Sono numerose le tecnologie che, nel momento della loro introduzione, sono state percepite come minacciose, innaturali, dannose e, a volte, persino pericolose. Con il trascorrere del tempo, tali tecnologie diventano poi di uso comune ed entrano a far parte della quotidianità delle persone: tra gli esempi storici si possono annoverare le automobili, gli aeroplani e i telefoni mobili.
I robot ne sono un ulteriore esempio. Utilizzati in precedenza solo in aree ristrette e sorvegliate per motivi di sicurezza, i robot sono diventati una presenza comune negli ambienti in cui le persone vivono e lavorano. Le persone sono oramai abituate alla presenza dei robot domestici, come aspirapolvere e tosaerba, lavorano in sintonia con i robot industriali nelle aree di assemblaggio e confezionamento e coesistono senza problemi di sorta con i veicoli a guida autonoma nelle fabbriche, nelle fattorie e lungo le strade.
I robot a casa e al lavoro
All’interno e all’esterno delle abitazioni, i robot svolgono una pluralità di mansioni e rappresentano un valido ausilio per gli stili di vita frenetici che contraddistinguono la società odierna. All’esterno delle abitazioni possono aiutare a tenere in ordine aree che altrimenti potrebbero essere trascurate, mentre all’interno delle mura domestiche, robot come, ad esempio, gli aspirapolvere, possono contribuire a rendere l’ambiente più sano e pulito, migliorando l’igiene e riducendo i livelli di polvere e gli insetti indesiderati associati. Esistono opportunità per un ulteriore sviluppo di nuovi tipi di robot per l’assistenza domestica.
Nel settore industriale, dove la produttività riveste un’importanza fondamentale, i robot assicurano una velocità operativa e una ripetibilità migliori rispetto agli operatori umani. Grazie ai robot collaborativi (cobot) è possibile compendiare in maniera ottimale i punti di forza dei robot, ovvero capacità di sollevare carichi pesanti, resistenza e precisione, con le migliori doti degli esseri umani, come, ad esempio, la destrezza e la capacità di prendere decisioni.
Mentre la completa automazione di una sequenza di operazioni può richiedere una programmazione complessa o il ricorso a un costoso accessorio di presa o manipolazione personalizzato, la combinazione di un robot e di un operatore umano può dar vita a una soluzione soddisfacente in modo più rapido ed economico. Oltre a ciò, entrambi possono essere riassegnati ad altri processi senza problemi e a costi contenuti nel momento in cui in fabbrica viene richiesto l’apporto di modifiche.
Superare il divario
Non più concettualmente confinati in aree ristrette, i robot stanno facendo la loro comparsa in ambienti non strutturati assumendo una crescente varietà di ruoli, complice anche una maggiore accettazione culturale. Grazie a libri, programmi televisivi e film, le persone iniziano a prendere sempre più confidenza con l’idea di vivere accanto ai robot. Inoltre, poiché un numero crescente di famiglie si avvale dell’aiuto dei robot domestici, i vantaggi che essi possono offrire sono sempre più apprezzati e richiesti.
I proprietari di aziende, dal canto loro, puntano sui vantaggi economici legati all’uso dei robot, ora disponibili in gamme sempre più diversificate, che includono robot e cobot di piccole dimensioni e persino da tavolo. Questi possono soddisfare le esigenze e rientrare nei budget di aziende impegnate in attività come la produzione elettronica o i lavori di assemblaggio leggeri, la produzione alimentare e tessile e la logistica.
In altre parole, i robot non sono più percepiti solamente come apparecchiature pesanti e ingombranti destinati alle grandi aziende che dispongono di stabilimenti di ampie dimensioni. Sebbene robot del tipo appena menzionato continuino a essere utilizzati, il panorama applicativo è divenuto sempre più diversificato e ricco di sfumature.
Tecnologie che supportano la trasformazione
D’altra parte, vi sono importanti evoluzioni a livello tecnologico che hanno reso possibile una tale trasformazione. Tra i numerosi esempi si possono menzionare i più recenti sensori di movimento, di prossimità e tattili, senza dimenticare l’imaging (elaborazione delle immagini) 3D, la visione artificiale, i radar e i lidar che consentono l’analisi delle scene e il riconoscimento di oggetti.
Inoltre, è relativamente semplice aggiungere la consapevolezza della posizione geografica, mentre sono ampiamente disponibili blocchi IP per il controllo accurato dei motori e dispositivi a semiconduttori di potenza robusti ed efficienti a supporto della mobilità.
