Il sistema vestibile nasce all’interno del progetto AnDy finanziato dalla UE
Nel futuro come faranno i robot e le persone a intendersi per lavorare insieme nel migliore modo possibile? Parlandosi? Guardandosi? La risposta non è semplice e la comunità scientifica, tra cui alcuni gruppi di ricerca in IIT, sta affrontando il problema da diversi punti di vista: osservando le caratteristiche del movimento umano e identificando gli elementi che lo rendono “comunicativo” al di là del linguaggio; costruendo robot in grado di leggere determinati segnali dell’essere umano, come per esempio lo sguardo; oppure sviluppando tecnologie che facilitino lo scambio di informazioni fisiche tra l’uomo e il robot. Quest’ultimo approccio è al centro del progetto di ricerca europeo AnDy coordinato da IIT, dove l’interazione tra un robot e una persona è basata sulla lettura dei parametri muscolo-scheletrici dell’essere umano grazie a un sistema vestibile sensorizzato, la “AnDy suit”. I ricercatori hanno realizzato un primo prototipo della “tuta”, munita di algoritmi che la rendono capace di registrare e misurare la postura del corpo umano, anche durante movimenti rapidi e dinamici, e gli sforzi muscolo-scheletrici che si possono compiere nelle attività lavorative.
“Abbiamo bisogno di definire un nuovo concetto di aiuto durante le attività collaborative tra l’uomo e il robot. L’essere umano, infatti, può aiutare o essere aiutato nello svolgere un compito, mentre viene monitorato e osservato dal robot”, spiega Daniele Pucci, Responsabile del Dynamic Interaction Control Lab dell’IIT, che ha coordinato la ricerca ed è stato recentemente insignito del premio MIT Innovators Under 35 Europe.
Il collegamento “fisico” immediato tra persona e robot permette di affrontare il problema della loro collaborazione in modo diretto: là dove l’uomo compie uno sforzo fisico, la tuta lo registra, invia il segnale al robot e il robot può intervenire. A beneficiarne sarà l’ergonomia del lavoro, con una diminuzione dei rischi di infortunio.
Il primo prototipo della “AnDy suit” è composto da una tuta con 17 sensori commerciali indossabili, abbinati a scarpe sensorizzate progettate, prodotte e calibrate dall’IIT e potenziati da algoritmi scritti dai ricercatori IIT per elaborare i parametri del corpo, quali postura e fatica. Le tecnologie della “tuta AnDy” sono state validate in 3 scenari reali attuali. Nel primo scenario i ricercatori hanno corso su un tapis roulant per testare gli algoritmi dedicati al rilevamento in tempo reale del movimento e al rilevamento delle forze e della pressione; nel secondo ambiente hanno spostato dei carichi all’interno del magazzino dell’IIT analizzando la posizione e gli stress delle articolazioni del corpo; nell’ultimo scenario i ricercatori hanno giocato a calcio all’aperto per mostrare l’applicazione della tuta all’interno di una situazione dinamica.
“Il nostro prossimo passo sarà quello di integrare nella AnDy Suit sensori che riescono a identificare parametri fisici collegabili al livello di stress e allo stato emotivo della persona”, aggiunge Pucci, “come per esempio la temperatura, il numero di battiti cardiaci, la pressione, l’umidità della pelle”.
Gli algoritmi utilizzano le informazioni provenienti dai sensori della tuta per caratterizzare i movimenti umani in meno di un millisecondo. Se da una parte i 17 sensori indossabili forniscono i dati dell’orientamento nello spazio di 23 arti umani, dall’altra gli algoritmi ricostruiscono i 66 angoli che caratterizzano la postura, come per esempio, l’angolo del ginocchio quando viene piegato per camminare o correre, o la velocità con cui le braccia si muovono per creare movimenti rotatori durante una partita di calcio. L’infrastruttura software è in grado di gestire contemporaneamente l’analisi del corpo di più persone, permettendo così di ricostruire la posizione e il movimento di un gruppo all’interno di un ambiente e mentre interagiscono tra loro. Gli algoritmi, inoltre, possono misurare anche gli stress a cui sono sottoposte le articolazioni. Le scarpe sensorizzate, infatti, sono state progettate dai ricercatori dell’IIT proprio per recuperare le forze di interazione scambiate tra l’uomo e l’ambiente. Le scarpe hanno sensori di forza e solette munite di una serie di 280 sensori tattili in grado di recuperare le pressioni di contatto tra il piede e il terreno. Le informazioni provenienti dalle scarpe vengono quindi combinate con le posture del corpo umano per ottenere un’indicazione dello stress articolare umano. In questo modo, i ricercatori possono recuperare, ad esempio, lo sforzo articolare che gli esseri umani sperimentano mentre camminano o per stimare la fatica che un lavoratore sta svolgendo durante le sue attività. Gli algoritmi operano in modo da fare la media, in senso probabilistico, delle informazioni provenienti da tutti i sensori, insieme al peso umano, all’altezza e alla distribuzione di massa. I risultati di questa media probabilistica rappresentano gli stress articolari e i pesi di carico sostenuti.
“Tutte le informazioni provenienti dall’essere umano verranno utilizzate per progettare una nuova generazione di algoritmi da applicare in uno scenario di collaborazione uomo-robot”, conclude Pucci, “inoltre, il nostro obiettivo futuro sarà quello di dare un ritorno aptico, all’operatore che veste la tuta nel caso venga utilizzata per guidare il robot sia in un ambiente virtuale, sia in telepresenza”.
Le diverse tecnologie indossabili sviluppate da IIT potranno essere applicate anche nel campo della riabilitazione e delle protesi, e in tutti quei settori dove è necessario comprendere lo stato del corpo di una persona per aumentarne beneficio e sicurezza.
—-
La ricerca è stata condotta nell’ambito del progetto AnDy, finanziato dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell’Unione europea (grant agreement No. 731540). Il Consorzio del progetto ANDY è composto da: Istituto Italiano di Tecnologia (come coordinatore), INRIA Institut national de recherche en informatique et en automatique (Francia), JSI Institut Jozef Stefan (Slovenia), DLR Deutsches Zentrum fur Luft- und Raumfahrt (Germania), Xsens Technologies BV (Slovenia), IMK Automotive GmbH (Germania), Otto Bock HealthCare GmbH (Germania), AnyBody Technology A/S (Danimarca).
