Inizia una panoramica sui principali problemi,
tecnici e non, della Robotica marina, al fine
di svelarne alcuni segreti e chiarirne le prospettive
di breve/medio termine
pubblicata su "TECNOLOGIE TRASPORTI MARE" nel numero di
gennaio-febbraio del 2000 pp 9-10
per gentile concessione dell'editore e del curatore della rubrica
lo stesso Gianmarco Veruggio
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Sempre più spesso compaiono sulle riviste di divulgazione
scientifica, ma anche su quotidiani e periodici di costume, articoli
aventi come soggetto problematiche robotiche. Il numero delle
tematiche e estremamente ampio.
Si va dalle notizie sulle ultime realizzazioni robotiche spaziali,
industriali o sottomarine ad articoli sull'intelligenza artificiale
inseriti nel più ampio dibattito su cervello, mente e
intelligenza.
Questo é un chiaro segnale di come la Robotica stia
progressivamente entrando a far parte della nostra vita, con i suoi
prodotti, e della nostra cultura, con il suo linguaggio e la sua
visione del mondo. Il rovescio della medaglia e che, a causa della
vastità e complessità della materia e della sua
novità, il livello di conoscenza che se ne ha al di fuori
della cerchia degli specialisti é ancora piuttosto basso e
spesso ciò che si legge non solo non aiuta a capire ma
contribuisce ad aumentare la confusione su cosa sia la Robotica e su
cosa i robot potranno ragionevolmente fare per rendersi utili
all'umanità nei prossimi decenni.
Inoltre la legge dello scoop giornalistico determina spesso il
prevalere di notizie strillate alla ricerca dell'evento eccezionale,
senza troppo curarsi della verosimiglianza di quanto riportato. Ma
non e solo colpa dei giornalisti: I'altrettanto dura legge del
mercato e della competizione per i finanziamenti della ricerca,
genera spesso la sopravvalutazione dei risultati intermedi e la
promessa di imminenti realizzazioni miracolistiche. Parlare di
mistificazione é forse azzardato, ma che cosa pensare di
fronte all'attuale comparire di notizie e reportage su ipotetici
robot in grado di provare emozioni?
Ed allora ecco la necessita di riportare i toni su livelli
più realistici e più consoni ad un ambiente, come
quello marino, dove una tecnologia per affermarsi deve innanzitutto
dimostrare di funzionare e di saper risolvere i problemi quotidiani
del lavoro in mare. Ed i problemi sono molti, da quelli tecnologici,
comuni a tutte le apparecchiature destinate ad operare in
profondità, a quelli robotici legati cioè al tentativo
di costruire macchine intelligenti, capaci di percepire ed agire
nell'ambiente sottomarino che, come vedremo, può a ragione
essere considerato l'ambiente estremo in cui deve operare un
robot.
Un robot e quindi innanzitutto una macchina estremamente complessa
costituita da molti sottosistemi ed apparati dedicati a svolgere
determinate funzioni nell'ambito delle specifiche di missione per cui
e stata progettata. Il primo e più ovvio sottosistema é
il veicolo, cioè la parte naval-meccanica del problema, che
deve essere in grado di navigare con l'efficienza e la precisione di
un mini-sommergibile. Al pari di una nave sara dotato di un sistema
di propulsione, di apparati di navigazione e di sistemi per la
gestione dell'energia, delle comunicazioni e di quant'altro
necessario all'esecuzione della missione, secondo i dettami classici
della automazione di bordo. Ma soprattutto dovra essere dotato di un
sistema di controllo intelligente che gli permetta di operare in modo
autonomo o semi-autonomo, cioe senza la diretta supervisione
dell'operatore umano.
Fase di montaggio dell'elettronica di controllo del
ROV ROMEO nei laboratori CNR-IAN
E' chiaramente questa la parte piu innovativa e complessa del
problema, quella in grado di differenziare un robot da un ROV e
quella alla base del dibattito sull'intelligenza artificiale che ha
contrassegnato gli ultimi cinquant'anni.
Se infatti non e facile definire l'intelligenza biologica,
compenetrati come siamo di problemi morali e religiosi, ancora piu
difficile e replicarla ingegneristicamente in una macchina
computazionale come é in definitiva un qualsiasi sistema di
controllo.
E' per questo che l'approccio top-down, tipico della scuola
dell'lntelligenza Artificiale, volto a simulare le funzioni
più elevate dell'intelligenza umana mediante programmi sempre
piu complessi che girano su calcolatori sempre piu grandi e veloci,
è destinato a sfociare in querelle di stampo filosofico o
linguistico, più adatte alle sale convegni che al ponte di una
nave.
