QUALSIASI, un robot sviluppato all'ETH, può vedere e sentire, e persino porte aperte. Un team di ricerca internazionale sta ora lavorando per garantire che il robot possa funzionare in condizioni estreme, una missione che li porta nel labirinto di fognature e tunnel sotto Zurigo.

Due uomini sollevano la macchina high-tech da 30 chilogrammi e la calano nel pozzo buio usando una fune. Indossiamo tute riflettenti, scambia le nostre scarpe con stivali di gomma alti fino alla coscia e attaccale saldamente ai nostri abiti. Poi arriva un casco, una torcia e guanti monouso per ognuno di noi. Completamente equipaggiato, iniziamo la nostra discesa, seguendo uno ad uno i gradini lungo il muro del pozzo fino a raggiungere la rete fognaria di Zurigo, quattro metri sotto la superficie.

In questa calda giornata autunnale un team di ricercatori sta effettuando dei test sottoterra. Il loro scopo è determinare se ANYmal, un robot sviluppato congiuntamente da Robotic Systems Lab e ANYbotics, uno spin-off dell'ETH - potrebbe un giorno essere implementato nei sistemi fognari. Potrebbe essere usato, ad esempio, per aiutare i dipendenti della città di Zurigo che devono camminare o strisciare regolarmente attraverso i circa 100 chilometri di pozzi e canali di scolo accessibili sotto la città e il cui compito è controllare i danni alle pareti e ai pavimenti. Questo lavoro non solo rappresenta un rischio per la salute, ma è anche potenzialmente letale, dato che gli scarichi possono riempirsi d'acqua molto velocemente senza preavviso. Un altro vantaggio dei robot in un ambiente del genere è che potrebbero operare in fogne strette a cui non è possibile accedere con la tecnologia in uso oggi.

Prova iniziale

I ricercatori posizionano il robot in posizione verticale nella parte inferiore del pozzo. È alto circa 50 cm e ha quattro gambe articolate oltre a qualcosa che assomiglia a una testa che consiste in una fotocamera e vari sensori.

Peter Fankhauser, co-fondatore dello spin-off ETH che sta commercializzando ANYmal, radio i suoi colleghi in superficie, responsabili del coordinamento del test e dell'invio dei comandi al robot. Fankhauser quindi giocherella con un joystick e il robot avanza arrancando. Poiché questa è la prima prova su un terreno sconosciuto, prende il controllo parziale del robot anche se è in grado di muoversi autonomamente. "È una misura precauzionale, "dice Fankhauser, "Solo perché qualcosa funziona in laboratorio non sempre significa che funzionerà nel mondo reale". Dopotutto, le condizioni del sottosuolo non sono quelle a cui è abituato il robot:la camera è bagnata e scivolosa, con temperature più basse e umidità maggiore rispetto al laboratorio. Cosa c'è di più, è molto, molto scuro.

"È difficile distinguere molto quaggiù, "dice Fankhauser, quasi con una punta di rassegnazione nella voce, mentre il robot si muove lentamente attraverso il tunnel di circa tre metri di altezza e cinque metri di larghezza. Il robot emette un suono elettromeccanico uniforme - una sorta di ronzio ritmico - che si fonde con il suono dell'acqua che scorre proveniente dalla fogna principale nelle vicinanze. Siamo in una fogna abbastanza grande con solo un filo d'acqua. Dato che il robot è nella sua prima corsa di prova quattro metri sotto il livello del suolo, i ricercatori hanno preso la precauzione di evitare grandi volumi d'acqua.

Trovare la sua strada nel buio

L'obiettivo del progetto di ricerca triennale intitolato THING (sub-Terranean Haptic InvestiGator) è progettare robot in grado di muoversi da soli e in grado di identificare meglio l'ambiente circostante. I robot generalmente utilizzano telecamere 3D e sensori laser per l'orientamento. Ma tali dispositivi possono non funzionare correttamente in condizioni avverse, ad esempio quando la superficie del terreno è bagnata o l'aria è piena di polvere. Ecco perché i ricercatori considerano una possibile soluzione una migliore percezione tattile – l'orientamento al tatto. Il progetto ha riunito ricercatori dell'ETH con colleghi delle università di Edimburgo, Pisa, Oxford e Pozna.

Tutte queste istituzioni stanno sperimentando ANYmal robot, e i partecipanti al progetto delle varie località si incontrano regolarmente. Oltre alle prove nel sistema fognario, l'anno prossimo i ricercatori schiereranno il robot in una miniera di rame polacca. Ciò determinerà se può funzionare in un microclima completamente diverso, uno caratterizzato da caldo, aria polverosa e superfici ghiaiose. ETH è rappresentato nel progetto dal Laboratorio di Sistemi Robotici guidato dal Professor Marco Hutter, che da molti anni conduce ricerche sui robot con le gambe. He received support from ETH soon after embarking on this research in the form of an ESOP scholarship and a Pioneer fellowship.

