Capitolo 1
Rover overview
1.1 Premessa
La robotica mobile negli ultimi anni ha fatto passi da gigante in una miriade di
settori, dall’esplorazione spaziale ai sistemi robotizzati di guida di veicoli su
strada, fino alla creazione, in Giappone, di veri e propri automi per l’assistenza di
malati o il servizio al tavolo. La chiave di volta di tutto ciò è la percezione, solo il
perfetto controllo delle informazioni percepite dalle macchine, che devono essere
utilizzate per compiere un lavoro specifico, può portare reale innovazione nel
campo della robotica.
In questo capitolo si cerca di dare una visione generale sui robot, storia, motivi
reali del loro utilizzo, tecnologie solide e tecnologie in via di sviluppo. Si tratta di
una materia così vasta che si sfocia spesso nella pura fantascienza, ma si resta
affascinati dalle reali potenzialità di queste macchine progettate da mente umana.
Per comprenderle al meglio si pensi all’esplorazione spaziale degli ultimi anni e il
contributo che i rover hanno dato alla conoscenza del pianeta Marte in vista di una
possibile missione umana. Sull’ostile suolo marziano sono stati mandati, infatti,
diversi rover che hanno contribuito con foto ed analisi del terreno ad approfondire
la nostra conoscenza del pianeta rosso; “Spirit” di cui si parlerà meglio nelle
prossime pagine da 5 anni è operativo sul suolo marziano, nonostante gli sbalzi di
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temperatura e le intemperie climatiche di Marte, battendo di gran lunga ogni
previsione di funzionamento, infatti era stato garantito per lavorare soli tre mesi.
1.2 Cenni storici
La parola “robotica” viene dal ceco “robota” dove ha il significato di “lavoro
pesante” o “lavoro forzato”. Quindi l’idea del robot è disporre di una macchina
che svolge un lavoro, pesante, che un essere umano non è adatto a svolgere o non
è in grado di svolgere. In letteratura classica molti scrittori hanno stuzzicato la
fantasia dei lettori inserendo personaggi artificiali che svolgevano mansioni
dettate dai loro padroni, e la fantasia di avere un lavoratore perfetto al quale
assegnare i nostri compiti è nei sogni di ogni persona. Quindi, dando uno sguardo
al famoso “Asimov”
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con le sue tre leggi e ai numerosi film di fantascienza ci
accorgiamo che il robot, indipendentemente dalla descrizione ingegneristica o
letteraria, è una macchina ideale in grado di svolgere qualunque compito al posto
dell’uomo.
Lo sviluppo della robotica è iniziato intorno agli anni 50, quando furono creati i
primi robot per l’automazione industriale. Le tecnologie a disposizione non erano
sufficienti, in particolare l’informatica era agli albori e il primo vero computer,
l’Eniac, fu realizzato solo nel 1946. Successivamente sono stati realizzati
numerosi robot tra cui i primi modelli progettati dallo scienziato inglese W. Grey
Walter, in grado di muoversi verso fonti di luce, all’unità “shakey” realizzata
presso lo Standard Reserch Institute (SRI) nel 1969, che era in grado di
raggiungere una data posizione (espressa in termini spaziali) evitando tutti gli
ostacoli. Da allora le esperienze di realizzazione di robot si sono moltiplicate in
tutte le università del mondo, soprattutto grazie alla disponibilità di computer
sempre più piccoli e potenti.
Recentemente, la robotica, è stata definita come la scienza che studia la
connessione intelligente tra percezione ed azione (Brady). La capacità di
connettere in maniera intelligente azione e percezione è affidata ad un sistema di
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Isaac Asimov (2 gennaio 1920 – New York, 6 aprile 1992) è stato un biochimico, scrittore,
autore di fantascienza e divulgatore scientifico statunitense. Le sue opere sono considerate una
pietra miliare sia nel campo della fantascienza che della divulgazione scientifica.
