Un’intelligenza artificiale consapevole dei rischi per aumentare l’affidabilità dei robot subacquei
La robotica subacquea svolge un ruolo fondamentale in settori quali l’eolico offshore, il petrolifero e del gas, l’industria mineraria e le scienze marine; ciononostante, l’impiego di robot in questi ambienti comporta rischi unici. Le comunicazioni sott’acqua, infatti, sono estremamente limitate, da cui ne deriva la necessità che i robot agiscano in modo autonomo e affidabile, senza alcuna supervisione umana. Il progetto REMARO(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, si propone di affrontare questa sfida combinando intelligenza artificiale (IA), robotica e tecniche di verifica formale in un nuovo quadro di riferimento per assicurare l’affidabilità dell’autonomia marina. Il progetto ha formato 15 ricercatori agli inizi della propria carriera e ha collaborato con laboratori industriali di spicco per garantire che i progressi teorici potessero essere testati nella pratica.
L’autonomia come fondamento dell’affidabilità
Un insegnamento fondamentale di REMARO riguarda il fatto che l’autonomia e l’affidabilità non possono essere sviluppate separatamente: come spiega il coordinatore del progetto Andrzej Wasowski, infatti, «i robot subacquei non possono operare senza autonomia, che funge da base per la loro affidabilità. In questo caso, l’affidabilità non concerne la costruzione di attuatori più solidi, ma soprattutto la capacità del robot di riprendersi autonomamente da sviluppi imprevisti quando nessun essere umano può controllarlo o monitorarlo». L’attenzione all’autonomia non è stata guidata solamente da obiettivi accademici, ma anche dalla domanda dell’industria. Le aziende che lavorano con apparecchiature costose e critiche per la sicurezza hanno messo in evidenza l’inammissibilità dell’incapacità di previsione negli algoritmi di IA in condizioni rare. Come osserva Wasowski, «gli attuali metodi di IA non sono in grado di fornire questo risultato, determinando un’incertezza che costituisce un serio rischio per le società».
Dalla simulazione ai dati subacquei reali
I compiti di visione e localizzazione si sono rivelati particolarmente impegnativi quando si è passati dalle simulazioni al mare aperto: le condizioni non solo differiscono dagli ambienti terrestri,ma possono inoltre variare drasticamente da un sito all’altro o anche all’interno della stessa località nel corso del tempo, dando origine a una variabilità che ha enfatizzato l’insostenibilità dell’addestramento dell’IA esclusivamente su grandi insiemi di dati. Per ridurre la dipendenza da enormi quantità di dati variabili, i ricercatori di REMARO hanno esplorato architetture in grado di funzionare con input di addestramento limitati, nell’ambito di un cambiamento che ha aperto nuove direzioni di ricerca per lo sviluppo di modelli di IA più adattabili e solidi in condizioni subacquee mutevoli.
Integrare cognizione e sicurezza
Uno dei progressi più innovativi del progetto è stata la co-progettazione della pianificazione cognitiva e di quella relazionata alla sicurezza. I pianificatori tradizionali ottimizzano i risultati attesi, come i tempi di percorrenza o il consumo di energia; ciononostante, come sottolinea Wasowski, «la pianificazione del rischio di collisione o del consumo di batteria è spesso troppo ottimistica. In questo lavoro, abbiamo sviluppato un metodo che consente a un robot di creare molti piani alternativi e di scegliere non quello per il quale il risultato previsto è il migliore, ma quello che può promettere di raggiungere il risultato in modo affidabile, a basso rischio». Questo approccio di pianificazione avverso al rischio rappresenta un cambiamento fondamentale, in quanto garantisce che i robot privilegino la solidità rispetto all’efficienza quando operano in condizioni di incertezza.
Innovazioni interdisciplinari
Il successo ottenuto da REMARO risiede nella sua rete di formazione interdisciplinare. Ricercatori di metodi formali, robotica e IA hanno collaborato su applicazioni reali, tra cui la programmazione di controllori per veicoli subacquei presso l’impresa OceanScan, con sede a Porto. Il progetto ha inoltre raggiunto un raro traguardo nella pubblicazione di set di dati aperti, come il benchmark SubPipe, senza compromettere la riservatezza industriale. Combinando l’innovazione accademica con le esigenze industriali, REMARO ha permesso di far progredire lo stato dell’arte dell’autonomia affidabile. La sua eredità comprende non solo metodi e strumenti, ma anche una nuova generazione di esperti pronti a portare questi progressi nell’economia blu dell’Europa. I lettori possono anche ascoltare direttamente i ricercatori di dottorato in un video preparato per una recente conferenza Marie Skłodowska-Curie, in cui condividono le loro esperienze di lavoro all’avanguardia della robotica subacquea e dell’IA. Per guardare il video, cliccare qui(si apre in una nuova finestra).
