'obiettivo è cercare di farlo funzionare nelmodo più possibile simile all'uomo, non stiamo ancora parlando di farlo meglio".


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"L'idea è che mandiamo un umanoide e non un umano perché il robot si puòsostituire", sottolinea la ricercatrice, ricordandoci anche che non ne sappiamoancora abbastanza sul funzionamento nel nostro corpo e della nostra mente persperare di creare una copia realistica. "La Natura ce ne ha messo di tempo per farcidiventare come siamo".

Comunque parliamo di un robot molto avanzato, che insieme all'ATLAS rappresentaun salto generazionale nel mondo dei robot umanoidi. La generazione precedente èrappresentata invece da prodotti come l'Honda Asimo (Il robot Asimo migliora, cisalverà dal disastro di Fukushima). "Rispetto all'Asimo i due progetti nascono intempi diversi, e l'Asimo ha ormai una certa età per quanto ce ne siano versionisempre aggiornate. È però destinato a vivere in ambienti chiusi e creati adhoc, molto di nicchia in questo senso, da laboratorio".

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"Se dobbiamo pensare a qualcosa di nuovo, guardiamo a qualcosa che possa vivereal di fuori. Un po' com'è stato per i robot nelle fabbriche", continua la dott.ssaPallottino, "che una volta erano in immense gabbie in cui l'essere umano non potevaentrare. Ora si vedono sempre di più braccia robotiche accanto all'uomo nelleaziende, e si vedono sempre più robot anche fuori dall'industria. Stiamo rompendoquesti limiti, non semplicemente migliorando i robot che c'erano prima, mapensandone di nuovi concettualmente diversi".

"Non si tratta di migliorare l'Asimo ma di ripensarlo. Ciò che portiamo in questoprogetto come Università di Pisa è proprio questo concetto di robotica soft, cioèmorbida. Vale a dire robot che possano interagire e muoversi nell'ambiente come fal'uomo. Se siamo in un negozio di cristalli cerchiamo di muoverci in modo morbido, eci adeguiamo alla situazione; possiamo irrigidire il muscolo del braccio per infilare ilfilo nella cruna; se invece ho bisogno di correre non lo faccio con un braccio rigido ".


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ATLAS di Boston Dynamics

Per i robot invece le cose non sono così semplici, perché noi come essere umaniabbiamo il vantaggio di milioni di anni di evoluzione. "L'Asimo queste cose non lefa" ci spiega infatti Lucia Pallottino, "quindi anche la sua camminata viene detta quasistatica, è buffo come si muove. L'elasticità tipica dell'uomo non si vedenell'Asimo, però l'idea va presa perché l'uomo è estremamente elastico. Èquesto il concetto che si vuole portare in questa nuova generazione, che tra l'altrol'ATLAS ha in pieno".

Asimo ha avuto anche un ruolo da protagonista in un film recente (Robot & Frank,2012)

Rispetto all'ATLAS la prima differenza evidente è la nazionalità, ovviamente, perchélui è statunitense mentre il WALK-MAN è europeo. Ma non è tutto qui: un'altradifferenza importante sta nel fatto che "il loro obiettivo è vendere, il nostro ècapire e fare ricerca. Nella nostra ricerca abbiamo sviluppato nuovi attuatori, nuovi


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algoritmi, nuove idee e vogliamo implementarle, perché applicandole a un umanoidevero s'imparano tante altre cose e di conseguenza s'inventano altre cose".

WALK-MAN: ricerca pura con sbocchi concreti

"L'idea è di portarlo in applicazioni civili di supporto all'uomo per situazionidisastrose, come terremoti, rischi di crolli, fuoriuscite radioattive o altro. Semprepensando che l'umanoide da un certo punto di vista facilita l'interazione con l'uomo eda un altro un po' spaventa". La professoressa Pallottino tocca uno dei puntifondamentali nella robotica moderna con questa frase: non è tanto ciò che il robotpuò fare o meno insieme all'Uomo, ma il fatto che quest'ultimo veda nellamacchina la paura di essere rimpiazzato, di diventare superfluo. Un concettoche tra l'altro e alla base anche del breve saggio pubblicato recentemente daFederico Pistono (I robot ci ruberanno il lavoro ma ci ridaranno la vita).

Supergiocattoli

Al di là di questa importante questione, abbiamo domandato cosa potrebbe esseredel WALK-MAN in cinque o dieci anni. "Come università pensiamo sempre in terminipiù lunghi dei 5-10 anni. Chi pensa così punta a un prodotto da mettere sul mercato,ma noi pensiamo sempre a 10-20 anni almeno, quando facciamo ricerca. In questocaso riteniamo che nel giro di 10 anni sì, (i robot) possano essere quasi sulmercato".

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"Il problema del mercato in questo caso è il mercato stesso: se c'è l'interesse, se icosti sono tali da rendere il robot accessibile, se c'è la moda. È una questione dibusiness e di marketing, non di tecnologia. In parte si punta al mercato di massa, aigiocattoli. In fondo anche l'iPad è un giocattolo".

