Se non sai nulla del Darpa Challenge, dovresti aggiornarti leggendo questo post. Se già sai qualcosa in riguardo, questo può essere considerato l’articolo riepilogativo sulla finale tra fenomeni che ha catalizzato l’interesse di tutto il mondo lo scorso 6 giugno. Non stiamo parlando della finale di Berlino tra i fenomeni di Barcellona e Juventus. E, soprattutto, non stiamo parlando di fenomeni umani.

Stiamo parlando del Darpa Challenge, la sfida robotica organizzata dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti che si è svolta a Pomona, California, il 5 e il 6 giugno. Una sfida esaltante, non fine a se stessa. Un’occasione per mostrare lo stato di salute delle ultime innovazioni robotiche a tutto il mondo. In questo articolo abbiamo riportato tutto quello che devi sapere per restare aggiornato sull’argomento:

• Cos’è il Darpa
• Come funziona la gara
• Come sono andate le edizioni passate
• Come si è comportata l’Italia
• Chi ha vinto
• Una carrellata di “papere robotiche”

Buona lettura!

Cos’è il Darpa

Prima di tutto, cosa significa Darpa? E’ l’acronimo di Defense Advanced Research Projects Agency, agenzia del governo americano dedicata all’innovazione tecnologica in campo militare. E’ nata nel 1958 durante la presidenza Eisenhower, in un periodo delicato della guerra fredda, con i sovietici che solo un anno prima avevano lanciato il guanto di sfida nella conquista dello spazio grazie al lancio del primo Sputnik. L’agenzia ha una lunga storia storia costellata di luci ed ombre. Il Darpa negli anni ha realizzato importanti innovazioni che hanno rivoluzionato il nostro stile di vita. Internet su tutte (nata dai protocolli sviluppati per il network Arpanet), ma anche il Gps, Siri e altre invenzioni, oggi diffusissime. Tuttavia è nata anche per migliorare l’efficienza bellica degli USA (armi sofisticate, missili, tecniche di guerra psicologica e diserbanti, ovvero il napalm, con cui disboscare le giungle durante la guerra in Vietnam).

Il Darpa Robotics Challenge, è una gara in cui 25 robot, e i team che li hanno sviluppati, provenienti da paesi quali USA, Germania, Italia, Cina, Giappone, Corea del Sud, Honk Kong, si sfidano per vincere un montepremi da 3,5 milioni di euro.

Montepremi a parte è una gara per dimostrare quale automa è in grado di portare a termine al meglio un intervento di soccorso in un ambiente ostile. I robot in gara si sono sfidati tra loro risolvendo una serie di prove lungo un percorso che simula un intervento di soccorso in un’area ad alto rischio. In soli 60 minuti, i robot dovranno portare a termine prove nelle quali verranno testate sia le capacità fisiche, sia quelle cognitive e di problem solving.

A prima vista le prove scelte possono sembrare semplici, ma sono in realtà inaspettatamente difficili da portare a termine per un robot che opera autonomamente.

Gli organizzatori stessi del Darpa sono consapevoli della difficoltà della prova. “Credo che nessuno dei team riuscirà a guadagnare tutti i punti a disposizione, può darsi anzi che nessuna delle squadre si aggiudichi neanche metà dei punti”, ha affermato il Program Manager della Darpa Robotics Challenge, Gill Pratt, in un documentario dello scorso anno. “Quello che noi speriamo è che i team riescano a portare a termine più o meno quello che potrebbe fare un bambino di un anno di età. Se riusciremo a raggiungere questo obbiettivo, pensiamo che ci siano buone speranze che continuando a lavorare per un altro anno, qualcuno di questi team dimostri che è possibile costruire un robot che mostri l’utilità che possono avere questi dispositivi in caso di un autentico scenario catastrofico”.

Ecco le sette prove, illustrate per immagini:

La struttura del percorso è pensata per simulare i compiti a cui si sarebbe trovato di fronte un automa in un episodio reale: l’incidente di Fukushima del 2011. Durante questa grave emergenza alcuni robot hanno aperto le valvole dell’impianto di sfogo manuale del reattore, permettendo di contenere almeno in parte il disastro dovuto allo tsunami.

Ogni team in gara ha a disposizione due tentativi per completare il percorso. Può fornire aiuto in remoto al robot (indicando ad esempio la posizione della valvola da aprire), tramite una connessione wireless. Ma il regolamento vieta un controllo diretto dei suoi movimenti.

