PROGETTI FINALIZZATI
I robot
per i disabili
Dopo anni nei quali i robot antropomorfi e intelligenti cari alla fantascienza erano stati eliminati come semplicemente non fattibili dal mondo della ricerca robotica accademica e industriale, i robot di servizio - vale a dire sistemi meccatronici con un certo grado di capacità di reazione e di adattamento all'ambiente e, soprattutto, capaci di operare non più solo all'interno di recinti ben protetti in ambienti controllati e rigidamente strutturati come quelli della fabbrica, ma accanto e per l'uomo - stanno lentamente acquistando considerazione e il loro sviluppo viene ritenuto possibile in un futuro non lontano. I robot del futuro potranno lavorare in nuove fabbriche nelle quali gli oggetti di uso comune verranno smontati al termine del loro ciclo di vita, completando così il ciclo "montaggio-utilizzo-smontaggio" i cui effetti virtuosi sia sulla salvaguardia dell'ambiente e delle risorse naturali che della creazione di nuova occupazione sono potenzialmente enormi. Altri robot lavoreranno al fianco e sotto il controllo del chirurgo per eseguire interventi di precisione elevatissima, oppure, inseriti attraverso aperture naturali o appositamente create, all'interno del corpo del paziente per eseguire interventi minimamente traumatici. Infine saranno disponibili robot di servizio che, nell'ospedale o nella casa, potranno svolgere operazioni sgradevoli per l'operatore umano o di assistenza per persone disabili o anziane.
L'obiettivo del progetto URMAD (1991-1994), promosso dal Progetto Finalizzato "Robotica" del CNR, è stato lo studio, la realizzazione e la dimostrazione di un prototipo di un sistema robotico mobile, concepito per eseguire in modo parzialmente autonomo alcune operazioni di ausilio ai soggetti non autosufficienti in ambiente ospedaliero. Il sistema, attualmente in corso di sperimentazione, è in grado di riconoscere comandi espressi in un linguaggio sintetico ad alto livello. Inoltre una interfaccia utente amichevole appositamente sviluppata in ambiente Windows permette al paziente di comandare il robot da una stazione PC. Il sistema è in grado di eseguire i seguenti compiti:
* navigazione autonoma in ambiente parzialmente strutturato (ambienti di cui è noto lo sviluppo in pianta, con mobili fissi ed ostacoli imprevisti);
* individuazione e presa di oggetti con caratteristiche note.
In particolare il sistema è in grado di eseguire autonomamente i seguenti compiti, dietro comando dell'utente:
* navigazione tra due punti all'interno dell'ambiente evitando eventuali ostacoli;
* individuazione e presa di un oggetto situato sul pavimento;
* individuazione e presa di un oggetto situato su di un piano ad altezza nota.
URMAD è composto da due sottosistemi una stazione fissa, situata nei pressi del paziente e una base mobile che scambiano informazioni mediante un collegamento radio.
La stazione fissa è costituita da un PC operante in ambiente Windows e costituisce l'interfaccia offerta dal sistema all'utente. Un particolare programma permette all'utente di utilizzare il sistema secondo due diverse modalità di funzionamento: autonomo e teleoperato. Nel primo caso il sistema esegue autonomamente i comandi di alto livello impartiti dall'utente mentre nel secondo caso, riservato esclusivamente agli utenti più esperti, è possibile comandare direttamente il sistema mediante un apposito pannello di controllo.
La base
mobile è equipaggiata con un anello di sensori ad ultrasuoni e una coppia
di telecamere per evitare ostacoli durante la navigazione, una testa a due gradi
di libertà dotata di una coppia di telecamere per il riconoscimento e la
localizzazione di oggetti di forma nota e un braccio ridondante a 8 gradi di
libertà con una mano a tre dita per la manipolazione. Il movimento della
base mobile è assicurato da un sistema di ruote sterzanti indipendenti che
ne assicurano una estrema maneggevolezza.
Il sistema URMAD è stato integrato presso l'ARTS Lab della Scuola Superiore S. Anna a conclusione di uno sforzo che ha visto impegnate altre cinque Università italiane (Genova, Milano, Bologna, Firenze, Napoli), tre industrie (Consorzio Telerobot, Scienzia Machinale Srl, Aitek Srl) ed il Centro Protesi INAIL di Vigorso di Budrio.
