Un compagno robotico

Impianti offshore remoti, miniere polverose, fogne sporche, ambienti realizzati dalle persone per le persone, ma pericoli da utilizzare. La soluzione? Il cane robotico di ANYbotics in grado di eseguire le ispezioni in modo autonomo. Siamo andati a Zurigo per fare visita a uno dei team di robotica più grande in Europa.

Cadere, rialzarsi. Senza sosta. Come metto i piedi? Come applico la forza? Come controllo l'equilibrio? Quando i bambini imparano a camminare, studiano e provano i movimenti per settimane e settimane. Il "bambino" di Péter Fankhauser apprende in un modo simile, sebbene le sue gambe siano formate da molle, sensori e motori. Racconta con orgoglio: “ANYmal ha imparato da solo a salire le scale in un ambiente simulato, al robot sono bastate poche ore. La cosa fantastica è che, a differenza degli umani, migliaia di ANYmals imparano assieme a lui, perché creiamo delle copie virtuali.” A queste copie viene affidato l'obiettivo generale, come ad esempio salire una rampa di scale più velocemente possibile. Poi vengono aggiunti elementi di disturbo come il rumore dei sensori o il vento. I programmi imparano coerentemente a gestire queste situazioni in modo indipendente. “Una volta che il processo di apprendimento simulato ha raggiunto un livello ottimale, trasferiamo il controllo a tutti i robot reali,” dice Fankhauser.

L'ingegnere con dottorato in robotica è seduto in un salotto dai colori vivaci nella sala riunioni e parla alla velocità della luce di questo robot da ispezione, sviluppato assieme agli altri otto membri fondatori di ANYbotics, una spin-off del college ETH di Zurigo. ANYmal è simile a un cane e può spostarsi in modo autonomo, ossia senza il controllo umano o via wi-fi, in ambienti difficili senza la presenza di persone. Ciò che colpisce veramente è che l'ambiente non deve essere stato appositamente progettato per adattarsi ai robot come avviene nelle fabbriche o nei magazzini di grandi dimensioni. No: l'aiutante a quattro zampe riesce a trovare la strada, soprattutto negli ambienti realizzati per gli umani. Fankhauser mostra i video di YouTube dove è possibile vedere la macchina che sale e scende ripide scale in acciaio o passeggia nella foresta superando radici o sentieri di pietrisco. Sta in equilibrio su sottili travi di acciaio, striscia sotto i treni e si fa strada in sicurezza tra spesse bobine di cavi a terra. ANYmal può facilmente passare a guado l'acqua, sopravvivere a una tempesta di sabbia e non scivola nemmeno su un manto di neve. Lo vediamo persino correre avanti e indietro per consegnare in fretta porta a porta i coniglietti di cioccolata a Pasqua. Queste situazioni richiedono la massima concentrazione anche per gli umani.

Il robot che sorride

Come ci riesce? La programmazione è particolarmente difficile? “No, è relativamente semplice,” ci assicura il nostro specialista. Scopriamo di più durante un tour a Zurigo. Il complesso di ANYbotics ospita non solo uffici e sale conferenze ma anche il centro per i test e gli stabilimenti di produzione dell'azienda. Entrando si nota che c'è qualcosa nell'aria: forse è il brivido che si avverte quando si fanno progressi. L'eccitazione del cambiamento imminente quando si è di fronte a un'innovazione, come se si facesse parte di qualcosa di grande. Le persone in jeans e maniche corte salutano con entusiasmo in inglese. Qui sono rappresentate 21 nazioni con 25 dipendenti in più rispetto a un anno fa. Sono appena stati affittati nuovi spazi e di recente ANYbotics ha raccolto 20 milioni di franchi svizzeri dagli investitori. Il denaro verrà utilizzato per commercializzare l'ultimo modello di ANYmal, la versione D. Questo comporterà un cambiamento strutturale: attualmente un piccolo team interno produce circa un robot alla settimana. Dal 2022, l'aiutante per le ispezioni verrà prodotto in maggiori quantitativi su una linea di assemblaggio da un partner in Svizzera.