Giocattoli? Abbiamo domandato con un certo scetticismo. "Quelli ci sono già,l'umanoide è un po' più avanzato e complicato, ma 20 anni fa avevo una bambolache camminava . Il problema maggiore è l'impatto emotivo, quello che puòsentire il cittadino nel vedere accanto a sé un umanoide con un certo grado diautonomia", insiste la ricercatrice toccando un tema che i effetti ha dato vita anchead alcuni film memorabili (I 40 robot migliori nella storia del cinema). "Pensiamo alle


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auto: ci sono già quelle che vanno da sole. Dov'è il problema? Che potremmoesserne tutti spaventati al punto da non uscire più di casa. È questo il problema, nonla tecnologia. L'auto c'è, anche se magari un po' bruttina

La macchina intelligente ci cambia, non ci peggiora

Certo, l'auto che parcheggia da sola c'è. Ma non è forse vero che ancora oggi siparcheggia meglio con il vecchio metodo? O se non altro più in fretta? "Certo, maperché lo sappiamo fare. Per esempio le auto moderne hanno quasi tutte la partenzaassistita in salita; se uno impara così, e poi va su una vecchia FIAT 127 non è ingrado di partire in salita. Dobbiamo pensare che non sono prodotti per noi, maper la prossima generazione". Enfatizza la scienziata, con una frase che rimandaa un discorso lontano dalla robotica ma senz'altro interessante, e che nasce dalladomanda: la tecnologia ci rende stupidi?

"Da un certo punto di vista disimpariamo, ma dall'altro impariamo perché per farequeste cose c'è tutto un mondo di cultura in più. Tutta la tecnologia è buona ecattiva a seconda di come la si usa. Anche i conti a mente non li facciamo più perchéabbiamo il computer, ma abbiamo imparato a usarlo. E abbiamo potuto fare tantealtre cose. Se ne potrebbe parlare a vita … Anche perché questo tipo di evoluzione vaavanti, e se non siamo noi a farla sarà qualcun altro. È così, sono cose più grosse dinoi. E dopotutto se avessimo potuto mandare un umanoide a Fukushima invece dellepersone che ora stanno morendo forse sarebbe stato meglio, no?".

WALK-MAN come prodotto commerciale fatto in serie

Come tanti progetti di ricerca il WALK-MAN potrebbe un giorno diventare un prodottocommerciale – per quanto non certo nei grandi magazzini. Ma quanto costerebbe?"Non è facile da stabilire al momento, ma si parla di centinaia di migliaia di euro perora – tutto dipende dal grado di autonomia che avrà alla fine". Avremmo pensatomilioni in effetti, e si potrebbe arrivare a questo ordine di cifre per un prodotto creato


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in un solo esemplare con un design ricercato, ma "poi è obbligatorio abbassare ilprezzo altrimenti sul mercato non entrerà mai. Costavano milioni di euro gli Asimocalcolando tutto, ma ora i prezzi si sono abbassati.

Ma chi potrebbe farli? Si troverebbe una catena produttiva in Europa? "Si stapensando che l'unica possibilità siano le case automobilistiche. Sono leuniche aziende che hanno sia la distribuzione sul territorio sia le capacità produttiveper fare una cosa del genere. In fondo Honda (che produce Asimo, NdR) è ancheuna casa automobilistica". E poi bisogna pensare che "se uno lo vuole mettere sulmercato va considerata anche l'assistenza", e a questo riguardo non si puòpensare di mandare un umanoide dall'altra parte del mondo per un intervento diriparazione.

Un robot con le mani di fata

Veniamo alle mani, di cui si occupa in particolare il gruppo in cui lavora la Dott.saPallottino, e alla tecnologia soft degli attuatori. "Sono attuatori che somiglianoalla muscolatura umana, che appunto è in grado, cambiando la rigidità delmuscolo, di muoversi in modo morbido o rigido. L'idea è replicare questa idea con gliattuatori del robot". Un obiettivo ambizioso, che si cercherà di mettere in pratica conun gran numero di attuatori sul WALK-MAN, ma senza eccedere.


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"Per ogni movimento che può fare un elemento del nostro corpo (falange, braccio,avambraccio) ci vorrebbe un motore, per ogni cosiddetto grado di libertà. Sepensiamo alla sola mano possiamo immaginare quanti motori ci vorrebbero permuovere ogni singolo giunto". Facendo così però "il robot sarebbe pieno diattuatori e diventerebbe immenso".


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Insomma, l'idea di una macchina che si muove esattamente come noi non èsemplicemente percorribile al momento. Ma allora come fare? "Noi nonmuoviamo una falange alla volta, non ci serve saperlo fare. Facciamo movimenticoordinati delle dita, quindi se dobbiamo fare delle prese, prendere una bottiglia peresempio, chiudiamo la mano attorno ad essa usando un po' tutte le dita insieme,quindi muovendo tutte le falangi (in modo coordinato, appunto)"

"Questo movimento coordinato è chiamato sinergia. Ci sono dei movimenti di base,che sono stati studiati: ne esistono tre che spiegano più o meno il 90% delleprese più comuni. A questo punto non ha senso realizzare tutti i gradi di libertàpossibili; già con un movimento riusciamo a fare tantissime cose", come si puòvedere per esempio sul canale YouTube del Centro Piaggio.