Nel libro suo “Io Robot” si fa nota delle tre leggi fondamentali dei robot.
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governo che sia in grado di comandare l’esecuzione dell’azione nel rispetto degli
obiettivi imposti da una tecnica di pianificazione del compito, nonché dei vincoli
imposti dal robot e dall’ambiente. La realizzazione di tale sistema avviene
secondo lo stesso principio del “feedback” preposto al controllo delle funzioni del
corpo umano, eventualmente avvalendosi della descrizione degli elementi del
sistema robotico (modellistica). Essa rientra nel contesto scientifico della
cibernetica e riguarda il controllo e la supervisione dei movimenti dei robot,
l’intelligenza artificiale, l’architettura del sistema di elaborazione e l’ambiente di
programmazione. È pertanto evidente il carattere multidisciplinare della robotica
che si articola nelle aree della meccanica, dell’automatica, dell’informatica e
dell’elettronica tutte materie in continua evoluzione.
1.3 Le tecnologie attuali
I robot utilizzati adesso sono in realtà dei computer muniti di servomeccanismi;
esistono moltissime tipologie di Robot differenti, sviluppate per assolvere i
compiti più disparati.
Si possono catalogare i robot in due macro categorie: “autonomi” e “non
autonomi”. I robot “non autonomi” sono i classici robot utilizzati per adempiere a
specifici compiti che riescono ad assolvere in maniera più efficace dell’uomo; un
esempio sono i robot utilizzati nelle fabbriche con l’enorme vantaggio di poter
ottenere una produzione più precisa, veloce ed a costi ridotti; oppure i robot
utilizzati per lavorare in ambienti ostili o con sostanze tossiche; questi robot sono
detti “non autonomi” poiché sono guidati da un software deterministico che fa
eseguire loro il lavoro in modo ripetitivo (es. automazione industriale) oppure
sono direttamente pilotati dall’uomo (es. robot utilizzati dagli artificieri). I robot
“autonomi” sono invece caratterizzati dal fatto che operano in totale autonomia
ed indipendenza dall’intervento umano e sono in grado di prendere decisioni
anche a fronte di eventi inaspettati. Questi Robot sono programmati solitamente
con algoritmi che si rifanno a tecniche di intelligenza artificiale: algoritmi
genetici, logica fuzzy, learning e reti neurali. I robot autonomi sono adatti a
svolgere compiti in ambienti non noti a priori; tipicamente si tratta di robot
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mobili. Alcuni piccoli robot autonomi sono utilizzati per il taglio dell’erba nei
giardini: essi autonomamente decidono quando partire, dove tagliare e quando
tornare alla base per ricaricarsi.
Di seguito saranno esposti alcuni robot realizzati, i primi due sono dei Rover
assimilabili al Rover Dune, descritto in dettaglio nell’appendice A, oggetto della
presente tesi mentre gli altri sono delle applicazioni commerciali di robot creati da
aziende come Honda o Sony.
1.3.1 Rover Sojourner
Il rover Sojourner è il secondo
rover per l’esplorazione spaziale
ad aver raggiunto con successo
un altro pianeta. Sojourner è
atterrato su marte come parte
della missione Mars Pathfinder il
4 luglio 1997. È creato per
eseguire misure sulla
composizione chimica degli
elementi trovati in rocce sul suolo
marziano, monitorare il clima e fotografare l’ambiente circostante. Il sojourner è
un veicolo a sei ruote, lungo 65 cm, largo 48 cm, alto 30 cm e pesa 10.6 kg.
