Il legame tra robotica e sostenibilità è complesso e in via di costruzione.
Per esemplificare come i principi e gli obiettivi di sostenibilità possono condurre allo sviluppo prima di prototipi e poi di prodotti, possono essere utilizzati due “casi studio” di robotica di servizio e sostenibilità realizzati al Politecnico di Torino: il primo è un robot mobile destinato all’agricoltura di precisione, Agri.q, correlato agli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile 7, 12, 15.
Il secondo è una sedia a rotelle robotizzata, Wheelchair.q, dedicata al superamento delle barriere architettoniche ed al miglioramento della qualità della vita e del benessere delle persone con disabilità, correlata quindi all’Obiettivo di Sviluppo Sostenibile 3.
Il Robot Mobile Agri.q per l’agricoltura di precisione
Il Robot mobile AGRI.Q[2] è un UGV- Unmanned Ground Vehicle, ovvero un veicolo terrestre senza pilota. Ha una mobilità efficace ed efficiente su terreni agricoli sconnessi ed in forte pendenza, ed è dotato di strumenti in grado di cooperare con diverse tecnologie per mappare e monitorare l’effettivo andamento dei processi agricoli e di raccogliere campioni di foglie e suolo. È stato realizzato nel centro PIC4SeR-Politecnico Interdipartmental Centre For Service Robots, ed è destinato ad implementare le metodologie specifiche della cosiddetta agricoltura di precisione.
L’agricoltura di precisione è una tecnica di gestione delle colture che impiega strumenti e tecnologie per “fare la cosa giusta, nel posto giusto al momento giusto”, con l’obiettivo di ottimizzare l’efficienza e la qualità e di migliorare la sostenibilità climatica e ambientale.
I requisiti di progetto che ne hanno indirizzato lo sviluppo sono principalmente derivati dalle esigenze della viticoltura, ma ne consentono l’utilizzo anche in altre tipologie di frutticoltura ed agricoltura.
I vigneti considerati sono composti da filari con altezza compresa tra 0,5 e 2,5 metri e distanza reciproca compresa tra 1,5 e 2 metri. Il terreno su cui il robot è destinato a muoversi può essere erboso o soggetto ad erpicatura, e la pendenza in aree collinari può essere anche del 35%.
Da questo ambiente sono derivati una serie di requisiti di progetto:
Il robot ha un ingombro limitato ed una massa di soli 100 kg, per ridurre il consumo energetico e la compattazione del terreno. Il sistema di locomozione ad otto ruote consente di ottenere un’efficienza simile a quella dei veicoli a ruote ed una mobilità su terreni sconnessi simile a quella dei cingolati. È dotato di quattro unità di locomozione, due nel modulo frontale e due nel modulo posteriore: ogni unità ha due ruote, un meccanismo a bilanciere e un motoriduttore elettrico per la trasmissione del moto alle ruote.
La presenza dei bilancieri sulle unità di locomozione e di un asse di rollio posteriore consentono una corretta distribuzione del carico normale sulle ruote in presenza di irregolarità longitudinali e trasversali.
Il pannello superiore, realizzato attraverso l’utilizzo di pannelli fotovoltaici, serve sia come piattaforma di atterraggio dei droni, che cooperano con il robot nelle attività di monitoraggio, sia come superficie di captazione della radiazione solare. Per svolgere adeguatamente questi compiti, il pannello è orientabile grazie a due gradi di libertà azionabili del telaio del robot.
Infine, il robot è dotato di un braccio robotico collaborativo ad elevata destrezza (7 gradi di libertà) dedicato ad operazioni di campionamento e prelievo, il cui spazio di lavoro è espandibile grazie alla riconfigurazione di Agri.Q
L’intero processo di progetto unisce la robotica di servizio alla sostenibilità: consente di realizzare tecniche colturali dal minor impatto ambientale; implementa il concetto di risparmio energetico tramite la minimizzazione del peso e l’efficienza del sistema di locomozione; utilizza più possibile le energie rinnovabili per il proprio funzionamento; libera l’uomo dalle attività ripetitive di monitoraggio per una migliore focalizzazione su quelle di gestione e decisione.
Cosa è la sostenibilità e quali sono gli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell’ONU
Il termine “Sostenibilità” è sempre più presente nel lessico della politica, della ricerca, delle attività industriali, della comunicazione, ma, come spesso accade, le parole molto usate rischiano di diventare luoghi comuni o ritornelli di cui si perde il senso profondo.
La prima definizione di “Sviluppo Sostenibile” è apparsa nel 1987 nel report della UN WCED-World Commission on Environment and Development: “Lo sviluppo sostenibile è lo sviluppo che soddisfa le esigenze del presente senza compromettere la capacità delle generazioni future di soddisfare le proprie”[1]. Dopo diverse Conferenze delle Nazioni Unite, nel 2015 il Summit delle Nazioni Unite ha adottato come parte dell’Agenda 2030 i 17 obiettivi di sviluppo sostenibile (SDG), con un piano quindicennale per raggiungerli.