Molto piu pragmatico l'approccio bottom-up che, senza preoccuparsi
di definire cosa sia llintelligenza, cerca di implementare nel
sistema di controllo funzioni autonome di complessità sempre
crescente, secondo uno schema che ricalca in parte quello
dell'evoluzione biologica, dagli organismi piu semplici agli animali
piu evoluti, ed in parte la struttura funzionale di questi,
costituiti da una molteplicita di sistemi interdipendenti (sistema
scheletrico, cardiovascolare, nervoso) a loro volta costituiti da
sottosistemi specializzati (corteccial sistema visivo, vestibolare,
olfattivo, ecc.).
In particolare nello studio dei robot sottomarini e inevitabile
prendere a modello gli animali che si sono evoluti con successo nel
mare (molluschi, pesci, cetacei), che non saranno forse in grado di
competere con l'uomo in una partita a scacchi, ma che sono in grado
di elaborare azioni di notevole complessita finalizzate al successo
di se stessi come individui e della propria specie biologica.
Vediamo allora quali siano i problemi che affronta un robot
in mare e quali le funzioni che deve svolgere e gli apparati di cui
deve essere dotato. Analogamente a quanto avviene per la navigazione
di superficie, tra i problemi da affrontare spicca quello della
conoscenza dell'ambiente e della propria posizione rispetto ad esso.
E' però reso assai più complesso dall'aggiunta della
terza dimensione (la profondità) e dalla ridottissima
propagazione delle onde elettromagnetiche sott'acqua (che riduce la
visibilità e ci priva di radio, radar, GPS). Il risultato
é che non disponiamo di mappe batimetriche sufficientemente
accurate e con una risoluzione idonea ad una navigazione ravvicinata
al fondale e che é estremamente difficile calcolare con
precisione la posi-zione geografica assoluta di un veicolo
sottomarino.
Tutto questo ci conduce a studiare sistemi di percezione e
localizzazione basati sugli ultrasuoni al fine di sviluppare sistemi
di navigazione acustica che permettano al nostro robot di agire con
precisione e sicurezza anche in un ambiente parzialmente sconosciuto
a priori e variabile nel tempo come e tipicamente lo scenario
operativo in cui si svolgera la missione.
Vedremo inoltre come la visione artificiale, che pure non ha
sott'acqua le potenzialita che ha in aria, puo svolgere un ruolo
importante nelle manovre piu delicate in prossimita di strutture
fisse o per identificare animali od oggetti. E' infatti evidente che,
quando l'affidabilita dei singoli sensi é ridotta, un notevole
aiuto puo venire dalle tecniche cosiddette di fusione sensoriale che
confrontando e pesando diversi strumenti calcolano un dato stimato
con affidabilita superiore a quella dei singoli dati di partenza.
Test di funzionamento di braccio elettromeccanico
sottomarino
Questo ci richiama al problema dell'affidabilita e dell'immunita
ai guasti di sistemi cosi complessi, che si affronta sia con la
ridondanza degli apparati che con tecniche di rivelazione dei
guasti.
A gestire sia il robot, visto come impianto, che l'esecuzione
della missione sono demandati ulteriori livelli gerarchici di
supervisione, in grado di gestire la base dati che contiene la
conoscenza del mondo e implementare funzioni avanzate come
apprendimento e pianificazione.
Vi sono poi importanti sottosistemi accessori, destinati a dare al
robot la capacita di interagire con l'ambiente, tra quali spicca per
importanza e per complessita lo svilupo di sistemi di manipolazione
costituiti da braccia robotiche ed altri utensili specializzati.
Da ultimo occorre ricordare il problema della inter faccia
operatore che permette all'uomo di programmare la missione,
interagendo con il robot a vari livelli, dal piu avanzato e simbolico
a quello piu diretto e manuale. utile per esempio in caso di
emergenza.
Appare evidente che un problema non secondario e la progettazione
e lo sviluppo di un sistema di tale complessita.
La soluzione é la modularita, sia hardware che software, di
tutto il sistema, realizzato mediante una architettura di controllo
distriibuita e facendo un uso estensivo di tecniche di
simulazione.
Di volta in volta sceglieremo un problema e ne approfondiremo
l'importanza nel piu generale contesto della Robotica, esaminandone
sia gli aspetti teorici che quelli pratici e vedendone le possibili
soluzioni. Per rendere l'esposizione il piu possibile comprensibile
ci riferiremo, quando possibile, ad esempi pratici, attingendo a
piene mani dall~esperienza sperimentale del Reparto Robotica del
CNR-IAN ed utilizzando il prototipo Romeo come laboratorio didattico
e divulgativo.
