I robot svolgono un ruolo nel lavoro di soccorso post-catastrofe in situazioni troppo pericolose per l'uomo. Credito:Centauro
Robusto, si stanno sviluppando robot intelligenti che reagiscono all'ambiente circostante per lavorare in situazioni troppo pericolose per l'uomo, come ripulire le scorie radioattive decennali dell'Europa o aiutare durante un'emergenza nucleare.
Quando il disastro nucleare giapponese di Fukushima colpì nel 2011 a seguito di un devastante terremoto e tsunami, i robot che sono stati schierati per supportare i soccorritori erano molto semplici e in gran parte inefficaci, afferma il professor Sven Behnke, esperto di robotica dell'Università di Bonn, in Germania.
Spinto da questo problema, Il prof. Behnke e il suo team hanno sviluppato un solido sistema di risposta ai disastri attraverso un progetto chiamato CENTAURO. Il robot è controllato da un essere umano a distanza di sicurezza, mentre vari sensori gli consentono di percepire l'ambiente circostante e di ritrasmettere le informazioni al suo operatore.
"L'operatore principale controlla il robot attraverso una tuta di telepresenza che misura i movimenti delle braccia dell'operatore, polsi e dita e li trasferisce al robot, " ha affermato il coordinatore del progetto Prof. Behnke. Un display montato sulla testa indossato dall'operatore consente loro di vedere in 3-D ciò che il robot vede dalla sua prospettiva, Aggiunge.
di nome Centauro, il robot alto 1,5 metri pesa 93 chilogrammi, è realizzato in metalli leggeri come l'alluminio e ha una pelle di plastica stampata in 3D.
Il robot telecomandato Centauro può svolgere compiti come salire le scale, superamento di ostacoli e utilizzo di utensili elettrici. Credito:Centauro
simile a un centauro
"Il robot ha una struttura corporea simile a un centauro con quattro gambe articolate che terminano con ruote sterzanti, " ha detto il Prof. Behnke. Quelle quattro gambe lo rendono più stabile dei robot bipedi. Poiché è in grado di ruotare all'anca, ginocchio e caviglia, Centauro può assumere numerose posizioni e navigare in ambienti difficili.
La parte superiore del corpo di Centauro ha due braccia con mani a più dita che gli consentono di sollevare oggetti e manipolare strumenti e porte. Anche se telecomandato, il robot ha un certo grado di autonomia. Per esempio, se gli viene detto di spostarsi in luoghi specifici o di afferrare un oggetto, pianificherà ed eseguirà l'azione.
L'anno scorso, Centauro è stato testato nel mondo reale, scenari impegnativi presso il fornitore tedesco di risposta ai disastri nucleari Kerntechnische Hilfsdienst GmbH. Ha salito con successo le scale, detriti navigati, superato le lacune, ha aperto una porta, valvole azionate e utensili elettrici, e altro ancora, dice il prof. Behnke. "Il sistema di risposta alle catastrofi CENTAURO ha fornito l'elevato grado di flessibilità necessario per missioni realistiche, " Egli ha detto.
Il prof. Behnke spera che la tecnologia possa un giorno svolgere un ruolo cruciale negli sforzi di soccorso in caso di catastrofe, anche se non è ancora pronta per affrontare le radiazioni. Però, ricercatori dell'Università di Birmingham, UK, stanno sviluppando robot in grado di gestire alti livelli di radiazioni per ripulire i rifiuti nucleari dell'ultimo mezzo secolo.
Nel 2013, l'anno più recente per il quale sono disponibili i dati, La Francia ha le scorie più radioattive dell'UE con quasi 1,5 milioni di metri cubi, il 44% del totale del blocco. Il Regno Unito ha avuto il secondo più grande importo con oltre 1,2 milioni di metri cubi, 38% del volume totale dell'UE. Credito:Nel 2013, l'anno più recente per il quale sono disponibili i dati, La Francia ha le scorie più radioattive dell'UE con quasi 1,5 milioni di metri cubi, il 44% del totale del blocco. Il Regno Unito ha avuto il secondo più grande importo con oltre 1,2 milioni di metri cubi, 38% del volume totale dell'UE. Credito:Horizon:The EU Research &Innovation Magazine
In tutta l'Unione Europea, più di 90 reattori nucleari sono stati definitivamente chiusi, mentre altri impianti saranno disattivati. Con il suo budget 2021-2027, la Commissione europea ha proposto di stanziare quasi 1,2 miliardi di euro per la sicurezza nucleare.