Attualmente il sistema è stato
trasferito presso una casa famiglia per disabili nella città di Livorno,
dove verranno effettuati dei cicli di sperimentazione con gli utenti. Inoltre,
l'Unione Europea ha recentemente approvato, nell'ambito del programma VALUE -
Innovation Technology Transfer and Validation, un ulteriore progetto, denominato
HOSPIMAID (1996-1998), promosso dalla Scuola Superiore S. Anna insieme ai
partner industriali che hanno contribuito alla realizzazione dei componenti
fondamentali di
URMAD e ad altri partner europei, che mira alla
ingegnerizzazione in senso commerciale di tale sistema al fine di favorirne
l'impiego quale sistema di servizio in ambiente ospedaliero.
Il progetto europeo TIDE-MOVAID (1994-1997), che mira a garantire un rapporto piacevole con la tecnologia derivante da una estrema facilità di utilizzo, si rivolge a tutti gli utenti, pur con particolare attenzione alle esigenze degli utenti disabili ed anziani. Questo obiettivo primario viene perseguito nel corso del progetto seguendo due approcci differenti, ma tra loro correlati: lo sviluppo di interfacce uomo/macchina particolarmente semplici e piacevoli da usare per comuni elettrodomestici e la realizzazione di un sistema robotico modulare e multifunzionale per garantire l'accesso alle tecnologie tipicamente presenti in ambienti domestici anche ad utenti gravemente disabili.
Il progetto MOVAID rappresenta un tentativo di superare alcune delle limitazioni intrinseche nella realizzazione di un sistema ad elevata autonomia, come il sistema URMAD, combinando le prestazioni di una stazione robotica fissa con la versatilità di un robot mobile semi-autonomo. Il sistema prevede la predisposizione di una serie di stazioni fisse, dislocate nei punti nevralgici della casa, nelle quali l'unità robotica mobile può alloggiarsi autonomamente. Il progetto MOVAID si caratterizza in particolare per:
* la conduzione nella fase preliminare di una accurata analisi delle esigenze dell'utente;
* l'uso di componenti già esistenti (realizzati nell'ambito di altri progetti, come il manipolatore e la mano a tre dita sensorizzate rispettivamente frutto di progetti CNR-URMAD e TIDE-MARCUS);
* la presenza all'interno del Consorzio di designer industriali con il compito di rendere il prodotto finale accettabile in un ambiente domestico.
Una delle componenti chiave del piano di lavoro di MOVAID è la realizzazione e la validazione con gli utenti finali di un prototipo operante in un ambiente domestico tipico, che dovrà essere in grado di svolgere compiti realistici, come prendere e portare oggetti, servire cibi e bevande, muoversi nell'appartamento, preparare da mangiare utilizzando elettrodomestici standard, ecc.
Nel primo anno di attività del progetto (febbraio 1994-95) è stata effettuata una analisi dettagliata dei bisogni degli utenti al fine di giungere alla definizione dei requisiti essenziali del sistema. In base all'adozione di un approccio fortemente "orientato all'utente" questa analisi ha coinvolto un gruppo di lavoro interdisciplinare composto da designers, ingegneri, antropologi, psicologi, assistenti, riabilitatori, utenti potenziali ed altri esperti. I risultati di questo lavoro hanno portato alla definizione delle caratteristiche di progetto del primo prototipo del sistema MOVAID.
Un insieme di operazioni dimostrative è stato definito per l'effettuazione della prima sperimentazione del prototipo a partire dal 1997. Queste operazioni sono sostanzialmente di due tipi: operazioni spiacevoli, come la pulizia del bagno o la sostituzione delle lenzuola sporche, le quali verranno svolte con il massimo grado di autonomia possibile per il sistema; e operazioni piacevoli, come cucinare e mangiare una pietanza, che verranno svolte con un maggior coinvolgimento dell'utente.
Al fine di garantire l'accesso a tutti i componenti del sistema, a tutti i possibili utenti sono state progettate sia delle interfacce uomo/macchina particolarmente semplici da usare per utenti in grado di operare autonomamente una tastiera o un mouse, sia specifiche interfacce per disabili basate sullo standard M3S (uno standard appositamente ideato per gli ausili).
Un modello in scala 1:1 dell'unità robotica ed una sua simulazione animata sono stati realizzati e presentati ad un gruppo di utenti rappresentativo del più ampio spettro di tipologie funzionali possibile. Il primo prototipo del sistema è attualmente in corso di integrazione presso l'ARTS Lab della Scuola Superiore di S. Anna e verrà completato entro il 1996. *