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Nel video vediamo una ragazza che simula l'azione di un solo motore, in azione sulmodello di una mano simile a quella del WALK-MAN. E ottiene così una grande varietàdi movimenti, nonché di forza applicata. La stessa mano è in grado di maneggiaredelle fragole, una cosa che in effetti ha dell'incredibile. (speciale sul sito del centro E.Piagio dell'Università di Pisa)

Un robot intelligente, sa fare da solo un sacco di cose

Lucia Pallottino ci ha spiegato che in senso strettamente tecnico quella delWALK-MAN non è intelligenza artificiale, perché non è dotato di reti neurali. Lo saràperò nel senso più ampio del termine, perché "avrà un certo intelletto a bordo perl'elaborazione e la ricostruzione delle immagini, ma non si basa su ciò che da nois'intente tipicamente come intelligenze artificiale, come le reti neurali ol'apprendimento. WALK-MAN imparerà tramite l'esperienza, che è, questo sì,tipico dell'intelligenza artificiale".


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DARPA Robotics Challenge

A parte le doverose distinzioni tecniche si può senz'altro dire che, in termini generali,il WALK-MAN è intelligente perché è "autonomo, in grado di fare le cose da solosenza l'intervento dell'uomo". Nella gara del DARPA, per esempio, il WALK-MANsarà controllato in remoto, ma la competizione prevede problemi di comunicazione divario tipo, e quando manca il collegamento la macchina dovrà far da sé.

Durante la gara il contatto sarà via cavo e i problemi saranno simulati; questo pergarantire che tutti i partecipanti si trovino nelle stesse condizioni. Nella realtà lacomunicazione sarà wireless, tramite una rete ad hoc tra il controller e il robot.Questa scelta è necessaria se si pensa che il WALK-MAN potrebbe trovarsi aoperare in zone disastrate, dove Internet semplicemente non c'è. "Se poic'è, uno ovviamente si appoggia all'infrastruttura, e se si va in un posto dove ci sonotelecamere che funzionano, uno le usa e le fa usare anche al robot, ma non è dettoche ci siano". Non è ancora stabilito invece quale sarà la portata del segnale wireless,ma si sta parlando con le agenzie per la protezione civile degli con gli stati interessatiper capire i possibili scenari e i relativi bisogni.

Batterie normali, non esageriamo

Con nostra grande sorpresa abbiamo scoperto che il WALK-MAN usa comuni batterieagli ioni di litio, non dissimili da quelle presenti in un moderno smartphone. Perchénon ci sono novità tecnologiche anche qui?

"Al momento no, perché è già troppo così per noi. E poi quello delle energie non è ilnostro settore", spiega la dott.ssassa Pallottino. Di certo "muovere un robotassorbe molta energia e farlo con energia solare o metodi alternativi non èpossibile, anche perché non danno garanzie. Non posso permettere che l'umanoidenon funzioni più a metà di un'operazione, magari che cada. Deve avere una certaautonomia energetica". Non è ancora noto però quali saranno i consumi totali delrobot quando sarà completamente assemblato, né quale sarà la capienza dellebatterie. Il team di sviluppo sta comunque lavorando affinché il WALK-MAN sia il piùefficiente possibile, ma per ora non ci sono dati specifici.


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In particolare presso l'Università di Pisa si sta facendo il possibile per ridurre alminimo i movimenti. Il robot "dovrà sapere quali sono i movimenti che potrà fare piùdi frequente e quelli che dovrà fare il meno possibile. […] L'ottimizzazione delconsumo energetico è senz'altro tra i nostri obiettivi sin da subito", sottolinea laricercatrice, per quanto al momento sia ancora presto per parlare di numeri.

Conclusioni

L'intervista con la Dott.sa Lucia Pallottino (nell'immagine) ci ha aiutato a capire un po'meglio cosa significa realizzare un robot umanoide nel 2013, e soprattutto atracciare i limiti tra il realistico e l'immaginario. Nel futuro immediato potremorealizzare macchine che ci somigliano alla lontana, ma dotate di capacitàrelativamente limitate.

Limitate ma incredibili. Sì, perché pensare a una macchina che può entrare nella zonadi un disastro, salire scale, individuare possibili superstiti, rimuovere macerie,afferrare maniglie, e fare tutto questo magari in totale autonomia, è davveroincredibile.

Siamo ancora ben lontani da robot fin troppo umanicome quelli che ci ha raccontato Asimov, o ilcommovente David di A.I. – Intelligenza Artificiale. Emeno male, perché come ci ha ricordato la ricercatriceil problema non è tanto nell'evoluzione tecnologica,che comunque procede, ma il rapporto di noiesseri umani con queste macchine.

In questo senso sarà un bene se il WALK-MAN e i suoisimili diventeranno oggetti presenti nel nostroquotidiano. Perché hanno ancora l'aspetto dimacchine, che ricordano solo remotamente l'essereumano, e forse sono un buon metodo perabituarci all'idea. Se poi un giorno questi oggetti cidovessero rubare il lavoro, speriamo che si concretizzi anche la visione di FedericoPistono.


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