BionicWorkplace, il futuro dell’interazione uomo-robot

Robot collaborativi, sensori, dispositivi indossabili e, naturalmente, uomini: sono gli “ingredienti” principali della futuristica postazione di lavoro che Festo ha messo a punto nell’ambito delle attività del Bionic Learning Network e che promette di rivoluzionare il concetto stesso di cooperazione uomo-macchina. Si tratta di un concept, ma non è escluso che potremo vederne una demo reale a fine mese alla Hannover Messe.

Robot e cobot

Robot: una parola ormai universalmente nota e diffusa, utilizzata per descrivere gli automi che, con vario livello di specializzazione e complessità architetturale, eseguono i più svariati compiti, sostituendosi o cooperando con gli operatori umani.

E proprio quest’ultimo aspetto, relativo all’interazione tra uomini e macchine, ha acquisito nel tempo una rilevanza sempre maggiore, dal momento che un sempre più realtà industriali stanno innovando o ripensando radicalmente i processi produttivi proprio basandosi su queste nuove forme di interazione. Del resto, è significativo che, per indicare i robot in grado di cooperare con essere umani, si utilizzi una espressione ad hoc: cobot.

Su Innovation Post ci siamo spesso occupati di questo tema. Un cobot o co-robot (contrazione di collaborative robot) è un particolare apparato robotico in grado di interagire con gli esseri umani, condividendo con loro lo stesso spazio operativo.

La definizione è stata introdotta già a partire dalla metà degli anni 90 da by J. Edward Colgate e Michael Peshkin, docenti della Northwestern University, e nello stesso periodo è stato effettuato un primo studio esplorativo per applicazioni industriali: si tratta di una attività di ricerca sostenuta dalla General Motors Foundation, il cui scopo era l’identificazione delle strategie più adeguate per la progettazioni di automi in grado di interagire in sicurezza con gli umani in un ambiente industriale.

Casi applicativi: BMW, Kuka cobot, Festo

I cobot sono già effettivamente impiegati in diverse realtà produttive di varie multinazionali: in ambito automotive, ad esempio, spiccano le applicazioni alle linee di produzione di BMW Manufacturing: nello stabilimento di Greer, in South Carolina, sono già operativi da qualche anno circa 8000 cobot che collaborano con più di mille addetti umani in operazioni di montaggio, assemblaggio, verniciatura e così via.

Un altro esempio notevole è costituito dai cobot di Kuka, impiegati nelle linee produttive di Ford, che, grazie a sofisticati sistemi di percezione ed ad una elevata flessibilità, sono in grado di eseguire svariati compiti, che spaziano dalla selezione del caffè al distributore automatico, fino alla cooperazione in compiti di movimentazione delle parti per agevolare il lavoro degli addetti umani.

Più di recente, Festo ha presentato un sistema altamente innovativo e, per molti versi, futuristico, che promette di rivoluzionare il concetto stesso di cooperazione uomo-macchina: il BionicWorkplace.

Robotica collaborativa 4.0: Festo BionicWorkplace

Il sistema Festo, infatti, nasce dalla convergenza delle principali tecnologie alla base di Industria 4.0, declinate sulla realizzazione dei cobot, che hanno consentito la realizzazione di varie funzionalità avanzate.

BionicWorkplace è, infatti, una innovativa postazione di lavoro, costituita da vari componenti, il principale dei quali è il BionicCobot, un manipolatore collaborativo basato su tecnologia pneumatica, ispirato all’anatomia umana, e per questo in grado di interagire con destrezza e naturalezza con l’operatore umano.

Il sistema è inoltre munito di diversi sistemi ausiliari e periferiche, collegate in rete e in grado di comunicare tra di loro. La comunicazione e il governo delle varie parti sono affidate ad un sistema di elaborazione che sfrutta avanzate tecniche di machine learning per apprendere rapidamente nuovi compiti o anticipare i movimenti o le necessità dell’operatore.

