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Io Uomo tu Robot
Umanoidi come noi? Le nuove sfide dell’intelligenza artificiale

Androidi, cyborg, social robot  sono solo alcuni dei termini con i quali abbiamo familiarizzato anche per effetto di una loro costante presenza  sulla scena mediatica. Sono il risultato della ricerca in robotica  umanoide, un’area emergente in continua evoluzione con lo scopo di realizzare applicazioni pratiche che nel domani si caratterizzeranno per essere sempre più vicine alle esigenze quotidiane dei singoli e per migliorare la nostra esistenza.

Celebrati nelle diverse forme dell’arte:dalla letteratura alla cinematografia,gli androidi popolano da tempo i romanzi di fantascienza  che per taluni aspetti hanno anticipato ciò che la tecnologia ha successivamente realizzato. L’idea di macchine antropomorfe è antica  ed il desiderio di imitare la natura, già presente nei primi automi, è oggi più evidente nel caso dei robot dalle sembianze umane.

Per chi ama il genere fantascientifico apro una piccola parentesi per suggerire un paio di libri: il primo pubblicato in Italia con il titolo Il cacciatore di androidi  definito da più parti uno dei capolavori del cinema fantascientifico che ha successivamente ispirato il film 'Blade Runner'. L’altro è Vita con gli automi di James White, del 1961, considerato uno dei romanzi di fantascienza più utopistici sul tema robot-umanità.

I primi automi meccanici  fanno la loro apparizione nell’Ottocento e da allora la ricerca ha fatto notevoli progressi progettando macchine antropomorfe sempre più complesse e sofisticate in grado di interagire con l’uomo. Molto semplicemente possiamo definire un robot umanoide una macchina dotata di intelligenza artificiale dalle sembianze umane ed in grado di agire in modo autonomo nell’ambiente.

Siamo nel 1973 quando gli ingegneri della Waseda University di Tokyo progetteranno Wabot-1 il primo robot umanoide   bipede  in grado non solo di camminare, ascoltare e parlare, ma anche di afferrare e manipolare oggetti grazie alle sue due mani artificiali antropomorfe. E’ l’inizio dell’era della robotica umanoide così come la conosciamo oggi.

Perché è importante  creare dei robot umanoidi?

Cosa ci aspettiamo concretamente da queste nuove macchine intelligenti? Non è sempre  facile trovare una risposta perché le attese sono tante e  i risultati della ricerca non sono sempre immediati. Sappiamo che gli obiettivi a lungo termine sono senz’altro validi e dovranno rappresentare un’opportunità che dovrà avere caratteristiche positive sul piano sociale.

Questo perché? Cerchiamo allora di tener conto di alcuni aspetti che caratterizzano l’attuale società come la longevità. Si sostiene da più parti che in Europa l’età media si alzerà sensibilmente e ci ritroveremo con circa un terzo della popolazione europea con oltre i 65 anni. In tale prospettiva i robot dovranno essere  in grado di agevolare le persone nella loro quotidianeità, nei lavori domestici e  di aiuto soprattutto per le persone anziane che non  riescono ad essere autosufficienti. Pensiamo anche  ai robot che  potranno intervenire  in compiti per l’uomo pericolosi ed estremi, ma anche nelle emergenze e nelle gestione pratica delle grandi catastrofi.  

Umani e Umanoidi,vivere con i robot è il titolo di un recente libro di Roberto Cingolani e Giorgio Metta dell’Istituto Italiano di Tecnologia edito da il Mulino. Sostengono che tra quindici-vent’anni umani e umanoidi potranno vivere tranquillamente fianco a fianco. Per gli stessi autori sempre tra vent'anni potrebbe esserci un umanoide amico in ogni casa in grado di  assistere i nonni, preoccuparsi di portare i nostri figli a scuola e utili in diverse attività domestiche. Non ci resta che aspettare per sapere se questi obiettivi saranno concretamente realizzati.

