Cobot – Colmare il divario con l’intelligenza artificiale nel settore dell’automazione industriale

Attualmente l'automazione industriale si trova di fronte a due grandi sfide che, insieme, rappresentano il "motore" dello sviluppo di una nuova e decisamente interessante forma di robot: i cobot. A seconda dell'interlocutore, un cobot può essere definito un robot collaborativo o un robot cooperativo (la prima definizione è quella più comune). Mentre la fraseologia precisa è ancora in fase di definizione, il significato è chiaro: un cobot è un robot che lavora a stretto contatto con le persone seguendo modalità molto spesso assimilabili a quelle adottate due lavoratori umani.

Introduzione

Anche se l'attenzione è concentrata principalmente sui cobot utilizzati in ambito industriale, il concetto che sta alla base di questi nuovi robot trova applicazione anche in altri ambiti come quello sanitario, dell'assistenza personale (soprattutto per persone anziane o disabili), dell'automazione d'ufficio e molti altri ancora. Recenti ricerche condotte al MIT hanno evidenziato che un team collaborativo misto composto da persone e robot potrebbe ridurre i tempi non produttivi dei lavoratori fino all'85%. La società di ricerca Research & Markets, dal canto suo, ha previsto che il valore del mercato dei cobot a livello mondiale passerà dai 175 milioni di dollari del 2016 ai 3,8 miliardi stimati per il 2021.

Cobot e automazione flessibile

La prima delle due sfide che l'automazione industriale deve affrontare e che favorirà la diffusione dei cobot è la flessibilità. Questo problema potrebbe essere definito "AI gap" (ovvero il divario che esiste tra intelligenza umana e artificiale). In altre parole, sebbene l'intelligenza artificiale (AI) e le tecniche di apprendimento automatico (machine learning) stanno compiendo rapidi progressi in ambiti molto ristretti - un esempio tipico è il  riconoscimento di oggetti indipendentemente dall'orientamento e in qualsiasi condizione di luminosità - il passaggio verso un'intelligenza artificiale più generalizzata e flessibile si sta rivelando un percorso irto di difficoltà.

Il divario tra l'intelligenza delle macchine e quella umana resta ancora molto profondo e i progressi per colmarlo sono ancora lenti. Un esempio significativo è il seguente: mentre i lavoratori che operano su una linea di assemblaggio possono capire in tempi brevi come integrare un componente nuovo o riprogettato, i loro partner robotizzati richiedono un esaustivo processo di riprogrammazione e di riattrezzamento per gestire modifiche anche di lieve entità. In parole povere, un robot molto semplice o progettato in maniera inadeguata continuerà a martellare pioli quadrati in fori rotondi per sempre, o almeno finchè non saranno terminati i pioli a disposizione.

Nonostante tutto, questo "AI gap" rappresenta una grande opportunità per i cobot. In linea teorica, questi ultimi si prenderanno carico di tutte quelle parti dell'attività che robot e macchinari di produzione sono in grado di assolvere al meglio, mentre i lavoratori si occuperanno di tutte quelle mansioni che richiedono intelligenza. Perchè tutto ciò avvenga nel modo più efficiente possibile è necessario che lavoratori umani e apparecchiature grandi e complesse lavorino "gomito a gomito" e ciò fa sorgere un altro problema.

Cobot e sicurezza

La seconda sfida che rallenta l'avanzata di questa nuova era dell'automazione industriale è la sicurezza. Anche se i robot industriali sono presenti sulle linee di produzione da svariati decenni, essi sono nella maggior parte dei casi situati in aree isolate, in gabbie o zone non accessibile ai lavoratori. La ragione è ovvia: queste apparecchiature potenti e di grandi dimensioni possono causare danni di notevole entità nel caso in cui un lavoratore entri accidentalmente in contatto con loro (per non parlare dei costosi danni che possono subire nel caso di urti contro un carrello elevatore o qualche altro macchinario presente nello stabilimento).

Storicamente, il primo infortunio mortale ascrivibile a un robot si è verificato nel 1975 nell'impianto di Ford Motor Company in Michigan. In questo caso un lavoratore è stato schiacciato a morte da un robot che non è riuscito a rilevarlo quando esso è entrato imprudentemente nell'area di lavoro del robot. A differenza di due dipendenti umani che lavorano insieme e sono in grado di comprendere e anticipare in modo del tutto naturale le rispettive azioni ed esigenze, la progettazione di un robot industriale funzionale in grado di cooperare in modo sicuro con un lavoratore nello stesso spazio fisico è un compito sicuramente arduo e questa limitazione penalizza ovviamente l'efficienza.

Oltre a ciò, le regole di sicurezza rendono più difficile lo sviluppo di nuovi processi cooperativi all'interno di uno stabilimento, anche laddove ciò fosse possibile. Recentemente alcuni standard internazionali, come ad esempio ISO/TS 15066:2016 e ANSI/RIA R15.06-2012 hanno iniziato a delineare i requisiti specifici relativi al funzionamento sicuro dei cobot. Alcuni standard affrontano tematiche particolarmente delicate, come ad esempio quelle relative a robot progettati per entrare in contatto fisico con gli esseri umani all'interno della medesima postazione di lavoro.