Nonostante il boom, ANYbotics è rimasta con i piedi per terra. Lo spirito da start-up è ancora presente. Nell'ufficio open space, sono appese lavagne con formule e grafici complicati ma di tanto in tanto compare un personaggio manga come se fosse scappato da un fumetto. Animaletti di peluche penzolano dalle lampade sulle scrivanie. Nella cucina è esposta l'opera d'arte che ha vinto l'ultima competizione tra i vari team, piccoli dipinti a olio incorniciati: ANYmal che penzola dalla schiena di un unicorno, ANYmal che striscia nel mare, ANYmal che fluttua nello spazio. Accanto a destra, grandi continenti occupano la parete, coperti con le foto dei clienti da tutto il mondo. In mezzo a tutto questo troviamo il robot dall'aspetto amichevole che corre, si siede, aspetta. “Anche con il prototipo C eravamo preoccupati non solo della funzione del robot ma anche delle emozioni suscitate dal suo aspetto. Abbiamo posizionato gli occhi in modo da conferirgli un aspetto cordiale, in realtà non sono occhi ma ventole di raffreddamento del robot. La fotocamera di profondità è la bocca. Un piccolo smusso lo fa sembrare un labbro che sorride. Si tratta di piccoli dettagli che aiutano a evocare associazioni positive,” dice Fankhauser. L'ultimo modello ha un muso completamente diverso perché ANYmal D doveva avere una struttura più robusta per l'uso industriale. Tuttavia, il modello successivo ha un aspetto più dolce. «Volevamo creare un collega robotico cordiale, affidabile e utile che ci aiutasse. Dopo tutto, è destinato a integrare la forza lavoro umana. E quindi deve dare quest'impressione: sono qui per aiutarti. Per inciso: questo esclude le operazioni militari e le missioni di polizia.”

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Vede, annusa, sente e richiama

Il lavoro di ispezione di routine è particolarmente adatto all'automazione con ANYmal. Il CEO ANYbotics CEO scorre i numeri per dimostrare che si ripaga velocemente: “Ogni giorno perso per le riparazioni costa diverse centinaia di migliaia di franchi ai gestori degli impianti industriali. Le macchine devono funzionare con il minor numero di problemi possibile.” Attualmente sono principalmente le persone che effettuano i giri di ispezione. “Tutto questo funziona - se conoscono l'impianto e hanno esperienza. Ma ci vuole molto tempo e denaro e, a volte, è molto pericoloso.” Sugli impianti offshore, nelle fogne o nelle miniere le persone sono esposte ad alta pressione, elettricità, gas pericolosi, sostanze tossiche, polvere e sporco. Quindi se una persona desidera ispezionare le strutture, a volte è necessario spegnerle prima e questo ha un costo. Poi c'è il problema delle spese di trasporto. “Il personale specializzato deve essere trasportato fino all'impianto ma ogni viaggio in elicottero può facilmente costare più di 30 mila CHF.” Scuotendo la testa, Fankhauser aggiunge, “A volte è necessario un volo fino alla piattaforma di trivellazione solo per premere un singolo interruttore.” Nel settore offshore, quindi, ANYmal si ripaga in poche settimane.

Ovviamente è anche possibile dotare gli impianti di sensori per il rilevamento di anomalie di funzionamento. Tuttavia, questo è troppo complesso e costa molti soldi. “Ogni sensore misura inoltre solo una piccola parte dell'intero impianto e deve essere sostituito nel corso del tempo,” osserva Fankhauser. Il robot, al contrario, ha il vantaggio di essere progettato per un periodo relativamente lungo, ossia tre anni di funzionamento continuo, e può eseguire molti compiti contemporaneamente. Il cane robotico è sufficientemente forte da trasportare carichi. Con telecamere e rilevatori, vede, annusa, sente e “richiama” avvertimenti: legge e trasferisce i dati dai dispositivi di misurazione. Riprende immagini termiche ed esegue misurazioni acustiche. Nota e segnala fughe di gas o se il ronzio di una macchina o le vibrazioni di una pompa improvvisamente hanno un suono diverso.