One of the key questions on this first day of testing is whether the robot can find its way around at all in the darkness of the sewerage system. Initially, two helpers with big LED lamps illuminate the surroundings so that we can clearly see what's going on. Quindi, Fankhauser asks the helpers to turn off the lamps and radios his colleagues on the surface to tell the robot to use its own lights. The robot's sense of touch isn't the only thing that helps it find its way in the dark, as Hutter explains:"The robot uses laser sensors and cameras to scan its surroundings. By identifying irregularities in the surface of the concrete, it can determine where it is at any given moment."

All that can be seen in the darkness now are the small round LEDs in the robot's "head". The atmosphere is other-worldly:the darkness, the sound of rushing water, the electromechanical whirring, the robot's LED eyes. Then someone breaks the eerie silence momentarily with a droll comment:"Its eyes are a bit like a Rottweiler."

Underground and offshore

Researchers at ETH have been working on quadrupedal robots since 2009. The first ANYmal prototype was completed in 2015 and, one year later, ETH established the spin-off ANYbotics. The fledgling company's mission is to make robots deployable in all types of terrain so that they can be used in a wide range of practical applications. The company's slogan is "Let Robots Go Anywhere". On-site tests are carried out two or three times a month. Ad esempio, Fankhauser and some members of his team recently headed to an offshore platform in the middle of the North Sea. The hope is that robots could one day perform inspections on such platforms. On its pilot run at least, ANYmal autonomously completed several inspection routes with flying colours.

After almost ten years of research, there's a lot ANYmal can do. It can not only walk autonomously, but also boasts the sensory capabilities of sight, hearing and touch. These enable it, ad esempio, to read the air pressure display on a machine, identify sounds and recognise objects – for example to determine whether or not a fire extinguisher is in the right place. The robot can even perform certain manual tasks on its own. Equipped with an additional gripping arm, it can open doors, dispose of refuse or press a lift button. It also delivers data that is more precise than our own eyes, ears and noses can perceive. It can identify the ambient temperature and detect the presence of gases in the air. Its latest trick is recognising the composition of the ground beneath it. "Some of its powers are superhuman, " says Fankhauser.

Despite the lack of light in the sewer, the robot seems to be finding its way quite well, plodding through the shallow channel at a leisurely pace. When the high-tech machine reaches a 20-centimetre-high ledge in a dry side arm of the sewer, Fankhauser brings it to a halt with a flick of the joystick. Initially, he is reluctant to give the robot the command to climb over the ledge. Although it has easily mastered this manoeuvre in laboratory conditions, down here it is a risky undertaking. "It's an expensive machine, " says Fankhauser. But he gives it a try anyway. ANYmal doesn't manage it at its first attempt. It stops at the ledge like a horse balking at a jump. "Default, start again, " radios Fankhauser. Now the robot elegantly places one leg after another over the ledge.

Huge data volumes

While Fankhauser and Hutter watch the robot continue on its patrol for a while, I return to the surface via the entry shaft. Sitting on a bench under a white canopy, their eyes firmly fixed on a laptop, are two assistants from ETH.

A generator is buzzing and a router is blinking – and many a cyclist passing by along the main road looks on in bemusement at the hubbub around the open manhole at the side of the road. Looking over the researchers' shoulders, I can see an almost constant stream of data flickering across the screen. And thanks to state-of-the-art 3-D and laser technologies, live images constantly transmitted by the robot from underground are visible on a separate monitor.

When Fankhauser radios from below that he wants the robot to touch the wall of the sewer with one of its legs, the two assistants have their work cut out for them. The software they are using has not been programmed for this. They respond quickly, però, taking an algorithm originally programmed to teach ANYmal to shake hands. But to make sure the robot doesn't hit the wall with force, the researchers have to adapt the parameters. In questo caso, the problem is the angle at which the robot is to raise its leg. One of the assistants types in 100 and then gradually ratchets up the number. At 180 the perfect level is reached and the robot's manoeuvre is successful.

Fankhauser and Hutter emerge from the cool, humid environment of the sewerage system into the warm autumn sunshine. They slowly begin to relax as they take off their reflective overalls. "The robot was in non-stop operation and collected a lot of data, " says Fankhauser as he undoes his high rubber boots and removes his protective clothing. Professor Hutter is satisfied, too:"All the teams will be taking home a huge volume of data to incorporate in their research." They are now one step closer to their goal of delivering a robot that can function properly in challenging conditions underground. But their work is far from finished. The robot recorded 500, 000 measurements per second over the course of the day. "That's enough data to keep us busy for six months, " says Fankhauser with a laugh.