Cosa sono i robot? Evoluzione e futuro della robotica

Che cosa sono i robot?

Conosciamo tutti il termine "robot" e lo usiamo con disinvoltura nelle nostre conversazioni. Ma sappiamo qual è il suo vero significato? Dedichiamo alcuni minuti ad approfondire la definizione della parola robot. È così semplice come sembra o mette alla prova la nostra comprensione?

Figura 1: Robot umanoide generato con l'intelligenza artificiale. (Immagine per gentile concessione di Aswin Babu)

Fondamentalmente, un robot è una macchina programmabile in grado di rilevare, elaborare informazioni ed eseguire compiti in modo autonomo o con un certo livello di indicazioni da parte di operatori umani. A differenza degli strumenti tradizionali, i robot possono adattarsi all'ambiente circostante e spesso svolgono compiti ripetitivi o pericolosi, permettendo così agli esseri umani di dedicarci a lavori più creativi. Molti pensano, erroneamente, che i robot abbiano sempre un aspetto umano (Figura 1), ma questo non è sempre vero. Ci occuperemo in modo approfondito dei robot umanoidi più avanti, per vedere quando questo concetto diventa vero.

Una rapida retrospettiva: la storia della robotica

Etimologicamente, la parola "robot" ha avuto origine da un'opera teatrale ceca scritta nel 1921 da Karel Čapek, "Rossumovi univerzální roboti" (in ceco "robota" significa "lavoro forzato"). Ma l'invenzione della parola derivata "robotico" è attribuita all'autore di fantascienza Isaac Asimov e apparve nel 1942 nel suo racconto di fantascienza "Circolo vizioso", che conteneva anche le famose Tre leggi della robotica di Asimov (Figura 2). Anche la robotica, come altre tecnologie rivoluzionarie, ha tratto ispirazione dai racconti di fantascienza, trasformando in realtà concetti dell'immaginazione.

Figura 2: Illustrazione delle tre leggi della robotica (Immagine per gentile concessione di Dreamstime.com)

Alcune delle scoperte nella robotica

Passando dalla fantascienza alla realtà, durante la rivoluzione industriale abbiamo assistito ai primi veri passi verso la creazione di automi, dispositivi meccanici progettati per semplificare i compiti ripetitivi. Il concetto di automi risale a miti antichi, come quello greco del gigantesco automa di bronzo Talo, messo da Minosse a guardia di Creta. L'anatra digeritrice di Vaucanson (Figura 3) era un automa impressionante: un uccello meccanico che andava in cerca di cibo, lo raccoglieva e poi ingoiava i semi. Era impossibile distinguerlo da un uccello vero.

Figura 3: Interno dell'anatra di Vaucanson (automa). (Immagine per gentile concessione di Scientific American Volume 80 Numero 03, gennaio 1899)

La svolta decisiva nella robotica arrivò nel 1954 quando George Devol creò Unimate (Figura 4), il primo robot programmabile. Questa invenzione ha cambiato per sempre la produzione, soprattutto nel settore automotive.

Figura 4: Unimate che versa il caffè a un essere umano, 1967. (Immagine per gentile concessione di Wikipedia)

Vi ricordate di ASIMO dei primi anni 2000 (Figura 5)? Il robot umanoide di Honda ci ha avvicinato di un altro passo ai sogni della fantascienza. E non credo che possiamo dimenticare la prima cittadina robot al mondo, Sophia. L'Arabia Saudita le ha conferito la cittadinanza nel 2017, gettando una pietra miliare nel campo della robotica. Con il suo avanzato sistema idraulico e 28 gradi di libertà, Atlas di Boston Dynamics è dotato di una notevole mobilità e mostra l'aiuto potenziale che i robot possono dare in ambienti pericolosi.

Figura 5: ASIMO gioca a calcio con Barack Obama. (Immagine per gentile concessione di Jim Watson/getty images)

Un'altra creazione degna di nota di Boston Dynamics è Spot (Figura 6), un robot a quattro zampe costruito per offrire versatilità e adattabilità. Oggi, grazie all'IA e all'apprendimento automatico, i robot possono muoversi in ambienti complessi, prendere decisioni e persino imparare dall'esperienza.

Figura 6: Spot di Boston Dynamics in azione. (Immagine per gentile concessione di Boston Dynamics)

Vari tipi di robot che costruiamo e utilizziamo

I robot non sono solo giganti industriali o concetti futuristici; sono strumenti che possono essere impiegati nelle nostre officine. Quella che segue è una rapida carrellata dei principali tipi di robot.