La ricerca

In Italia le ricerche nel settore della Robotica, compresa quella umanoide, sono indubbiamente tra le più  avanzate in Europa e siamo in una fase di grande fermento e di novità. In questo settore il Giappone detiene la leadership e dove i ricercatori da 15 anni si occupano dell’umanoide più conosciuto al mondo. Si tratta di Asimo realizzato dalla Honda con risultati che sono sempre più sorprendenti: è in grado tra l’altro di riconoscere sia i volti che le voci delle persone, di fermarsi e modificare il proprio comportamento, evitare la collisione nei suoi movimenti.

L'obiettivo ambizioso  di un robot capace di apprendere da solo il modo di svolgere dei compiti per i quali non è stato precedentemente programmato  sembrerebbe appartenere di più alle idee della fantascienza, ma oggi, grazie al lavoro di diversi ricercatori, come Osamu Hasegawa, professore   presso l'istituto di tecnologia di Tokyo, stà diventando realtà.

"La maggior parte dei robot esistenti sono bravi ad elaborare e ad eseguire operazioni per i quali sono stati pre-programmati, ma sanno ben poco del mondo reale in cui vivono gli esseri umani" spiega Hasegawa. "Per cui il nostro progetto è un tentativo di costruire un ponte tra i robot ed il mondo reale".

Uno degli aspetti innovativi di una delle macchine realizzate dal prof. Hasegawa  risiede nella  sua intelligenza artificiale, basata sulla tecnologia delle "reti neurali incrementali auto  organizzanti"  ("Self-Organizing Incremental Neural Network") che si ispira al funzionamento del cervello umano.

SOINN (Self-Organizing Incremental Neural Network), un algoritmo che consente ai robot di usare ciò che già conoscono per adattarsi ad una situazione e, se necessario, apprendere in autonomia il modo migliore di eseguire una serie di azioni.

All’Istituto Italiano di Tecnologia il programma Robotics  considera la robotica non solo attraverso il classico approccio ingegneristico, ma una ricerca che si realizza in un ambiente fortemente multidisciplinare che prevede una collaborazione sinergica tra almeno 17 profili differenti che spaziano dalla medicina all’ingegneria. Lo scopo è quello di far evolvere il concetto stesso di robotica sempre più ispirato alla natura e all’interazione uomo-macchina.

Secondo Roberto Cingolani, direttore scientifico dell' Istituto italiano di tecnologia di Genova, la prossima generazione di robot dovrà basarsi su architetture fatte di polimeri, materiali soffici e cellule nervose tridimensionali: l’obiettivo è costruire dei sistemi che, emulando i modelli di funzionamento degli organismi umani, possano nel contempo raggiungere un’efficienza energetica ottimale.

Diverse le principali piattaforme all’interno del programma Robotics: ricordiamo iCub il cucciolo di robot utilizzato per lo studio degli aspetti cognitivi e Walkman e Coman , robot sviluppati per sostituire l’uomo in scenari pericolosi e di catastrofi naturali.

L’obiettivo comune di tutte le ricerche è di creare degli androidi capaci di integrarsi nel contesto sociale umano, imparando direttamente dai feedback tattili o emotivi quali comportamenti adottare in determinate situazioni. Per fare questo i sistemi robotici dovranno dotarsi di una concreta autonomia da sfruttare in ambienti domestici e interfacciati con infrastruttura telematica presente all'interno dell'ambiente.

Gli androidi protagonisti

L’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova  è un centro di ricerca interdisciplinare con programmi di ricerca che vanno dai nuovi materiali all’intelligenza artificiale, dalle nuove tecnologie sostenibili alla robotica umanoide.

Giorgio Metta è direttore dell'iCub Facility all'IIT, dove guida lo sviluppo del robot umanoide iCub, un progetto partito nel 2003 per studiare i meccanismi della cognizione umana. Si lavora per progettare robot  “cognitivi” in grado di imparare ed iCub e «CoMan» sono gli androidi protagonisti. ICub ne e’ il capostipite, meccanicamente dotato di ben 53 snodi di movimento che sono in grado di gestire  movimenti ed azioni come quella di sedersi o di prendere in mano oggetti.

Indubbiamente la caratteristica più innovativa risiede comunque nella capacità di  imparare dall’esperienza e questo progetto dell’Istituto Italiano di Tecnologia è il risultato di una piattaforma di intelligenza artificiale open source, che   condivide  il progetto con altri 25 importanti istituti di ricerca, tra i quali l’Università dell’Illinois e l’Istituto di studi avanzati di Francoforte.

