Quattro laboratori in uno per la ricerca multidisciplinare

Il 18 febbraio è stata ufficialmente presentata la nuova sede di quattro laboratori di ricerca di robotica e veicoli smart del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politecnico di Milano. Uno spazio unico in cui possono intersecarsi le competenze dei ricercatori dei quattro laboratori, mOve, Airlab, Merlin e Nearlab, così da creare nuove sinergie che porteranno alla nascita di tecnologie innovative nel campo della robotica avanzata.

di Rossana Pasian

Il Politecnico di Milano ha messo a disposizione uno spazio di 500 mq in cui ha riunito quattro suoi laboratori, già esistenti e attivi: i tre Leonardo Robotics Labs (AIRLab, MERLIN e NearLab) e il laboratorio mOve, i quali si occupano di robotica, controllo automobilistico e veicoli smart. L’idea è nata, e fortemente voluta, dal DEIB (Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria) affinché queste quattro realtà, diverse ma allo stesso tempo con competenze che si intersecano, possano portare avanti la ricerca in maniera multidisciplinare. Il 18 febbraio, presso l’Aula Magna del Rettorato, è stato presentato il nuovo spazio allestito per ospitare i quattro laboratori, situati presso l’edificio storico “Carlo Erba” del Campus Leonardo di Città Studi. La Prorettrice Vicaria Donatella Sciuto ha aperto la mattinata, ringraziando i Direttori del Dipartimento Gianantonio Magnani e Stefano Tubaro per il lavoro svolto sul questo progetto di “aggregazione” dei laboratori. Questi hanno poi preso la parola, raccontando il senso del progetto e la sua evoluzione. Stefano Tubaro ha detto che “i ricercatori, in un ambiente unificato, possono trovare uno spazio ideale per lo sviluppo dei loro progetti. Inoltre, ha continuato, il fatto che i laboratori si trovino in un luogo unico non solo aiuta il lavoro in sinergia, ma crea terreno fertile per l’intrecciarsi di collaborazioni esterne e interne”. “Con la nascita del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria, nasce anche l’idea di questo spazio unificato”, ha raccontato Gianantonio Magnani. “Con il passaggio da facoltà a dipartimenti, si sono riorganizzati anche gli spazi dedicati a questi; in particolare, per il DEIB è stato liberato il grande spazio che ora è la casa dei 4 laboratori”. “L’unire le forze”, ha continuato Magnani, “incrementa l’efficienza e dà la possibilità di creare più progetti di ampio respiro. Un laboratorio unico serve per non avere gruppi piccoli ancillari, ma uno con uno scopo comune”. Al termine delle presentazioni, siamo stati portati a visitare lo spazio in cui sono ospitati i quattro laboratori, con la possibilità di vedere dal vivo le innovazioni tecnologiche portate avanti dai ricercatori.

Sviluppo della percezione e dell’interazione

AIRLab è il laboratorio specializzato in intelligenza artificiale e robotica, fondato nel 1973 da Marco Somalvico. Oggi il coordinatore di AIRLab è Andrea Bonarini, che ha raccontato quello che al momento si sta facendo e sviluppando nel laboratorio. Il progetto generale è quello di unire intelligenza artificiale e robotica, per qualunque settore e qualsiasi applicazione. L’intento che si sono dati i ricercatori è quello di creare prodotti finiti, cioè presentare robot pronti per essere commercializzati sul mercato. AIRLab lavora spesso in sinergia con mOve, il laboratorio dedicato alla smart mobility e al controllo automotive, portando le sue competenze su gestione del movimento, dati sensoriali e mappatura del territorio.
Le ricerche spaziano dai veicoli, all’agricoltura di precisione fino ai manipolatori automatici, coinvolgendo le tecnologie di visione artificiale, l’interpretazione dei dati sensoriali in maniera semantica, insieme allo sviluppo della percezione di spazi e oggetti. Lo sviluppo della percezione avviene tramite apprendimento automatico, deep learning e reti neurali. Insieme a un altro laboratorio, i.Drive, anch’esso facente parte del Politecnico di Milano, AIRLab sta studiando l’interazione tra veicoli, persone, infrastruttura e ambiente: l’obiettivo è una progettazione dei veicoli e dei percorsi più efficiente.
AIRLab studia anche la percezione e l’interazione uomo-robot per applicazioni riabilitative e di intrattenimento. Per esempio, una recente realizzazione è stata quella una carrozzina elettrica autonoma, in grado di condividere il controllo con persone con diverse disabilità; oppure robot “infermieri” capaci di monitorare lo stato emotivo del paziente e di adattare la terapia in tal senso. Con i “robogame” è possibile, invece, giocare in modo fisico e avere relazioni sociali, tanto che questi robot sono in gradi di avere una reazione emozionale ed empatica verso l’umano.

