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Io Uomo tu Robot
L'interazione degli esseri umani con le macchine «intelligenti»

La robotica è una delle frontiere più all’avanguardia della tecnologia per i suoi aspetti altamente innovativi che hanno nel tempo realizzato, in una prospettiva multidisciplinare, tecnologie  che hanno aperto prospettive interessanti in contesti di robotica industriale e di servizio migliorando il nostro modo di vivere e di lavorare.

Ci riferiamo alla progettazione di macchine in grado di eseguire compiti in modo autonomo aumentando l’efficienza e i livelli di sicurezza e in grado di fornire livelli avanzati di servizio.

Sistemi robotici capaci di intrattenere relazioni sociali con altri robot e con gli esseri umani sono scenari non più del futuro e già oggi robot e persone interagiscono tra loro per migliorare processi aziendali e qualità di vita.

La robotica inizialmente è stata principalmente oggetto di applicazioni su vasta scala industriale che hanno prodotto macchine programmabili ed esecutrici di compiti fisici ripetitivi che per il fatto stesso di lavorare in ambienti conosciuti e controllati non sono stato oggetto di particolare interesse per gli studiosi di interazione con l’uomo.

Oggi tra le principali innovazioni che la trasformazione digitale sta determinando nell’organizzazione dei processi produttivi e dell’organizzazione del lavoro delle imprese, l’interazione uomo-automazione impone  nuove sfide.

I robot sono usciti dagli originari luoghi di lavoro, tradizionalmente la fabbrica, per entrare nelle nostre case per interagire e cooperare con gli esseri umani e compiere azioni con probabilità di successo per un particolare compito.

La pervasività dei robot all’interno nella società sarà sempre più marcata e l’impatto dei robot sulla vita dei nostri giorni cambierà il nostro  di vedere le cose e questo comporterà la necessità di analisi anche a livello sociale in quanto l’uomo del futuro sarà sempre più portato all’interazione con sistemi robotici intelligenti.

Tutti questi progressi hanno reso possibile lo sviluppo di una nuova generazione di robot di servizio progettati per assistere l’uomo direttamente nel loro posto di lavoro, nel tempo libero e nelle proprie abitazioni, ma anche negli ospedali e nei settori della neuro riabilitazione e delle protesi.

Interazione uomo-robot (Human-Robot Interaction – HRI)

E’ solo recentemente che l’Interazione Uomo-Macchina ha definito e collocato lo studio dell’interazione Uomo-Robot (Human-Robot Interaction – HRI) come sua area disciplinare  in quanto i robot erano visti principalmente solo come delle macchine industriali programmabili mentre oggi uomo e robot condividono lo stesso ambiente operativo.

Un'area di ricerca multidisciplinare in costante sviluppo ricca di spunti per ricerche avanzate che nel corso degli anni ha consolidato risultati importanti  per la progettazione di robot per l’industria  e controllo di sistemi avanzati elettro-meccanici per lo sviluppo di applicazioni  nel settore più vasto della robotica di servizio.

Affinchè un robot possa agire in modo efficace in un ambiente complesso e dinamico, per l’emergere di  dinamiche “incerte” e “imprevedibili”,  è necessario che sia dotato di sistemi di percezione esterna in modo da “vedere” ciò che lo circonda e rispondere in maniera adeguata e autonomamente alle diverse situazioni.

L’interazione tra uomo e robot è possibile grazie alla presenza sul mercato di sensori sofisticati con elevata performance sulla sicurezza e dispositivi per usufruire della realtà aumentata che hanno lo scopo di rendere più efficace lo svolgimento dei compiti collaborativi. Durante l’esecuzione delle operazioni collaborative occorre “monitorare” l’operatore umano ai fini di una maggiore sicurezza  e il robot in uno spazio condiviso, attraverso tecniche di Machine Learning, può imparare dall’uomo a eseguire con precisione sequenze di azioni in molteplici flussi produttivi.

Robot senz’altro più “evoluti” dove la loro autonomia deriva dalla capacità di elaborare le informazioni raccolte dalla ricca dotazione sensoristica e conseguentemente di pianificare la sequenza di azioni da intraprendere.