Decisiva, in particolare per il team italiano (come vedremo più avanti), un’altra clausola ferrea: le batterie dei robot non possono essere ricaricate per tutta la durata della competizione. Ogni prova superata garantirà un punto, e, in caso di pareggio, vincerà la squadra che ha impiegato il tempo minore per completare il tragitto.

Uno sguardo alle edizioni passate

Nel video seguente, in lingua inglese, una breve rassegna delle edizioni passate del Darpa Challenge.

Le prime 3 Darpa Challenge vengono organizzate tra il 2004 e il 2007. L’idea è quella di offrire premi in denaro (soldi stanziati dal Congresso Americano) per lanciare una sfida alla ricerca civile, in particolare per lo sviluppo delle prime driverless car (macchine in grado di muoversi autonomamente in un paesaggio urbano). Quando si parla di driverless avrete fatto un’associazione di idee con Google? Associazione corretta: i vincitori della prima edizione, un team di ricercatori di Stanford, attualmente dirigono il progetto della driverless di Google. Negli anni seguenti, visto il successo delle prime edizioni, il Darpa ha lanciato altre challenge. La Network Challenge, per determinare il ruolo che i social network e internet possono assumere nella risoluzione di problemi in tempo reale. E la Spectrum Challenge del 2013, dedicata allo studio di nuove strategie di comunicazione via radio. Ma prima del 2013 facciamo un passo indietro, nel 2012. E’ l’anno di inizio della robotics challenge. E’ nel 2012 infatti che viene organizzata una prima fase, in cui i partecipanti competono tra loro in una sorta di gara virtuale. La sfida è programmare un robot in grado di assistere l’uomo nelle operazioni di salvataggio in ambienti ostili, come siti di un disastro, o zone di guerra. Superata la fase preliminare, inizia la gara vera e propria: i vincitori della Virtual Challenge hanno ricevuto dal Darpa sei esemplari di Atlas, un automa antropomorfo realizzato guarda un po’ dalla Boston Dynamics (società di Google). Sugli atlas ricevuti devono inserire i programmi sviluppati in precedenza. A questi questi sei atlas si sono aggiunti altri team fino a raggiungere il numero di 24 partecipanti, tra i quali il nostro robot azzurro: l’italiano Walkman.

Robotiq “allunga le mani” sul Darpa

Abbiamo usato un titolo un po’ irriverente per raccontarvi con un pizzico di orgoglio che Robotiq, l’azienda canadese che produce pinze elettriche adattive, ha fornito le proprie “mani” robotiche a ben 4 team in gara durante il Darpa Robotics Challenge 2015.

Le squadre che hanno scelto le pinze adattive a 3 dita di Robotiq sono di fama internazionale: Schaft, Massachusetts Institute of Technology (MIT), il National Robotics Engineering Center di Carnegie Mellon University e Worcester Polytechnic Institute.

Perché siamo orgogliosi? Perché abbiamo sempre creduto in questi prodotti, (per approfondire questa tecnologia consulta pure la scheda dedicata). Perché ne abbiamo parlato diverse volte qui sul nostro blog 

L’orgoglio maggiore proviene soprattutto dai vertici di Robotiq:

“La Pinza Adattiva Robotiq è stata progettata per fornire la flessibilità e la robustezza necessarie ai processi industriali automatizzati “, dice Samuel Bouchard, presidente della Robotiq. “Essere stati selezionati da gruppi di ricerca rinomati in tutto il mondo per affrontare questa grande sfida dimostra la qualità e la versatilità dei nostri prodotti. Tutto il team di Robotiq è orgoglioso per questo risultato. “

L’italia come si è comportata

L’Italia si è presentata con Walkman. I genitori di Walkman? Due centri d’avanguardia nella robotica di tutto rispetto:

1. L’Istituto Italiano di Tecnologia IIT di Genova (lo stesso che ha inventato iCub)
2. Il Centro Ricerche Piaggio di Pisa

A guidarlo è stato una squadra di 25 esperti (età media 31 anni) coordinati da Nikos Tsagarakis, dell’IIT, e da Antonio Bicchi, del centro Piaggio.

 

Alto 185 cm, pesa 100 chili, realizzato in Ergal (90%) Titanio (8%) ferro e plastica. Disegno meccanico e controllo software particolarmente efficienti. Sulla schiena dell’umanoide è alloggiata una batteria da 2 kwh. Sulla testa due telecamere e uno scanner laser tridimensionale.