1. Robot industriali: sono i cavalli da tiro delle fabbriche e gestiscono attività come saldatura, verniciatura e assemblaggio. I robot collaborativi, detti "cobot", lavorano in sicurezza insieme alle persone, rendendo la produzione più flessibile e sicura. Sono disponibili in varie dimensioni e capacità, ma rientrano principalmente nella categoria dei bracci robotici (Figura 7). Per una versione in miniatura del meccanismo del braccio robotico che è possibile acquistare oggi, date un'occhiata al kit robot AGILUS KR 6 R900-2 di KUKA.

Figura 7: Braccio robotico industriale che assembla un blocco cilindrico. (Immagine per gentile concessione di Kuka Robotics)

2. Robot di servizio: dal passare l'aspirapolvere nelle nostre case all'assistenza ai chirurghi, i robot di servizio semplificano la nostra vita e la rendono più efficiente. Nel settore sanitario, stanno persino aiutando i medici a eseguire interventi chirurgici di precisione. Il sistema chirurgico robotico da Vinci può essere considerato un pioniere nel campo della chirurgia robotica telemanipolata (Figura 8).

Figura 8: Apparecchiature per chirurgia robotica telemanipolata. (Immagine per gentile concessione di MADvertise/Shutterstock)

3. Robot mobili: questi bot possono muoversi. Pensate a droni, rover e robot autonomi con ruote o gambe che esplorano ambienti difficili, dai magazzini a Marte. Questi robot stanno conquistando la terra, i mari e il cielo. Possono operare in varie modalità: telecomandata manualmente, telecomandata sorvegliata (possono evitare gli ostacoli ma saranno sotto il controllo umano) o modalità di navigazione totalmente autonoma.

Come suggerisce il nome, i robot mobili autonomi (AMR) (Figura 9) possono muoversi in modo autonomo grazie ad algoritmi avanzati come quelli di localizzazione e mappatura simultanee (SLAM) o a tecniche di navigazione basate su mappe. Sono in grado di rilevare gli ostacoli, trovare il percorso più breve utilizzando una mappa e aggirare gli ostacoli per andare dal punto A al punto B, il tutto senza l'intervento umano. Possono persino trasportare braccia robotiche o altri strumenti per manipolare l'ambiente circostante. Per ulteriori informazioni, date un'occhiata a questo blog sui robot mobili autonomi o a questo video.

Figura 9: Robot mobile a più piani Hermes di SLAMTEC. (Immagine per gentile concessione di Slamtec)

4. Robot umanoidi: gli umanoidi sono robot dall'aspetto umano. Hanno il vantaggio di manipolare meglio il mondo che li circonda poiché noi umani abbiamo progettato tutto affinché fosse accessibile da un fattore di forma umano. I robot umanoidi come Atlas di Boston Dynamics, Asimo di Honda e Sophia, non sono solo belli da guardare, ma stanno anche spingendo in avanti i limiti della mobilità e dell'interazione. Gli umanoidi continuano ad evolversi e le loro potenziali applicazioni sono enormi, soprattutto in campi come l'assistenza alle persone, l'istruzione e l'automazione delle faccende domestiche.

5. Robot sociali (Figura 10): questi robot sono progettati per interagire con noi a livello emotivo. Sono compagni per le persone anziane, maestri per i bambini e anche aiutanti nell'assistenza clienti. Il modo in cui fondono l'IA con un comportamento simile a quello umano ha dell'incredibile. Alcuni robot sociali potrebbero anche rientrare in una categoria umanoide, ma non necessariamente.

Figura 10: Robot sociale Jibo che interagisce con un bambino. (Immagine per gentile concessione di devicedaily.com)

Oltre a queste classificazioni generiche vi sono robot a sciame, robot morbidi, esoscheletri e protesi robotiche, tanto per citare alcuni altri sistemi robotici. I robot a sciame sono robot in miniatura che lavorano insieme in grandi gruppi, imitando il comportamento di insetti sociali come le formiche o le api per svolgere compiti complessi. I robot morbidi sono realizzati con materiali flessibili che consentono loro di muoversi in spazi ristretti e interagire in sicurezza con gli esseri umani. Gli esoscheletri sono tute robotiche indossabili che migliorano la forza e la mobilità umana e spesso sono utilizzati in contesti industriali e di riabilitazione. Le protesi robotiche sono arti artificiali avanzati che ripristinano la funzionalità degli amputati, offrendo loro una migliore qualità di vita.

In che modo la robotica sta cambiando il nostro mondo?

I robot hanno già avuto un impatto enorme sulle nostre vite. Nel settore manifatturiero hanno semplificato i processi e reso più sicuri i luoghi di lavoro. Nel settore sanitario prestano assistenza in qualsiasi ambito, dalla chirurgia alla riabilitazione. Un'altra area in cui la robotica sta avanzando è l'agricoltura, con l'automatizzazione di attività come la semina, il raccolto e il monitoraggio delle colture per aiutare a nutrire il mondo.

