I ricercatori dello Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) in Russia hanno recentemente introdotto una nuova strategia per migliorare le interazioni tra umani e sciami robotici, chiamato SwarmTouch. Questa strategia, presentato in un articolo pre-pubblicato su arXiv, consente a un operatore umano di comunicare con uno sciame di droni nano-quadrotor e guidarne la formazione, ricevendo un feedback tattile sotto forma di vibrazioni.

"Stiamo lavorando nel campo dello sciame di droni e la mia precedente ricerca nel campo dell'aptica è stata molto utile nell'introdurre una nuova frontiera delle interazioni tattili uomo-sciame, "Dzmitry Tsetserukou, Professore alla Skoltech e capo del laboratorio di Robotica Spaziale Intelligente, ha detto a TechXplore. "Durante i nostri esperimenti con lo sciame, però, abbiamo capito che le interfacce attuali sono troppo ostili e difficili da usare."

Mentre conduceva ricerche sulle strategie per l'interazione uomo-sciame, Tsetserukou e i suoi colleghi si sono resi conto che attualmente non sono disponibili interfacce che consentano agli operatori umani di schierare facilmente uno sciame di robot e controllarne i movimenti in tempo reale. Al momento, la maggior parte degli sciami segue semplicemente traiettorie predefinite, che sono stati stabiliti dai ricercatori prima che i robot inizino a funzionare.

La strategia di interazione uomo-sciame proposta dai ricercatori, d'altra parte, consente a un utente umano di guidare direttamente i movimenti di uno sciame di robot nano-quadro. Lo fa considerando la velocità della mano dell'utilizzatore e modificando di conseguenza la forma o la dinamica della formazione dello sciame, utilizzando interconnessioni di impedenza simulata tra i robot per produrre comportamenti che assomigliano a quelli degli sciami che si verificano in natura.

Il sistema ideato dai ricercatori include un display tattile indossabile che fornisce modelli di vibrazione sulle dita di un utente per informarlo delle attuali dinamiche dello sciame (cioè, se lo sciame si espande o si restringe). Questi modelli di vibrazione consentono agli utenti umani di modificare la dinamica dello sciame in modo che lo sciame possa evitare gli ostacoli semplicemente muovendo le mani a velocità diverse o in direzioni diverse.

Il sistema rileva la posizione della mano dell'utente utilizzando un sistema di cattura del movimento ad alta precisione chiamato Vicon Vantage V5. Inoltre, l'operatore umano e i singoli robot nello sciame sono collegati tramite interconnessioni di impedenza.

"Questi collegamenti si comportano come molle-ammortizzatori, " Ha spiegato Tsetserukou. "Impediscono ai droni di volare vicino all'operatore e l'uno all'altro e di avviarsi o arrestarsi bruscamente. La nostra strategia migliora notevolmente la sicurezza delle interazioni uomo-sciame e rende i comportamenti dello sciame simili a quelli dei sistemi biologici reali (ad esempio gli sciami di api)."

Il vantaggio chiave della strategia di interazione uomo-sciame ideata da Tsetserukou e dai suoi colleghi è che consente agli utenti di sperimentare il movimento di uno sciame di robot direttamente attraverso la punta delle dita. Consente inoltre agli operatori di modificare le dinamiche dello sciame in tempo reale, consentendo ai robot di navigare in ambienti disordinati e complessi, come centri urbani pieni di grattacieli o altri ostacoli.

I test preliminari che valutano questa nuova strategia di interazione tattile hanno rivelato che gli utenti sono in grado di capire cosa significano le vibrazioni sulla punta delle dita per la maggior parte del tempo. La maggior parte dei partecipanti che hanno preso parte a questi test ha ritenuto che la sensazione tattile migliorasse la loro capacità di guidare i droni, rendendo anche più interattiva la loro comunicazione con lo sciame.

Nel futuro, SwarmTouch, la strategia sviluppata da Tsetserukou e dai suoi colleghi, potrebbe essere usato per addestrare sciami a navigare nei magazzini, consegnare merci all'interno di ambienti urbani e persino ispezionare ponti o altre infrastrutture. I ricercatori presenteranno presto un altro approccio, chiamato CloakSwarm, alla conferenza ACM Siggraph Asia 2019.

Stanno anche lavorando su due ulteriori strategie di interazione drone-uomo, SlingDrone e WiredSwarm, che sarà dimostrato alla conferenza ACM VRST 2019. SlingDrone, la prima di queste strategie, è un paradigma di realtà mista che consente agli utenti di utilizzare droni utilizzando un controller di puntamento in modo interattivo, producendo un movimento simile a una fionda.

"Questo approccio è in qualche modo simile al popolare gioco per cellulare Angry Birds, ma con gli utenti che tirano un vero drone con una corda invece che con un touch screen, per navigare la sua traiettoria balistica nella realtà virtuale, " ha spiegato Tsetserukou. "SlingDrone ti permette di puntare un drone virtuale nella direzione in cui vuoi che voli e allo stesso tempo un vero drone volerà nella posizione di destinazione e ti porterà l'oggetto che desideri afferrare. WiredSwarm, d'altra parte, è uno sciame di droni che vengono attaccati alle dita dell'utilizzatore con i guinzagli, che può fornire un feedback tattile ad alta fedeltà a un utente VR. Chiamiamo questo nuovo tipo di interfaccia la prima interfaccia aptica indossabile volante."

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