Per il movimento del corpo ci sono 40 schede di controllo, 4 sensori di coppia di forza (2 nelle caviglie e 2 nei polsi), 33 motori che uniscono i vari giunti, 2 accelerometri che regolano l’equilibrio dell’intero androide.

Continuiamo la descrizione di questo sofisticato robot: due computer con processore intel i7 quadcore controllano visione, percezione e movimento. L’architettura software è basata su piattaforma Yarp (il codice sviluppato dall’Istituto Italiano di Tecnologia per iCub) con integrazioni di Ros e Gazebo.

Anche i motori di Walkman sono un brevetto IIT, integrano in un unico modulo “click-on” sensori di coppia, forza e posizione. La loro potenza è di 2.8 KW, equivalente a due moto da strada, e del tutto paragonabile alla potenza che sprigiona il robot Atlas, il robot idraulico sviluppato dallo stesso DARPA.

Il busto è ruotabile di 180 gradi, braccia retrovertibili in modo tale da permettere a Walkman di sollevarsi da terra in caso di caduta. Walkman sa guidare e possiede mani morbide in grado di afferrare oggetti e usare il trapano. La “soft—hand”, la stessa che l’IIT in collaborazione con il Centro Protesi Inail di Budrio sta portando sui pazienti amputati, è realizzata con la tecnologia 3D—printing, in materiale plastico e con alcune componenti metalliche, ed è estremamente flessibile, grazie a un tendine artificiale che consente di riprodurre i movimenti in modo naturale.

Walkman, quando l’importante è veramente partecipare!

Di solito è il motto di consolazione quando si vede sfuggire la vittoria d’un soffio. Ma nel caso di Walkman sicuramente è uno slogan sincero.

Aver partecipato alla Darpa Challenge è stato un successo, è anche aver perso solo a causa delle batterie scariche non è un’infamia. Nonostante l’obiettivo di entrare nella “top ten” di queste olimpiadi della robotica non sia stato centrato, (walkman ha raggiunto la diciassettesima posizione) la soddisfazione all’interno del team italiano è notevole, soprattutto perché il robot italiano è stato l’unico ad affrontare la sfida con una tecnologia nuova e completamente diversa rispetto a quella degli altri robot in gara.

Come abbiamo detto poco sopra era l’unico dotato di 33 motori elettrici invece che su sistemi idraulici come i competitor. «Siamo bambini rispetto ai colossi contro i quali abbiamo gareggiato, ma possiamo migliorare e sappiamo in quale direzione andare» commenta il direttore scientifico dell’IIT, Roberto Cingolani

Walkman è stato costruito in un tempo record, un anno e mezzo, e per le prove ha avuto a disposizione solo tre settimane. Dovendo affrontare compiti pesanti, gli altri robot in gara si basavano su una tecnologia idraulica; per Walkman, invece si è puntato sui motori elettrici. «Da un punto di vista ingegneristico questo è un passo in avanti enorme — chiude il direttore scientico dell’Iit — A tradire Walkman sul più bello della gara sono state però le batterie: un problema tecnico che durante le simulazioni non si era presentato e sul quale in futuro bisognerà lavorare». Fonte notizia

Chi ha vinto

I due milioni di dollari, ma soprattutto il prestigio del primo premio, sono andati a Kaist: il robot della Corea del Sud. DRC-Hubo, il droide del team coreano Kaist che ha vinto il primo premio, è riuscito a portare a termine i task in 44 minuti e 28 secondi, seguito a ruota dall’automa del IHMC Robotics (1 milione di dollari di premio) e dal robot Chimp del Tartan Rescue (500mila dollari). Ecco il video dell’acclamazione del vincitore.

Darpa Challenge a parte, la robotica è un mondo in fermento!

Prima di giungere alle conclusioni vogliamo ricordare che a parte la bellissima sfida planetaria del Darpa Challenge il mondo della robotica è in continuo fermento.

Noi di Alumotion seguiamo più da vicino la robotica collaborativa in ambito industriale. Ma in realtà è tutto collegato. Intelligenza artificiale, robotica di servizio, robotica militare, industriale o per il soccorso in situazioni di emergenza, questi e altri settori (non dimentichiamo la cosiddetta internet of things) sono strettamente correlati tra loro.