Realizzare cobot migliori

Come affermato in precedenza, i robot industriali devono ancora percorrere molta strada prima di uscire dalle ristrette aree di competenza nelle quali sono tuttora confinati ed essere in grado di assolvere compiti per i quali è richiesta un'intelligenza artificiale di tipo "general purpose". Ma, nonostante i progressi nel campo dell'intelligenza artificiale, l'aumento delle prestazioni di elaborazione e l'evoluzione della tecnologia dei sensori hanno permesso di incrementare le potenzialità di queste apparecchiature automatizzate rispetto al passato. La capacità di lavorare a più stretto contatto con gli esseri umani è un'area di notevole importanza dove sono stati compiuti notevoli progressi.

E' importante sottolineare che le innovazioni generate dagli enormi investimenti effettuati dall'industria automobilistica per lo sviluppo dei veicoli a guida autonoma hanno trovato utili applicazioni nel campo dei cobot. Ovviamente la sicurezza è la principale preoccupazione degli sviluppatori di veicoli autonomi e le innovazioni orientate alla sicurezza che sono state messe a punto in aree quali visione artificiale, sistemi LiDAR e altre tecnologie che interessano  l'elaborazione dei dati provenienti dai sensori e i sensori stessi risultano molto utili per ridurre i rischi dell'automazione industriale. Ad esempio, il problema che deve affrontare il braccio di un robot industriale nel momento in cui rileva e cerca di evitare un collaboratore umano che si muove in maniera imprevedibile è in linea generale molto simile a quello di un veicolo autonomo impegnato a evitare la collisione con un pedone che attraversa al di fuori delle strisce pedonali.

Un altro settore che, forse inaspettatamente, ha offerto utili contributi allo sviluppo dei cobot è quello dei dispositivi per il potenziamento delle capacità e l'assistenza alle persone disabili. Le medesime tipologie di sensori e sistemi che consentono a un sofisticato arto artificiale di comprendere e mettere in pratica le intenzioni del portatore potrebbero essere utilizzate da chiunque per controllare in maniera intuitiva ad esempio un braccio robotico. I dispositivi per l'assistenza alle persone disabili devono ovviamente lavorare a stretto contatto con queste ultime e le esperienze accumulate nel corso di svariati decenni per rendere questi dispositivi più sicuri possono risultare sicuramente utili agli sviluppatori di cobot industriali. Le tecnologie sensoriali di tipo tattile e di ritorno di forza (force-feedback, che in pratica riproducono informazioni sensoriali cinestetiche), essenziali per un sofisticato arto artificiale, risultano senz'altro vantaggiose per i cobot. Esse rappresentano un valido ausilio per lo sviluppo di funzionalità intuitive, come ad esempio la possibilità per una persona di insegnare un nuovo compito a un braccio robotico guidandolo in modo sicuro con la mano o, in altre parole, spostando fisicamente il braccio del robot attraverso ogni fase del lavoro.

Non è necessaria una fervida immaginazione per comprendere che esistono interessanti sinergie tra la realtà aumentata (AR) e lo sviluppo dei cobot. Un visore per la realtà aumentata (AR headset) può aiutare un lavoratore a coordinare meglio le proprie azioni con un robot. Si potrebbe affermare che la realtà aumentata consente ai lavoratori di entrare nel mondo dei cobot e a percepire le cose allo stesso modo di un robot. Un lavoratore può vedere gli oggetti dei quali il cobot è consapevole ed essere avvertito nel caso di oggetti non rilevati o identificati in modo errato dalla macchina: tutto ciò va ad aggiungersi agli altri vantaggi derivati dall'uso della realtà aumentata nelle attività di progettazione e di produzione. In definitiva, la realtà aumentata può rendere più sicura ed efficiente l'interazione tra esseri umani e cobot.

Scalabilità: il vantaggio "nascosto" dei cobot

Se si va ad esaminare lo sviluppo dei cobot in un prossimo futuro, si può scoprire un vantaggio per certi versi inaspettato del concetto di cobot. In generale, un processo produttivo che fa uso di cobot sarà più semplice da scalare (ovvero adattare in base alle necessità) e più flessibile rispetto a un processo che adotta tecniche di automazione e robot tradizionali.

Il motivo è abbastanza semplice: se i cobot sono in grado di adattarsi e cooperare con gli essere umani in modo molto più semplice rispetto ai robot tradizionali, saranno anche capaci di operare in maniera più efficace con altri robot e cobot. Un braccio robotico in grado di rilevare ed evitare un essere umano che si muove all'interno del suo spazio, potrà anche evitare altri robot. Nelle fabbriche prossime venture i cobot potranno essere aggiunti alle linee di produzione per svolgere un nuovo compito o scalare la produzione, con un numero di interruzioni inferiore rispetto ai tradizionali processi di riattrezzamento.

 

A cura di Mark Patrick, Mouser Electronics - Distributore Autorizzato

 

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