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Control of contact interactions for robots acting in the world

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Aiutare i robot a fare i conti con il mondo reale

Algoritmi universali per interagire con gli oggetti fisici consentiranno di superare un problema irrisolto nel campo della robotica, offrendo le condizioni per realizzare macchine in grado di camminare e lavorare insieme a noi.

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Sebbene i robot siano una presenza sempre più comune nella nostra vita, essi sono tuttora ampiamente confinati ad ambienti controllati come le catene di montaggio o ad applicazioni dove il loro compito è esclusivamente quello di evitare gli oggetti fisici, piuttosto che interagire con essi. «Una questione essenziale da affrontare nella robotica odierna emerge quando il nostro obiettivo consiste nel farli camminare, arrampicare e manipolare oggetti», spiega Ludovic Righetti, coordinatore del progetto e ricercatore presso l’Istituto per Sistemi d’intelligenza Max Planck, nonché professore associato dell’Università di New York. «La gestione dell’interazione fisica costituisce un problema irrisolto nel campo della robotica, la questione più complessa che ci si profila dinanzi. Siamo in grado di sviluppare algoritmi ad hoc per pochi sensori, ma nessuno è capace di sviluppare una teoria generale valida per qualsiasi robot».

Macchine in movimento

Il progetto CONT-ACT, finanziato dall’UE, si è prefisso di sviluppare conoscenze fondamentali e algoritmi generici che possano risolvere questa problematica. Il progetto era composto da due pilastri: il primo consisteva nell’utilizzare elementi di comprensione nell’ambito della fisica per ricavare i principi di base dell’interazione fisica, mentre il secondo riguardava dati provenienti da esperimenti su robot reali per migliorare il comportamento di questo sistema. Il gruppo di Righetti aveva già sviluppato un metodo generico per il controllo dei robot dotati di gambe, che insegnava a tali macchine come regolare la forza applicata dai propri motori al fine di mantenere l’equilibrio. Per conseguire questo scopo, il team ha dovuto superare lo stesso problema relativo a un robot in movimento. «Si tratta di un compito difficile da realizzare in tempo reale», afferma Righetti. «Qualsiasi sia l’attività che stiamo eseguendo, dobbiamo trovare una soluzione in poche decine o centinaia di millisecondi». Riducendo la complessità del problema, Righetti e il suo team sono riusciti a creare una serie di algoritmi che permettevano al robot di muovere tutto il corpo. «Abbiamo progettato un dispositivo di controllo che consente al robot di rispondere ai cambiamenti che avvengono nell’ambiente», aggiunge. «Quindi, abbiamo ideato algoritmi volti a gestire situazioni quali la necessità di salire su gradini irregolari o il caso in cui il robot venga spinto da qualcuno». Il team ha inoltre sviluppato tecniche di apprendimento automatico che consentono ai robot di integrare informazioni provenienti da sensori aggiuntivi. «Disponiamo di robot con superfici tattili in grado di rilevare il contatto, nonché di misurare la forza e la pressione. Se prendiamo tuttavia in esame gli algoritmi che regolano il modo in cui questi robot afferrano e manipolano gli oggetti, solitamente non utilizzano queste informazioni», afferma Righetti.

Uno spazio virtuale

La combinazione di questi dati risulta cruciale per costruire un algoritmo di gestione generico. «Se si osservano i dati grezzi, quando viene modificata una caratteristica di lieve entità, come la forma o il colore di un oggetto, le letture effettuate dai sensori saranno molto differenti», osserva Righetti. «Tuttavia, esse descrivono qualcosa di simile». Mappando questi input in uno spazio virtuale, i robot sono in grado di apprendere modelli generali del proprio ambiente e acquisire comportamenti che consentono loro di gestire oggetti e ambienti simili a quanto hanno già conosciuto in precedenza, il che elimina la necessità di addestrarli su come interagire con ciascuna variazione di tali elementi. Righetti ammette che, in definitiva, non è riuscito a risolvere il più grande problema, tuttora insoluto, nel settore della robotica: trovare algoritmi che possano rendere i robot davvero autonomi. Il ricercatore e il suo team, tuttavia, hanno potuto compiere progressi significativi verso il raggiungimento di questo obiettivo. «Abbiamo ora a disposizione algoritmi piuttosto maturi, tra i più rapidi e affidabili attualmente esistenti». Righetti aggiunge che, probabilmente, la sua ricerca nei prossimi anni si incentrerà sull’ulteriore sviluppo dei movimenti robotici e dell’interazione fisica con gli oggetti e l’ambiente: «Siamo ancora lontani dal traguardo. Se continueremo a compiere svariati progressi, ci avvicineremo al nostro obiettivo di trovare una serie fondamentale di algoritmi».

Parole chiave

CONT-ACT, robot, movimento, contatto, interazione fisica, algoritmo, equilibrio

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