Stefano Saliceti, altro membro interno al progetto dell’IIT, sottolinea che  per ora la cosa che riesce a stupire di iCub “non è la sua componente meccanica e motoria, ma l’apprendimento cognitivo e la possibilità di studiare, attraverso questo sofisticato automa, il comportamento umano, e le modalità in cui il nostro cervello gestisce le informazioni ed invia i segnali per compiere le azioni”.

iCub (in inglese cub significa cucciolo è in grado di muovere la testa ed è dotato di occhi elettronici ed interagisce con l’ambiente osservando gli oggetti posti davanti a lui. e con una tempistica eccezionale sposta il braccio sinistro aprendo senza difficoltà e con agevoli movimenti il palmo della mano  afferrando  l’oggetto giusto .Il suo continuo lavoro di analisi delle caratteristiche dell’ambiente che lo circonda lo porta passo dopo passo a imparare   a riconoscere   l’ambiente che lo circonda con le sue peculiari caratteristiche. Il ricercatore con pazienza quando la presa non riesce lo aiuta guidandogli in modo delicato la mano così come faremmo con un bambino. iCub è in grado di percepire il contatto con l’umano, in quanto ha la pelle dei polpastrelli dotata  di sensori tattili. "Il tatto tra i cinque sensi ha una funzione importantissima.

Spostandoci nell'ambito della robotica, va da sé che distinguere tra le diverse superfici e saper apprendere grazie a questa abilità contribuisca in modo decisivo a determinare l'Intelligenza Artificiale di una macchina", spiega il professor Roberto Cingolani. Questi studi hanno "l'obiettivo di sviluppare una tecnologia della cognizione, ossia fornire agli strumenti meccanici di "Abbiamo applicato sulle dita della mano di iCub polpastrelli di silicone - continua Cingolani – al cui interno vi sono micro-sensori, Mems (Micro Electro-Mechanical Systems), che incorporano nano-strutture ad alta sensibilità, capaci di reagire a sollecitazioni provenienti dall'esterno e di inviare, sotto forma di impulsi elettrici, informazioni al software che controlla il robot.

Se "iCub" ha conquistato gli arti inferiori, " CoMan (da Compliant Humanoid) ha guadagnato quelli superiori.            
L'obiettivo, sin dall’inizio, era quello di dargli in dotazione dei giunti flessibili e un'estrema padronanza nella deambulazione.            
"CoMan" rappresenta un ulteriore passo in avanti verso la costruzione di robot più adatti a interagire con l’uomo.

Pepper  è un robot umanoide sviluppato dalla francese Aldebaran Robotics, per conto di Softbank, e già venduto in migliaia di esemplari in Giappone. 

Pepper é alto 120 cm per 28 kg di peso ed è dotato di 17 articolazioni che gli consentono fluidità nei movimenti, 3 ruote omnidirezionali per gli spostamenti. Una telecamera 3D gli permette di percepire ciò che accade intorno fino a 3 metri di distanza.

Ma l’aspetto più interessante risiede nella capacità che ha Pepper   di interagire con il suo interlocutore umano in quanto in grado di capirne lo stato d’animo attraverso l’analisi delle espressioni facciali e del linguaggio comportandosi di conseguenza. Qualora non fosse in grado di rispondere alle domande si connette ad Internet e ne memorizza la soluzione.

Atlas è il nuovo robot antropomorfo della Boston Dynamics, società operante nel settore della robotica, di proprietà di Google. Atlas è un umanoide di ultima generazione che si caratterizza per la sua alta mobilità e un buon controllo del suo corpo. E' stato progettato per per muoversi e operare all’aperto anche in situazioni difficili e terreni sconnessi.  Si caratterizza per avere una corporatura media di un uomo adulto. I suoi impieghi? Difficile dirlo, ma il fondatore di Boston Dynamics, Marc Raibert, ha dichiarato che “l’obiettivo finale è quello di realizzare un robot con mobilità, agilità e intelligenza simili o superiori a quelle umane”.

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