"Ci sono quasi cinque milioni di tonnellate di scorie nucleari legacy nel Regno Unito e ripulirle è la sfida di risanamento ambientale più grande e più difficile in tutta Europa, ", ha affermato il professor Rustam Stolkin, esperto di robotica, che coordina il progetto RoMaNs.
Il prof. Stolkin e i suoi colleghi stanno progettando comportamenti autonomi nei robot in modo da poter ordinare i rifiuti radioattivi in base a vari livelli di contaminazione.
"Questo può essere fatto solo dai robot perché questi rifiuti sono troppo radioattivi perché gli umani possano avvicinarsi, anche (quando) si indossano tute protettive, " ha detto il prof. Stolkin.
L'esoscheletro della mano a tre dita sviluppato da CEA cattura i movimenti dell'operatore per controllare la mano del robot schiavo. Credito:CEA / Stroppa
Controllato dall'intelligenza artificiale
Ad oggi, i robot che operano in ambienti pericolosi sono controllati interamente da un essere umano, ma questo approccio unidirezionale sarebbe faticosamente lento per afferrare e spostare enormi quantità di materiali di forme imprevedibili, dimensioni e consistenze, dice il prof. Stolkin.
Per superare questo problema, il team ha sviluppato un autonomo, robot guidato dalla visione che utilizza l'intelligenza artificiale per assistere l'operatore umano.
Il loro partner di progetto CEA, la Commissione francese per le energie alternative e l'energia atomica, ha creato un braccio robotico resistente al nucleare con una mano e le dita, che è controllato da un guanto robotico, o esoscheletro tattile, indossato dall'operatore.
"Questo ora è un po' come un joystick di fantasia, " ha spiegato il prof. Stolkin. "Quindi mentre muovi il braccio e le dita, il braccio schiavo nella zona radioattiva muove il braccio e le dita."
Il sistema utilizza l'intelligenza artificiale per la visione automatica, permettendo al robot di sapere come rilevare, riconoscere e raccogliere tutti i tipi di oggetti.
Gli operatori umani condividono il controllo del braccio robotico con il robot tramite teleoperazione e intelligenza artificiale, dice il prof. Stolkin. Per esempio, l'operatore può muovere il braccio e il robot controlla automaticamente l'orientamento della mano per facilitare la presa, o il robot, progettando di afferrare un oggetto, mostrerebbe le sue intenzioni all'umano per conferma.
"Il robot (AI) sta facendo tutto il duro lavoro, ma l'umano si sente ancora responsabile a un certo livello, " Egli ha detto.
Tali sistemi sono generalmente molto complessi da controllare, dice il prof. Stolkin, tuttavia il loro consente agli operatori di fare semplicemente clic con il mouse su un oggetto che il robot va e afferra.
Quando il braccio del robot tocca una superficie o afferra un oggetto, l'operatore sente le forze di contatto attraverso il guanto robotico. Dare agli operatori remoti la consapevolezza situazionale di ciò che sta accadendo all'interno della zona vietata attraverso un senso virtuale del tatto è estremamente utile, dice il prof. Stolkin.
Perché i guanti funzionino, il braccio del robot deve comportarsi in modo adattivo, rispondendo all'ambiente che incontrano, lui dice. Per realizzare questo, il team CEA ha sviluppato meccanismi adattativi nelle articolazioni del braccio che si muovono meccanicamente proprio come le molle e sono più resistenti alle radiazioni rispetto alle delicate parti elettroniche.
Prossimo futuro
Il team di RoMaNs ha testato con successo un braccio robotico con il sistema di controllo AI che hanno sviluppato, in ambiente radioattivo nel 2017, sotto la piena sicurezza nucleare e le norme di sicurezza nazionale del Regno Unito, in un sito nel nord dell'Inghilterra gestito dal National Nuclear Laboratory. Questa è stata la prima volta in assoluto che un robot controllato dall'intelligenza artificiale è stato schierato in un mondo reale, ambiente radioattivo.
Il prof. Stolkin aveva immaginato in precedenza che ci sarebbe voluto almeno un altro decennio per trasferire queste tecnologie all'industria nucleare, ma afferma che sono già in corso piani per distribuirli nei siti di disattivazione nel prossimo futuro.
"Quando abbiamo proposto questo, l'idea di robot controllati dall'intelligenza artificiale, era considerato assurdo da questa industria, " Egli ha detto.