E non dimentichiamoci dei ruoli salvavita che svolgono in ambienti pericolosi. I robot si occupano della bonifica del suolo da bombe inesplose, esplorano le fosse oceaniche e gestiscono persino i materiali nucleari.

Le sfide che dobbiamo affrontare nella robotica

Ovviamente, non è tutto rose e fiori. Rimangono ancora alcune grandi sfide:

• Mobilità e destrezza: fare in modo che i robot riescano a muoversi come gli esseri umani o a destreggiarsi su terreni insidiosi non è facile. Gli ingegneri continuano a lavorare per migliorarne l'equilibrio, la flessibilità e il controllo. Abbiamo infatti ancora delle sfide da vincere prima che i robot riescano ad attraversare tutti i diversi terreni che un essere umano può affrontare, come neve, pozzanghere, montagne e scale. Ma, se guardiamo indietro, all'inizio neanche camminare su due piedi è stato facile, per i robot. Ora, però, abbiamo robot come "Atlas" che possono fare parkour (Figura 11) e salti mortali all'indietro. Quindi, è solo questione di tempo prima di vedere un robot in grado di muoversi su qualsiasi tipo di terreno, anche in modo autonomo.

Figura 11: Robot Atlas di Boston Dynamics che fa parkour. (Immagine per gentile concessione di Boston Dynamics)

Percezione e rapidità decisionale: i robot devono elaborare i dati sensoriali e prendere decisioni in una frazione di secondo. I veicoli autonomi ne sono un ottimo esempio: devono rilevare gli ostacoli e prevedere con precisione i loro movimenti. È un problema impegnativo, ma stiamo facendo progressi. L'evoluzione del 5G e delle reti a bassa latenza ha infatti dischiuso nuove possibilità per l'elaborazione remota, consentendo ai robot di scaricare calcoli complessi su hardware più potente che non possono trasportare.

Considerazioni etiche: man mano che i robot si diffondono, dobbiamo pensare al quadro allargato. Come gestiamo la disoccupazione tecnologica, i problemi di privacy e l'uso etico dell'IA? Nel periodo post singolarità tecnologica (Figura 12), quando le macchine superano l'intelligenza umana, permangono ancora delle ambiguità su cosa aspettarsi. Da un lato, c'è la paura di un Armageddon dell'IA, in cui macchine superintelligenti incontrollabili potrebbero rappresentare un rischio per l'esistenza dell'umanità. Dall'altro, c'è la speranza che l'IA possa diventare una compagna benigna e che aiuti ad esempio a risolvere problemi cruciali come la crisi climatica. Il futuro rimane incerto e molto dipende da come svilupperemo e regolamenteremo queste tecnologie avanzate.

Figura 12: Rappresentazione di due possibili scenari di post singolarità tecnologica. (Immagine generata dall'IA)

Che prospettive ci sono per la robotica?

Il futuro sembra entusiasmante. Stiamo andando verso un mondo in cui i robot saranno i nostri partner in tutto. Le possibilità sono infinite, dall'assistenza nei luoghi di lavoro all'esplorazione di territori vergini, fino all'intrattenimento e alla compagnia.

• IA più intelligente: l'apprendimento automatico sta dischiudendo nuove funzionalità. I robot del futuro gestiranno compiti più complessi e risolveranno i problemi persino in modo creativo. Immaginate un robot che impara e migliora ogni volta che lavora con voi!
• Collaborazione uomo-robot: nell'officina del futuro, robot ed esseri umani lavoreranno fianco a fianco, ognuno sfruttando i propri punti di forza. I cobot (robot collaborativi) gestiranno compiti ripetitivi o rischiosi, permettendoci di dedicarci a cose creative e strategiche.
• Esplorazione spaziale: i robot stanno già esplorando Marte, ed è solo l'inizio. Un giorno potrebbero aiutare a costruire strutture su altri pianeti. Non è fantastico?

Considerazioni finali: perché costruiamo i robot

I robot sono qualcosa di più di semplici macchine; sono una testimonianza dell'ingegno e della creatività umana. Che si sia agli inizi o ci si stia spingendo i confini di ciò che è possibile, la robotica offre infinite opportunità per imparare, innovare e fare la differenza. Continuiamo pertanto a costruire, sperimentare e sognare, rimanendo però responsabili delle implicazioni future di questi sviluppi. Le possibilità sono infinite e, si spera, il meglio deve ancora venire.

Ulteriori letture

• Robot: You Keep Using That Word But It Doesn’t Mean What You Think It Means | Hackaday
• The Curious Origin of the Word ‘Robot’ – Interesting Literature
• Robot | Definition, History, Uses, Types, & Facts | Britannica
• AI Armageddon and the Three Laws of Robotics
• The Ultimate Timeline of Artificial Intelligence Technology · AIPRM
• Singolarità tecnologica - Wikipedia