Tutti questi elementi sono necessari non solo per il funzionamento dei robot in ambienti non strutturati, ma anche per trasformarli in entità mobili e collaborative, assicurando nel contempo la sicurezza delle persone che si trovano nelle loro vicinanze. La disponibilità di robot in un fattore di forma compatto e a prezzi competitivi è un altro fattore da tenere nella dovuta considerazione.
Sensori MEMS industriali
Spesso, i progettisti ricorrono a sensori MEMS (Micro Electro Mechanical System) per integrare la funzionalità di consapevolezza del contesto nei robot progettati per operare in prossimità delle persone. I sensori MEMS sono realizzati a partire da wafer di silicio utilizzando processi strettamente correlati a quelli impiegati per la fabbricazione di chip. Le vendite di sensori MEMS sono cresciute rapidamente grazie alla loro diffusa adozione negli smartphone, dove vengono utilizzati per molteplici scopi, tra cui il controllo dell’interfaccia utente, il tracciamento delle attività e la navigazione in ambienti chiusi.
I sensori a montaggio superficiale miniaturizzati come giroscopi, magnetometri e accelerometri MEMS a 3 assi sono dotati di circuiti per il condizionamento dei segnali e sono disponibili in versioni per applicazioni industriali (che spesso prevedono programmi di fornitura per periodi di tempo prolungati) capaci di assicurare un elevato livello di precisione. La gamma di prodotti MEMS dei vari fornitori prevedono anche dispositivi come le bussole elettroniche che includono un accelerometro e un magnetometro, utilizzate per i servizi basati sulla localizzazione e la navigazione, e unità di misura inerziali (IMU – Inertial Measurement Unit), come, ad esempio, il modulo IMU/AHRS a 9 assi FSM30 di CEVA, che abbina un accelerometro a 3 assi, un giroscopio a 3 assi e un magnetometro a 3 assi (Figura 1).
Figura 1: FSM30 è un modulo IMU/AHRS a 9 assi sviluppato da CEVA. (Fonte: Mouser Electronics)
Radar precisi e convenienti
L’integrazione di SoC (System-on-Chip) avanzati ha permesso la realizzazione di sensori radar a onde millimetriche miniaturizzati da utilizzare in applicazioni per le quali il costo rappresenta un fattore critico. Questi sensori hanno avuto un impatto radicale sul settore automotive, consentendo la diffusione su larga scala dei sistemi ADAS (Advanced Driver Assistance System). Capaci di assicurare un rilevamento accurato di oggetti, velocità e distanza, essi risultano particolarmente adatti per le applicazioni di robotica quali i veicoli industriali a guida autonoma (AGV) e i robot aerei o droni.
Funzioni di visione per la sicurezza
Per aiutare i robot a muoversi in sicurezza in ambienti non strutturati è possibile utilizzare varie tecnologie di rilevamento visivo. Un esempio è rappresentato dai sensori che utilizzano il principio del tempo di volo (ToF – Time-of-Flight), i quali emettono segnali a infrarossi e analizzano le onde di ritorno per generare un campo visivo (FOV – Field of View). Sensori ToF come il dispositivo VL53L7CX di STMicroelectronics (Figura 2) possono essere integrati per svolgere diversi compiti, come la misura della distanza di molteplici oggetti in più zone e la mappatura della scena in 3D mediante tecniche a nuvole di punti). Utilizzando parecchi sensori multizona di questo tipo per ottenere un ampio campo visivo, i robot domestici possono seguire le pareti, evitare gli ostacoli, mappare una stanza, gestire eventuali situazioni rischiose (presenza di scale o cornicioni) e collegarsi con elevata precisione per effettuare la ricarica nell’intervallo tra un’operazione e la successiva.
Figura 2: Il sensore ToF VL53L7CX di STMicroelectronics per misure di distanza multizona. (Fonte: Mouser Electronics)
Grazie alla disponibilità di tecnologie di localizzazione accurate e di sensori lidar, i progettisti di robot possono valutare e combinare diversi approcci per il posizionamento e la guida atti a garantire che i loro robot non rappresentino un pericolo per le persone, evitando al contempo il rischio di collisioni con altri veicoli.
Considerazioni conclusive
Con l’integrazione di sensori di prossimità, movimento e posizionamento che ha consentito ai robot di acquisire la consapevolezza della loro posizione, essi risultano sempre più “avvicinabili” sia in senso letterale sia dal punto di vista concettuale. In grado di assicurare numerosi vantaggi quali bassi consumi, grazie all’evoluzione tecnologica, e costi ridotti, in parte ascrivibili alle economie di scala, questi sensori contribuiscono a rendere più piacevoli gli ambienti domestici e più produttive le attività industriali, garantendo in ogni caso la sicurezza delle persone.
di Mark Patrick, Mouser Electronics