La ricerca è oggi in grado sviluppare interfacce appropriate che permettano una interazione e una comunicazione dalle caratteristiche naturali, intuitive, di natura multimodale, in altre parole, human-friendly.

Una nuova generazione di robot considerati compagni sicuri e affidabili per il mondo del lavoro, ma anche per trasformarsi in robot companion per ricevere assistenza personale o con i quali, addirittura, impegnarsi in attività ricreative.

Una sfida non certo facile che vede la robotica con finalità sociale  e  diventare in tal modo uno strumento concreto ed affidabile per migliorare la qualità della vita.

Robotica cognitiva e interazione uomo-robot

Un importante contributo per lo studio e lo sviluppo di sistemi per l’interazione uomo-robot proviene dalla Robotica Cognitiva, disciplina che integra contributi provenienti  dall’Intelligenza Artificiale, Scienze Cognitive e Neuroscienze.

La robotica cognitiva ricerca nuove architetture e metodologie per migliorare il ciclo “percezione-comprensione-azione” dei sistemi autonomi artificiali, traendo ispirazione anche da modelli cognitivi umani ” (ICAR, Istituto di Calcolo e Reti ad Alte Prestazioni, CNR) .

Un settore di ricerca che ha lo scopo di  sviluppare algoritmi intelligenti per la progettazione di sistemi robotici dotati di capacità cognitive quali percezione, decisione, apprendimento, attenzione, pianificazione, interazione sociale.

Sappiamo come sistemi robotici attraverso  processi senso motori, analoghi a quelli umani , permettono una comunicazione naturale tra l’uomo e la macchina rendendo il comportamento del robot  più intuitivo e facilmente interpretabile per l’uomo. Nel  contempo il robot, attraverso propri modelli cognitivi, può interpretare ed anticipare il comportamento umano.

cobot

In un contesto di Industria 4.0 i robot che collaborano attivamente con operatori umani in ambienti condivisi per l’esecuzione dei processi produttivi sono già e saranno sempre più una risorsa fondamentale.

Considerati i robot industriali del futuro i cobot (indicati anche come “co-worker”)   sono in definitiva macchine automatiche  in grado di interagire con gli esseri umani e la definizione è stata introdotta alla metà degli anni 90 da J. Edward Colgate e Michael Peshkin, della Northwestern University.

Ci sono   operazioni decisamente complesse per poter essere eseguite dal robot e nel contempo operazioni ripetitive in cui la precisione e l’affidabilità del robot non possono essere eguagliate dall’uomo. In questa prospettiva uomo e robot coesisteranno in uno spazio di lavoro condiviso non perché il robot sostituisca l’uomo, ma per  assisterlo in modo che ci sia una maggior  efficacia nell’eseguire un dato compito.

Occorre tener conto che  unendo le capacità degli operatori umani con quelle dei robot si creano condizioni utili per un'ottimizzazione del ciclo di lavoro e dei costi attraverso flussi di lavoro flessibili, grande velocità di esecuzione ed una migliore produttività ed efficienza economica degli impianti.

Per fabbrica 4.0 si tratta di nuove sfide che hanno l’obiettivo di integrare la  precisione e la  ripetibilità del robot con le doti cognitive di flessibilità, destrezza e di problem-solving  che appartengono all’operatore umano.

Un modello di collaborazione uomo-robot che per raggiungere i suoi obiettivi deve essere comunque supportato da una elevata tecnologia in tema di sicurezza e alla base delle tecnologie di interazione si collocano tutte le tecnologie e gli aspetti relativi alla sicurezza (safety). La ricerca in questo settore ha fatto notevoli progressi dotando i robot collaborativi  di sensori di visione, sistemi laser, di contatto e per il riconoscimento vocale. Interazione quasi-umane dove l’esperienza sensoriale e percettiva nelle interazioni da contatto si caratterizza per essere molto simile a quella naturale.

Quello che penso sia marginale, in questo campo, è lo sforzo di capire e cercare di ricreare nei robot quello che ci rende reali e unici come esseri umani ”. Jerry Kaplan è un informatico e docente Storia e filosofia dell’intelligenza artificiale della Stanford University

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