Le informazioni più rilevanti sullo stato del sistema vengono presentate in tempo reale su un ampio schermo centrale, e i movimenti dell’operatore e dei vari tool presenti nella postazione vengono monitorati grazie ad una sistema di sensori di varia tecnologia, come ad esempio delle fotocamere, in grado, ad esempio, di effettuare una scansione del volto dell’operatore per poterlo successivamente riconoscere. Grazie a dispositivi indossabili in cui sono integrati sensori inerziali, inoltre, il sistema è in grado di catturare i movimenti umani, ed utilizzare le informazioni ottenute per varie finalità: evitare le collisioni, ottimizzare le traiettorie delle parti meccaniche o anche apprendere un compito, replicando le azioni dell’addetto dopo una sua singola esecuzione.

L’interfaccia di controllo è variegata e flessibile, consentendo all’operatore di generare azioni o sequenze tramite touch screen o comandi vocali.

Una funzionalità molto suggestiva è la cosiddetta remote manipulation: grazie ad una stereocamera 3D, BionicWorkplace è in grado di costruire delle repliche virtuali degli oggetti presenti sulla postazione lavorativa, che possono essere rese disponibili ad un operatore remoto tramite un opportuno visore.

Si può, pertanto, sfruttando anche i dispositivi indossabili sensorizzati ne catturano i movimenti delle mani, interagire da remoto con gli oggetti stessi per visualizzarne dettagli o movimentarli tramite il braccio robotico a contatto con essi.

Vi consigliamo di vedere il video realizzato da Festo e che vi proponiamo qui di seguito.

 

Il dilemma della sicurezza

Come appare evidente, se da una parte la interazione spinta uomo-macchina può migliorare in modo determinante l’efficienza di un processo, dall’altra pone alcune importanti criticità, la più importante delle quali è la sicurezza degli operatori umani.

La questione è molto sentita sia in ambito normativo, visto che esiste già uno specifico standard di riferimento (ISO 10218-1, ISO 10218-2), che in ambito industriale ed accademico. Una sintesi molto efficace degli scenari e delle problematiche più rilevanti è stata elaborata da Alessandro Gasparetto, docente di Meccatronica dell’Università di Udine e membro del comitato scientifico di SPS Italia.

Come illustrato da Gasparetto, un robot collaborativo è ben più che un robot industriale che non necessita di barriere di sicurezza: in accordo con i criteri di sicurezza e, più precisamente, gli standard ISO, un cobot deve essere in grado di garantire alcuni requisiti fondamentali per poter essere utilmente impiegato in un’applicazione, garantendo la sicurezza umana. Qualche esempio? Deve essere in grado di arrestarsi automaticamente, in modo controllato, quando la traiettoria delle sue parti in movimento può intercettare un operatore presente nello spazio di lavoro. Inoltre, la forza e la potenza esplicate durante il compito eseguito devono essere limitate, per evitare di danneggiare il collaboratore umano.

Per concludere, le celebri leggi di Asimov hanno già oggi una controparte normativa ed applicazioni industriali assai concrete che molto probabilmente nei prossimi anni potranno (e dovranno) essere riviste ed ampliate, per far fronte ad un trend di crescita ed evoluzione tecnologica  che si preannuncia molto elevato.

Gianpiero Negri

Laureato in Ingegneria Elettronica, un master CNR in meccatronica e robotica e uno in sicurezza funzionale di macchine industriali. Si occupa di ricerca, sviluppo e innovazione di funzioni meccatroniche di sicurezza di presso una grande multinazionale del settore automotive. Membro di comitati scientifici (SPS Italia) e di commissioni tecniche ISO, è esperto scientifico del MIUR e della European Commission e revisore di riviste scientifiche internazionali (IEEE Computer society - IEEE software). Sta seguendo attualmente un corso dottorato in matematica, fisica e applicazioni. È appassionato di scienza, tecnologia, in particolare meccatronica, robotica, intelligenza artificiale e matematica applicata, letteratura, cinema e divulgazione scientifica.

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