Motori potenti, tempi di apprendimento rapidi

Come riesce questo dispositivo a spostarsi in modo così sicuro su terreni difficili? Come impara ad orientarsi? Fankhauser dice:“Una possibilità consiste nel portare ANYmal con voi sul posto e mostrargli cosa deve fare, come con un nuovo dipendente. Accompagniamo il robot con un joystick mentre cammina lungo il percorso creando una mappa 3D. Un giro di ispezione di un'ora di un impianto richiede normalmente mezza giornata per l'apprendimento.” In alternativa il robot ha l'opzione ancora più semplice dell'apprendimento virtuale, che è possibile se è già disponibile un modello digitale dell'impianto.

L'orientamento si ottiene con sensori mentre per la camminata vengono utilizzati motori elettrici appositamente sviluppati per il robot. “Ci siamo resi conto che avevamo bisogno di azionamenti leggeri ma potenti. Per questo abbiamo avviato la collaborazione con maxon. Le nostre due aziende sono vicine, sia per quanto riguarda la cultura aziendale, che la posizione geografica.” Ciascuno dei quattro arti dell'animale robotico contiene tre azionamenti, ciò significa che in totale nell'ANYmal sono installati dodici azionamenti. Generano il movimento di deambulazione inclinando le gambe all'esterno o indietro e piegando le ginocchia. “Il controllo della forza durante la deambulazione su varie superfici è molto importante. Durante la corsa è necessario assorbire l'energia da impatto. Per questo abbiamo lavorato con maxon allo sviluppo di un sistema con molle che in grado di imitare muscoli e tendini.”

Soluzioni e sfide complicate

Nel centro per test di ANYbotics, la pila di cartoni della pizza che arriva quasi al soffitto è prova delle lunghe giornate e delle notti insonni. Qui sedie, tavoli e computer sono raggruppati a formare una sorta di arena per gli spettatori dove i dati vengono raccolti e analizzati. Sul palco, il robot da cinquanta chilogrammi sale e scende le scale superando ostacoli come mattoni. Mantenere una distanza di sicurezza dalla macchina è obbligatorio per tutti i dipendenti. La certificazione della sicurezza è un aspetto che richiede all'azienda molto tempo ed energie. “Ma ora è fatta. Abbiamo lavorato con laboratori specializzati esterni per implementare una strategia per la sicurezza elettrica e meccanica.” La formazione dei clienti sulle misure di sicurezza aiuta inoltre a ridurre al minimo i rischi.

Dopo 90 minuti, ANYmal esaurisce le energie. Se ne accorge da solo, ritorna alla sua docking station e si siede come una gallina su un uovo. Fankhauser spiega: “Su YouTube potete vedere i video di questo fantastico robot che sale le scale come un cane. Ma questa è solo una piccola parte della soluzione.” Il CEO indica gli schermi accesi dei computer. “Deve essere chiaro il modo in cui i dati dell'ispezione raggiungeranno il cliente. Offriamo una soluzione di ispezione end-to-end. Il software viene fornito con una licenza annuale che comprende gli aggiornamenti del software e l'assistenza tecnica.”

Alcune sfide impegnative devono ancora essere risolte: cosa succede se qualcuno chiude una porta? ANYmal rimarrebbe bloccato davanti ad essa. Inoltre non riesce ancora a rilevare ruggine o crepe in modo affidabile e dovrebbe essere veramente in grado di eseguire subito interventi di manutenzione pericolosida solo. Per questo il team a Zurigo sta ora conducendo degli esperimenti con i bracci con organi di presa. Una cosa è certa: questo robot dall'aspetto amichevole continuerà a imparare e la pila di cartoni della pizza continuerà a crescere.