Assemblaggio intelligente con i cobot

Paolo Rocco ha presentato MERLIN (MEchatronics and Robotics Laboratory for Innovation), nato negli anni ’90, il laboratorio specializzato in meccatronica, robotica industriale e collaborativa, e controllo del moto. Anche in MERLIN è importante l’introduzione dei sistemi di visione e dell’intelligenza artificiale, come elementi fondamentali per un sempre maggiore sviluppo dell’interazione tra umano e robot: i ricercatori studiano soluzioni per gestire stazioni e linee di produzione miste uomo-robot con capacità di percezione, interpretazione e previsione del comportamento umano. I robot sono capaci di schedulare e programmare le proprie attività in base all’operatore in quel momento presente: quali movimenti fare e a quali velocità compierli, e soprattutto se l’uomo ha effettivamente bisogno della collaborazione del robot o meno. Con la realtà aumentata, MERLIN sta sviluppando sistemi sempre in aiuto all’attività umana: grazie a essa, l’operatore può, per esempio, ricevere istruzioni su come effettuare una certa attività, senza la necessità di manuali cartacei. Uno dei campi di studio e applicazione è quello dell’assemblaggio. È stato mostrato un cobot a doppio braccio, progettato per collaborare in tandem con l’umano per operazioni di assemblaggio e disassemblaggio senza fixtures, eseguito senza sensori di visione né di forza, ma basato esclusivamente sulla sensibilità propria e sugli algoritmi con modello matematico creati dai ricercatori del MERLIN. Grazie all’intelligenza artificiale, il cobot è in grado di schedulare operazioni di assemblaggio, e con la visione intelligente Smart Robots, azienda spin-off del Politecnico di Milano, è in grado di vedere e ridurre al minimo gli errori di assemblaggio e disassemblaggio. MERLIN si occupa anche di sicurezza nella relazione tra uomo e robot, sviluppando soluzioni che migliorino l’ergonomia delle stazioni produttive, quindi dove il robot va in aiuto dell’operatore umano in operazioni scomode e faticose, e migliorando l’interazione senza barriere grazie alla produzione di sensori sempre più sensibili che permettono la scalatura della velocità del robot in presenza di persone.

Neurorobotica e chirurgia robotizzata

Il terzo laboratorio dei Leonardo Robotics Labs ad essere presentato è il NearLab (NeuroEngineering and Medical Robotics Lab), fondato nel 2008 per la ricerca nel campo della riabilitazione per pazienti con disturbi neuromotori, nella diagnosi avanzata, nell’assistenza personalizzata, nella panificazione delle terapie e in quello della chirurgia di precisione e non invasiva. Giancarlo Ferrigno ha raccontato la missione di NearLab, cioè quella di migliorare la salute e l’assistenza sanitaria, rendendola efficiente ed economica, grazie alla tecnologia, in particolare quella robotica legata all’intelligenza artificiale. Il laboratorio lavora in costante contatto con il personale medico-scientifico di enti esterni, quali Villa Beretta e Istituto Medea, entrambi sul lago di Como.
Allo studio ci sono alcuni dispositivi elettromedicali, tra cui esoscheletri, che sfruttano la stimolazione elettrica per aiutare i movimenti dei pazienti neurologici: sono stati sviluppati dei modelli computazionali del cervello, utilizzati come controlli biomimetici di robot. Per esempio, l’esoscheletro passivo che aiuta a sostenere il peso del braccio del paziente e a stabilizzare i movimenti; non si muove tramite motore, ma con la stimolazione elettrica neuromuscolare.

Mobilità intelligente e ottimizzata

Infine, il quarto e ultimo laboratorio presentato è stato mOve (Automation and Control for Intelligent Vehicles and Smart Mobility), che ha come focus lo studio nei settori del controllo automobilistico, veicoli intelligenti e smart mobility, molto legato quindi, come è già stato accennato, ad AIRLab. Come ha raccontato Sergio Savaresi, coordinatore del laboratorio, la ricerca parte dai veicoli più piccoli (biciclette e monopattini) per arrivare fino a quelli più grandi (trattori e spazzaneve), studiando come applicare a questi le più moderne tecnologie di automazione e controllo.
In particolare, il laboratorio si sta ora concentrando su alcuni sistemi di assistenza alla guida e di controllo avanzato delle dinamiche dei veicoli e stima, come controlli elettronici della stabilità/aderenza del veicolo e di mantenimento corsia, pianificazione e ottimizzazione percorsi; tutto questo utilizzando tecnologie di sensoristica, HMI e realtà aumentata. Un altro progetto riguarda i “giubbetti intelligenti”, in grado di riconoscere eventuali malori o la tipologia di operazione che la persona sta compiendo; dalla dinamica del veicolo, la tecnologia è stata applicata quindi al corpo umano.
Non vengono tralasciate nemmeno le questioni legate all’ottimizzazione energetica e al controllo dei flussi energetici, in particolare la gestione delle batterie al litio (stato della carica e della salute, controllo della temperatura).