Alcuni ricercatori della Georgia Tech hanno sviluppato un algoritmo per aiutare i robot umanoidi a cadere a terra senza rompersi.
di Will Knight
Durante un’importante competizione per robot che si è tenuta a giugno, diversi robot da diversi milioni di dollari hanno faticato a eseguire persino le più semplici operazioni, come salire lungo una scala; alcuni sono persino inciampati con un apparente tempismo comico. Alcune di queste divertenti cadute hanno però provocato ingenti danni agli strumenti, ai motori e ad altre componenti dei robot.
Per la fortuna di questi robot maldestri, i ricercatori stanno esplorando soluzioni per permettere loro di cadere con maggiore grazia e in sicurezza. Con il crescente numero di applicazioni che vedono i robot operare in ambienti complessi, e la sperimentazione con macchine che si muovono su gambe invece che su ruote, questo lavoro sarà sempre più importante.
I ricercatori della Georgia Tech si sono ispirati al modo in cui le persone reagiscono buttando in avanti una gamba o un braccio mentre cadono. “Quando cadiamo, cerchiamo istintivamente di ammortizzare la caduta”, spiega Karen Liu, una professoressa di scienza informatica della Georgia Tech che ha condotto il lavoro assieme al suo studente laureato Sehoon Ha, che ora lavora presso il Disney Research di Pittsburgh. “Ed ogni volta che entriamo in contatto con il suolo, parte di quella energia viene dissipata”.
Liu e Ha hanno escogitato un algoritmo che permette a un robot di elaborare il modo migliore per contorcere il proprio corpo in modo da colpire il terreno con meno forza. L’algoritmo calcola come creare un numero di punti di contatto con il suolo al fine di disperdere la forza della caduta.
Durante una conferenza che si è tenuta in Germania il mese scorso, il team della Georgia Tech ha descritto i test condotti con un robot umanoide denominato BioloidGP, e le simulazioni con un robot più grande di nome Atlas. Il secondo robot è stato sviluppato da una società di nome Boston Dynamics, specializzata nello sviluppo di macchine su gambe ed oggi di proprietà di Google. Diversi team coinvolti nell’evento di giugno hanno utilizzato robot Atlas. Al DARPA Robotics Challenge, http://www.theroboticschallenge.org robot operati a distanza si sono sfidati per eseguire una serie di operazioni fra cui la guida di un cart da golf, l’apertura di una serie di porte e l’utilizzo di un trapano elettrico.
L’evento della DARPA era pensato principalmente per simulare i problemi in cui un robot si imbatterebbe operando in una centrale nucleare evacuata, ma ha anche evidenziato le rimanenti sfide che dovranno superare prima di poter lavorare in un qualunque ambiente umano (vedi “Why Robots—and Humans—Struggled with DARPA’s Challenge”).
Matt DeDonato, che all’evento DARPA ha guidato un team per il Worchester Polytechnic Institute, racconta che la maggior parte dei partecipanti era più concentrata sul mantenere il proprio robot in piedi piuttosto che su come farlo cadere nel migliore dei modi, specialmente perché ogni singola caduta comportava una pesante penalità di tempo. Per minimizzare i danni, il robot Atlas operato dal suo team, in collaborazione con i ricercatori del CMU, spegnevano i suoi attuatori per farlo accasciare prima di cadere. DeDonato, il cui team è riuscito a far rimanere in piedi il robot durante l’intero percorso della competizione, spiega che il problema deve ancora essere affrontato adeguatamente. “Può capitare di cadere di tanto in tanto”, ha detto.
Marc Railbert, fondatore della Boston Dynamics, che è oggi parte di Google, e pioniere della robotica su gambe, dice che il suo team ha cominciato a pensare a come proteggere un robot in caduta mentre sviluppava una macchina a quattro gambe di nome BigDog. La prima ipotesi era quella di far irrigidire gli arti non appena rilevata una caduta. “Questo faceva sì che gli arti agissero come delle lunghe leve con le quali applicare grandi forze sulle articolazioni”, dice. “Abbiamo addirittura perso alcune gambe dai robot, per cui abbiamo riprogrammato BigDog perché rilassasse i suoi arti durante una caduta. Tutti i robot che costruiamo adesso fanno qualcosa di simile quando rilevano di aver perso l’equilibrio”.
Lui dice che il suo gruppo è anche interessato allo sviluppo di soluzioni per evitare che i robot in caduta feriscano delle persone. Questo potrebbe essere fatto lavorando sull’equilibrio dei robot in maniera da scongiurare la possibilità che cadano su una persona, dice.
L’approccio sviluppato finora si limita, però, alle capacità dei sensori ed alla potenza di calcolo della maggior parte dei robot. Per i loro esperimenti, i ricercatori della Georgia Tech hanno utilizzato un accelerometro nella testa del robot assieme a delle videocamere esterne per il rilevamento dei movimento. Liu descrive come la complessità nel calcolo del miglior modo per cadere spiega perché così tanti animali, umani inclusi, presentano sistemi nervosi che reagiscono automaticamente.
“È per questo che abbiamo i riflessi”, dice. “Stiamo pensando di costruire qualcosa come un sistema nervoso per robot”.
