Intervista a Manuel Catalano, coordinatore della linea di ricerca NuBots – Physical AI Technologies for Human-Robot CoEvolution di IIT
Robot più morbidi per migliorare la vita delle persone. Dalle protesi che imitano il movimento naturale di mani e piedi ai robot umanoidi impiegati negli ospedali, fino alle macchine intelligenti per l’industria, l’agricoltura e il riciclo dei materiali più difficili da trattare: la soft robotics ha aperto nuove prospettive nella collaborazione tra uomo e strumenti tecnologici. Manuel Catalano, ingegnere e responsabile scientifico dell’unità NuBots dell’IIT, racconta come tutto parta dall’ispirarsi al corpo umano, cambiando il modo di progettare i robot per renderli più sicuri, accettabili e capaci di aiutarci nel lavoro e nella vita quotidiana.
Quando pensiamo a un robot, raramente ci figuriamo qualcosa di soffice: l’immaginazione ci porta piuttosto verso superfici lucide e fredde, arti rigidi, snodi meccanici. D’altra parte, siamo abituati a collegare la robotica alle scienze “hard”, come fisica o informatica.
Sgomberiamo il campo e ripartiamo da capo: qui si parla di soft. Per l’esattezza, di soft robotics.
Ne abbiamo parlato con Manuel Catalano, ingegnere meccanico e dottorato di ricerca in robotica e bioingegneria all’Università di Pisa, oggi responsabile scientifico dell’unità di ricerca NuBots dell’IIT. E abbiamo scoperto che al cuore del suo lavoro c’è una passione: rendere i robot morbidi, in modo che possano interagire con noi uomini con maggiore sicurezza, efficacia… e anche piacevolezza.
Catalano ha applicato questa ricerca principalmente a due campi: la realizzazione di protesi e quella di robot. E spiega subito da dove inizia tutto: «Si tratta di osservare la natura, capirla, e tradurne i fondamenti in tecnologia. Il corpo umano non è un corpo rigido. Noi siamo fatti da muscoli e da tendini che sono elastici, quindi soft. Caratteristiche che usiamo in tutte le interazioni che abbiamo, quotidianamente. Per realizzare qualcosa che deve interagire con il corpo umano è basilare tenerne conto».
Partiamo dalle protesi: già nella sua tesi di dottorato all’Università di Pisa si è occupato di soft hand, una protesi di mano morbida. Che novità offre rispetto alle protesi più comuni?
«Mi sono occupato fin dall’inizio della mia attività di ricerca di sviluppare tecnologie robotiche che trovano un’applicazione sia sull’uomo, come protesi, sia con l’uomo, attraverso la robotica di servizio, industriale e lavorativa. Il mio tema, insomma, è sviluppare tecnologie in grado di essere integrate nella vita dell’uomo. La Pisa/IIT SoftHand nasce da quello che è il concetto di fondo della soft robotics: osservare attentamente la natura e cercare di tradurre i suoi meccanismi in tecnologie. Pensiamo per esempio alla differente cedevolezza dei muscoli, alla capacità di muscoli e tendini di eseguire atti sia energici sia delicati, di come i nostri arti sono in grado di circondare e avvolgere diversamente gli oggetti: la mia ricerca punta a realizzare tecnologie in grado di riprodurre queste caratteristiche.
La Pisa/IIT SoftHand – che tra l’altro abbiamo rilasciato in open source, in modo da mettere la tecnologia a disposizione di tutti – è una protesi di mano che prevede un numero di articolazioni simile a quello di cui è dotata la mano umana, ed è dotata di sistemi che sono in grado di adattarsi alle forme che incontrano e grazie a questo diventano capaci di eseguire movimenti molto naturali».
Lavorate anche sui materiali?
«Sì, anche i materiali con cui la Pisa/IIT SoftHand è formata sono diversificati e quando necessario diversi rispetto a quelli della robotica tradizionale: oltre a parti in plastica e in alluminio ne abbiamo realizzate in gomma (naturale e vulcanizzata), ad esempio, per introdurre nelle articolazioni della mano l’elasticità del sistema muscolare umano, o per offrire sensazioni più naturali anche al tatto, utilizzandola come una pelle artificiale. L’importante è che, traducendo in un sistema artificiale caratteristiche il più simili possibile a quelle del corpo umano, si ottiene qualcosa che viene usato con più naturalezza e anche accettato maggiormente dall’utente».
Avete lavorato con lo stesso sistema anche a una protesi di piede?
«Sì, gli stessi principi sono stati applicati alla realizzazione del Soft Foot: la nostra ricerca ha portato a creare piedi artificiali dotati di suole adattive, esattamente come è adattiva la suola del piede umano. Le protesi comuni oggi normalmente sono piatte o a forma di balestra, ma sostanzialmente rigide. Mentre il piede umano in natura è fatto in modo da essere capace di adattarsi alla forma degli oggetti, anche sul terreno: quando c’è un ostacolo, il nostro piede in una certa misura vi si avvolge, dandoci maggiore stabilità. Aver riprodotto queste caratteristiche in un sistema robotico ci ha permesso di ottenere soluzioni protesiche non rigide, ma in grado di flettersi, più simili al piede naturale. E questo consente all’utilizzatore comportamenti più vicini a quelli naturali.
Prendiamo un esempio solo apparentemente banale: per chinarsi ad allacciare una scarpa, è necessario flettere il piede opposto; con la nostra protesi questo diventa possibile. Poter attuare comportamenti più naturali grazie a una protesi significa reintegrare a tutto tondo le funzioni perse a causa della perdita dell’arto».