1.3.2 Rover Spirit
Spirit (o meglio MER-A, Mars
Exploration Rover-A, per distinguerlo
dalla sonda gemella MER-B
"Opportunity") è il primo dei due
rover della NASA giunti su Marte nel
mese di gennaio 2004. Le specifiche
del rover prevedevano esso avrebbe
Figura 1.1: Rover Sojourner durante una
simulazione dell'ambiente marziano
Figura 1.2: Rover Spirit con indicazione dei
componenti che lo costituiscono
Capitolo 1: Rover overview
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funzionato per almeno novanta giorni. Tali specifiche sono state ampiamente
superate e Spirit ha continuato a marciare sul suolo marziano per tutto il 2006. In
data 4 gennaio 2009 Spirit ha “festeggiato” i cinque anni di lavoro sulla superficie
marziana, dimostrando un’incredibile resistenza alle intemperie climatiche che si
verificano sul pianeta, un eccellente risultato se pensiamo che i progettisti ne
hanno garantito il funzionamento per soli tre mesi.
1.3.3 Aibo
Aibo è uno dei molti animali
robotici sviluppati da Sony, con
questo nome sono stati sviluppati
diversi modelli a partire dal
1999. La produzione è terminata
nel 2006, a causa delle scarse
vendite. Aibo è in grado di
sentire, vedere e muoversi in
modo autonomo. Il robot è in
grado di individuare l’ambiente
circostante tramite delle microcamere e di riconoscere i comandi vocali
impartitigli dal proprietario. Aibo è in grado di evolversi grazie agli stimoli esterni
fornitigli dal proprietario e dall’ambiente esterno.
Aiboware è il nome del programma che fa muovere Aibo ed è in grado di far
evolvere il robot facendolo partire dalla fase di cucciolo per farlo arrivare fino alla
fase adulta tramite l’interazione del proprietario.
Aibo è stato spesso utilizzato come base per i programmi di Intelligenza artificiale
dato che integra in un’unica piattaforma un computer, delle microcamere, dei
sensori e un sistema di movimento rodato e funzionante. Sony vista la
propensione dei ricercatori per i suoi robot ha creato una competizione
appositamente indirizzata ad Aibo all’interno della manifestazione RoboCup
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in
modo da far evolvere la sua piattaforma e per sperimentare nuove soluzioni.
2
RoboCup è una sfida ideata nel 1993 con l'obiettivo di realizzare, entro il 2050, una squadra
di robot umanoidi autonomi in grado di sfidare e, possibilmente, battere una squadra di calcio
Figura 1.3: Robot Aibo che gioca con i bambini
Capitolo 1: Rover overview
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1.3.4 Asimo
Asimo è un robot androide creato da Honda.
Ufficialmente il nome è l’acronimo di
"Advanced Step in Innovative MObility".
Contrariamente alla credenza popolare, le
dichiarazioni della Honda indicano che il
nome del robot non è un omaggio allo scrittore
di fantascienza Isaac Asimov. In giapponese il
nome è pronunciato ashimo e, non a caso,
significa (Ha) anche le gambe. Honda
annunciò la creazione di Asimo nel 2000,
dopo una serie di prototipi di complessità
crescente iniziata nel 1986. Questo robot
umanoide è alto 120 cm, largo 45 cm e profondo 44 cm. Asimo è in grado di
camminare, correre, ballare, salire e scendere le scale (anche se con qualche
impaccio), stare in equilibrio su una gamba e giocare a calcio; sa giocare anche a
baseball e a bowling. Inoltre riesce a riconoscere delle persone, salutarle e
chiamarle per nome, seguire oggetti in
movimento e spostarsi nella direzione
indicata.
1.3.5 Isaac Robot
Isaac Robot è un robot bipede
umanoide prodotto e realizzato dal
gruppo Isaac Team di studenti del
Politecnico di Torino. Il progetto è
l’unione di vari rami dell’ingegneria
che lo porta a presentarsi nella sua
umana. I primi campionati di RoboCup (Robot World Cup Initiative) si sono svolti nel 1997
in Giappone. La squadra Italiana ha finora trionfato due volte.
Figura 1.5: Isaac Robot del Politecnico di Torino
Figura 1.4: Robot Asimo creato da
Honda
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