Questi obiettivi, di altissimo profilo e con una visione planetaria, aiutano a chiarire il concetto di sostenibilità: i traguardi da raggiungere riguardano aree di estrema importanza per l’umanità ed il pianeta, quali la prosperità, la pace e la collaborazione. Per prosperità si intende una condizione in cui tutti gli esseri umani possano godere di vite appaganti, in cui il progresso tecnologico, economico e sociale avvenga in armonia con la natura. La pace si riferisce a società giuste, pacifiche ed inclusive, libere dalla paura e dalla violenza. La collaborazione è basata sul rafforzamento della solidarietà globale, focalizzata sui bisogni dei più poveri e vulnerabili.
L’emergenza pandemica in atto, a seguito della diffusione del virus COVID-19, rende ancora più evidente come la collaborazione ed in generale una visione d’insieme siano indispensabili per affrontare i bisogni più importanti dell’umanità.
Ogni obiettivo è articolato in una serie di target: questi obiettivi specifici, 169 in totale, indicano chiare linee di sviluppo e sono monitorati attraverso 240 indicatori. In questa sede non è possibile sintetizzare tutti i contenuti della strategia ONU, ma alcuni richiami possono essere significativi, per poi declinare lo sviluppo tecnologico nello specifico mondo della robotica sostenibile.
L’obiettivo 3, “Salute e benessere”, nel target 3.8 sottolinea la necessità di raggiungere una copertura sanitaria universale, così come una medicina di qualità ed accessibile.
Nell’ambito dell’obiettivo 7, “Energia accessibile e pulita”, il target 7.2 fa riferimento alla necessaria crescita dell’uso delle energie rinnovabili ed il 7.3 all’aumento dell’efficienza energetica.
L’obiettivo 8, dedicato a “Lavoro dignitoso e crescita economica”, richiama nel target 8.2 la necessità di innovazione e nel target 8.8 il diritto dei lavoratori ad un ambiente di lavoro sicuro e protetto.
Infine, l’obiettivo 9, focalizzato su “Industria, innovazione ed infrastrutture”, sollecita nel target 9.2 la promozione di una industrializzazione sostenibile ed inclusiva e nel target 9.5 di accrescere la ricerca scientifica e le capacità tecnologiche in tutte le nazioni.
In definitiva i diciassette SDG portano ad osservare il nostro pianeta nel suo insieme, come un sistema chiuso in cui non è possibile una crescita infinita, ma dove è possibile pensare ad uno sviluppo armonico.
La disponibilità di energia è necessaria per questo sviluppo, ma deve essere posta in un’ottica circolare, in cui il risparmio e il recupero energetico, insieme all’utilizzo di fonti rinnovabili, consentano di raggiungere un equilibrio che permetta anche alle generazioni future di vivere sul nostro pianeta e di soddisfare i propri bisogni.
Wheelchair.q, la sedia a rotelle robotica al servizio della disabilità
Un numero consistente di persone, tra l’1% ed il 2% della popolazione, utilizza le carrozzine per la mobilità individuale. Il problema diventerà ancora più rilevante con l’invecchiamento della popolazione.
Le barriere architettoniche continuano a limitare la mobilità e l’accessibilità a edifici pubblici e privati. Per tutte queste ragioni è importante lo sviluppo di dispositivi che possano garantire una piena mobilità agli utenti, salire su scale e marciapiedi, muovendosi sia indoor che outdoor.
La carrozzina Wheelchair.Q05[3] è un prototipo realizzato al Politecnico di Torino che utilizza gli approcci tipici della robotica mobile per il riconoscimento degli ostacoli, per la gestione dei sottosistemi di attuazione e governo e per la locomozione.
Funziona grazie a due gruppi di locomozione a tre ruote, che consentono una mobilità efficiente su superfici piane e che permettono di implementare una sorta di “gruppo rotante” per il superamento di scale e scalini.
Il telaio articolato permette di adattarsi alla geometria degli ostacoli da superare, di filtrare le oscillazioni percepite dall’utente durante il moto sulle scale, di posizionare la seduta con l’inclinazione e l’assetto desiderato, in modo automatico.
Una forte attenzione è dedicata ai temi di sicurezza: la sedia è in grado di garantire comunque la stabilità e l’assenza di ribaltamento anche in caso di arresto di uno dei sistemi di locomozione, grazie alla presenza di un cingolo non motorizzato nella zona posteriore. Il cingolo definisce la propria posizione in funzione della geometria dell’ostacolo e della fase di superamento dello stesso.