E per quanto riguarda la realizzazione di robot?
«L’aspetto interessante da questo punto di vista è che studiando come realizzare protesi impariamo anche come dotare i robot di sistemi simili a quelli umani e viceversa, studiando sistemi per rendere più simili agli umani i robot poi possiamo applicarli alle protesi… per esempio le Pisa/IIT SoftHand sono utilizzate su un robot umanoide che si chiama Alter Ego, nato dalla collaborazione tra l’Istituto Italiano di Tecnologia e il Centro di Ricerca Piaggio dell’Università di Pisa. I bracci sono progettati utilizzando attuatori a rigidità variabile, che riproducono l’elasticità e l’adattabilità naturale dei muscoli umani. Ovviamente, si vede benissimo che non è un uomo, però grazie alla maggiore somiglianza con il corpo umano restituisce sensazioni e un senso di comfort che può rassicurare e quindi rendere più propensi a lavorare con lui».
È già utilizzato nella pratica?
«Attualmente, Alter Ego è impiegato in due diversi progetti sperimentali: in uno affianca il personale sanitario all’ospedale IRCCS Maugeri di Milano, nel reparto SLA; nell’altro svolge funzioni di guida turistica al tempio di Adriano, a Roma, in collaborazione con Ia Camera di commercio della stessa città.
In particolare al Maugeri abbiamo realizzato uno studio per capire come introdurre questo tipo di sistemi umanoidi possa essere utile sia ai pazienti, ovviamente il fine ultimo di tutta l’attività, sia a chi lavora con i pazienti: gli operatori sanitari, gli infermieri, i fisioterapisti, i medici… con tutte queste diverse professionalità abbiamo cercato di capire in quali attività giornaliere Alter Ego poteva essere utile. Non bisogna ragionare in termini di sostituire l’uomo, ma di come l’uomo grazie a queste tecnologie può trasformare il proprio lavoro, rendendolo più confortevole.
Alter Ego può svolgere funzioni che richiedono molto tempo, ma non hanno stretta necessità della presenza di un operatore umano: per esempio passare oggetti di uso quotidiano o somministrare ai pazienti i questionari di routine. È in grado di funzionare sia autonomamente, come robot, sia in modalità teleguidata, come avatar, riproducendo i movimenti dell’operatore grazie a un sistema di realtà virtuale che cattura il movimento, consentendo di utilizzare a distanza un corpo, il che avviene tanto più facilmente se ha caratteristiche il più possibile simili a quelle umane. Per esempio come avatar potrebbe essere utilizzato anche a casa del paziente».
E che cosa ne pensano i pazienti?
«La cosa interessante, in questa sperimentazione, è che è emerso come anche i pazienti l’abbiano trovato utile: per esempio per farsi passare un oggetto, pensiamo a una bottiglietta d’acqua, senza dover ricorrere ogni volta a un infermiere».
Avete studiato l’utilizzo di robot umanoidi anche in altri contesti lavorativi?
«Sì, stiamo studiando l’inserimento di robot nei diversi contesti lavorativi, ad esempio anche in collaborazione con aziende del settore manifatturiero: all’IIT coordino il laboratorio JOiiNT LAB, di Bergamo, un laboratorio cofinanziato dal sistema di imprese INTELLIMECH. Qui studiamo come introdurre la robotica nei processi produttivi o nei prodotti di queste aziende: si tratta di immaginare come potrà essere la fabbrica se questi robot saranno al suo interno, come convivono e lavorano con le persone, come possono migliorare un processo produttivo, quali sono gli spazi dove introdurre queste tecnologie.
È in questo contesto che abbiamo progettato Frasky, un robot di cui abbiamo esplorato l’utilizzo anche nei vigneti: la sua particolarità è che può essere utilizzato durante tutto il ciclo di produzione dell’uva, non solo per la raccolta. Grazie all’integrazione con l’intelligenza artificiale è in grado di monitorare le vigne, irrorare, innaffiare, operando a livello di precisione del singolo grappolo. Oggi è importante avere strumenti di questo tipo, che si incaricano delle attività più ripetitive e faticose, a basso valore aggiunto: è uno dei nuovi temi del lavoro in Italia e nel mondo, e questo vale per le vigne quanto per le industrie».
Recentemente state applicando la vostra esperienza sulla flessibilità anche a tutt’altro genere di problemi
«Sì, attualmente coordino il progetto FlexCycle, finanziato dalla Comunità Europea per circa 8 milioni, che coinvolge tanti partner in tutta Europa, sia industriali sia no. L’obiettivo è trovare nuove tecnologie per il riciclo di materiali soft, che costituiscono una grande parte dei rifiuti e oggi non sono riciclati in modo efficiente, anzi spesso sono inceneriti. Parliamo per esempio di tessuti, vestiti… difficili da riciclare a causa di bottoni, zip, altri accessori da separare, un’operazione molto time consuming, che richiede molto lavoro. Oppure pensiamo ai chilometri di cavi elettrici che risultano quando si ristrutturano i grandi edifici… maneggiare questo tipo di materiale è difficilissimo, davvero una nuova sfida della robotica. Utilizziamo tutta la nostra esperienza sulla flessibilità, utile sia per capire sempre meglio come si comporta questo materiale, sia per realizzare gli strumenti più adatti a maneggiarlo per avviarlo al riciclo. È un progetto che è partito da poco, un campo nuovo e aperto a molti sviluppi».