Nel manifesto della robotica collaborativa abbiamo affrontato il tema dei robot che imparano dalla propria esperienza e dai propri errori. Ebbene, un team di ricercatori francesi e americani ha sviluppato recentemente un software in grado di fornire capacità di adattamento ai robot. Proprio come gli animali nel mondo naturale (ma aggiungerei anche noi umani) i ricercatori hanno programmato un sistema che permette agli automi di apprendere da soli le soluzioni ad eventuali guasti meccanici. Vengono effettuati una serie di tentativi, verificati quelli validi e scartati quelli inutili fino a quando il robot non trova la soluzione più congeniale. E’ come un vero e proprio scienziato che testa diverse azioni, verificando gli effetti sulle proprie funzionalità.

L’Italia sta dimostrando di non essere indietro anni luce dai paesi tecnologicamente più avanzati (e più ricchi). Walkman come abbiamo visto è un esempio calzante che prova quanto di buono stanno facendo le nostre menti più geniali. Un altro esempio si chiama HyQ. Hydraulically actuated Quadruped è un robot quadrupede, nato con lo scopo di aiutare l’uomo in situazioni di emergenza o in operazioni di ricerca e salvataggio in zone pericolose E’ un’altra dimostrazione delle capacità di innovazione che proviene dall’Italia nell’ambito delle ricerche di bio-robotica.

E’ in grado di muoversi con agilità sulle quattro zampe, anche su terreni accidentati, è per questo che gli ingegneri padri di questo progetto hanno scelto un sistema di attuazione idraulica invece di quello elettrico, in grado di assicurare performance e potenza più elevate, robustezza e un miglior controllo delle zampe. Le zampe, attraverso una rapida modifica del flusso idraulico agli organi di movimento, permettono una modulazione della rigidezza/elasticità dell’arto, ammortizzandone l’impatto con il suolo, senza provocare danni al corpo centrale. Il robot è capace di saltare, di camminare su un percorso roccioso o in un corridoio con pareti inclinate a forma di V, di correre con diverse andature (fino a 2 m/s) e, di adattare la propria andatura in ambienti dinamici.

Un altro robot che non è stato avvistato durante il Darpa Challenge ma che in questi giorni ha attirato l’attenzione è MOTOMAN-MH24. Ovvero il Bushido Project di Yaskawa Electronics Per celebrare i 100 anni di attività l’azienda giapponese ha realizzato quello che a tutti gli effetti può essere definito come un vero e proprio robot samurai. E’ in grado di maneggiare attraverso il proprio braccio metallico una spada con grande precisione, tanto da superare brillantemente le prove a cui è stato sottoposto. Il funzionamento si basa su un complesso sistema formato da sensori, attuatori e algoritmi ed è illustrato nel video di seguito.

Alla realizzazione del progetto ha collaborato Isao Machii, cinque volte campione del mondo nella disciplina iaijutsu: i suoi movimenti sono stati dapprima tracciati nelle tre dimensioni con l’ausilio di un sistema molto simile a quello del motion capture (impiegato ad esempio dalle software house nello sviluppo dei videogame), per poi essere riprodotti dall’unità robotica. Riguardo la tecnologia del motion capture, utile per far imparare al robot i movimenti da eseguire, soltanto “guardando” e imitando il movimento umano, vi ricordo che ne abbiamo parlato nel manifesto della robotica collaborativa.

Anche i robot fanno le…papere

Concludiamo con un po’ di ironia e qualche sorriso, Nel video che segue è stata raccolta una carrellata di robot in azione che non riescono a compiere la missione. Simpaticissimi e finalmente umanissimi nel loro fallimento, alcuni di loro fanno tenerezza!

Conclusioni

Indipendentemente dal fattore legato alla competizione, o al montepremi in palio, Darpa Challenge ha dimostrato quanto siano avanzate le tecnologie oggigiorno disponibili in ambito industriale e robotico. Sono capaci di replicare e talvolta addirittura migliorare l’intervento dell’uomo, anche in contesti impensabili fino a pochi anni fa.

Certo, ci sono ancora lentezza e difficoltà in certe situazioni limite. Alcuni robot si sono dimostrati goffi in certi movimenti. Altri hanno confermato che bisogna lavorare sul fronte dell’autonomia delle batterie. Sicuramente, e sotto certi aspetti è meglio che sia ancora così, l’uomo è sempre al centro di questa nuova rivoluzione robotica.

Resta il fatto che è sbalorditivo assistere ai passi da gigante che l’uomo e i robot, insieme, stanno facendo, per rendere il nostro mondo, un posto migliore, più efficiente e più sicuro.

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