Tutto il progetto è stato fortemente indirizzato dalle tecniche di Human-Centered design, e si è quindi focalizzato su bisogni e requisiti dell’utilizzatore: una sedia sicura, vistosa il meno possibile, semplice da utilizzare, confortevole.
Robotica di servizio e sostenibilità: quali sono le sfide aperte
Il panorama delle applicazioni di robotica di servizio è molto ampio ed in continua evoluzione ed i due esempi citati non sono che spunti di riflessione, simbolici di un processo di correlazione tra bisogni e soluzioni, in un’ottica di sostenibilità.
In conclusione, la robotica ed in particolare la robotica di servizio, può rappresentare un ambito che offre importanti opportunità per rispondere a fondamentali bisogni dell’essere umano, dell’ambiente e della società. Devono al contempo essere poste tutte le attenzioni necessarie per la tutela della privacy, la sicurezza nell’uso delle tecnologie, il pieno governo delle tecnologie stesse e del loro impatto sia sugli utenti che sull’ambiente.
Cosa sono i robot industriali e i robot di servizio, quanti ne esistono e quanto cresceranno
L’IFR – International Federation of Robotics distingue tra robot industriali ed robot di servizio.
I robot industriali si rivolgono principalmente ai settori industriali: veicoli industriali, elettricità/elettronica, materiali metallici, plastici, chimici, macchinari industriali. Secondo il report 2019 dell’IFR, il loro numero di installazioni annue è cresciuto dal 2010 (circa 118.000 unità) al 2018 (414.000 unità), registrando poi una contrazione nel 2019 (373.000). I robot industriali rappresentano un mercato maturo dal punto di vista tecnologico ed applicativo, ancorché in costante aggiornamento e sviluppo.
I robot di servizio sono probabilmente l’ambito in cui l’innovazione tecnica e tecnologica troverà le forme più dinamiche di sviluppo. Infatti, i robot di servizio eseguono attività utili per gli esseri umani o per altre apparecchiature, escluse le applicazioni di automazione industriale.
I robot di servizio si distinguono a seconda dell’uso, personale o professionale:
• un robot di servizio per uso personale è un robot di servizio utilizzato da persone comuni per un’attività non commerciale. Ne sono esempi: il robot per uso domestico, che aiuta a pulire superfici, vetri, piscine, a tagliare l’erba o a sorvegliare l’abitazione; la sedia a rotelle robotizzata; il robot di assistenza alle persone anziane o con disabilità.
• un robot di servizio per uso professionale è un robot di servizio utilizzato per un’attività commerciale, azionato di solito da un operatore dall’adeguata formazione. Ne sono esempi: i robot dedicati all’agricoltura, i robot di pulizia per i luoghi pubblici, i robot per le consegne in uffici o negli ospedali, i robot antincendio, i robot per la logistica ed il trasporto, i robot per la riabilitazione e robot per chirurgia negli ospedali, robot per l’intervento in ambienti ostili e pericolosi. In questo contesto, un operatore è una persona designata per avviare, monitorare e arrestare l’operazione prevista di un robot o di un sistema robotico.
Di seguito alcuni dati, riportati nel report IFR, con una stima del Compound Annual Growth Rate (CAGR) ovvero del tasso di crescita annuo medio previsto: nel 2019 i robot di servizio professionale hanno raggiunto le 173.000 unità (+ 32%), i robot di servizio per lavori domestici i 18,6 milioni di unità (+40%), i robot di servizio per l’intrattenimento i 5,1 milioni di unità (+10%). Per il 2023, si prevede che i robot di servizio professionale raggiungano le 537.000 unità (+ 31% CAGR), i robot di servizio per lavori domestici i 48,6 milioni di unità (+31% CAGR), i robot di servizio per l’intrattenimento i 6,7 milioni di unità (+10%CAGR)
Questi numeri mostrano come il settore della robotica di servizio sia di estremo interesse, ma, nello stesso tempo, sia fondamentale indirizzarne lo sviluppo tecnologico nel segno della sostenibilità.
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- Report of the UN World Commission on Environment and Development: Our Common FutureGro Harlem Brundtland Oslo, 20 March 1987 ↑
- Design of a UGV Powered by Solar Energy for Precision Agriculture / Quaglia, Giuseppe; Visconte, Carmen; Scimmi, Leonardo Sabatino; Melchiorre, Matteo; Cavallone, Paride; Pastorelli, Stefano. – In: ROBOTICS. – ISSN 2218-6581. – 9:1(2020), p. 13. ↑
- Design of a self-leveling cam mechanism for a stair climbing wheelchair / Quaglia, Giuseppe; Nisi, Matteo. – In: MECHANISM AND MACHINE THEORY. – ISSN 0094-114X. – STAMPA. – 112(2017), pp. 84-104. ↑
