La meccatronica del futuro passa dai laboratori di ricerca applicata del Politecnico di Milano AirLab, Merlin e NearLab da oggi si riuniscono in Leonardo Robotics Lab. Automazione, robotica e intelligenza artificiale i campid’azione

500 metri quadrati ad alta densità di automazione, robotica, intelligenza artificiale: i laboratori di ricerca applicata del Politecnico di MilanoAirLab, Merlin e NearLab si sono raccolti sotto un unico cappello, il Leonardo Robotics Lab, e prendono casa nell’edifico 7 del Campus di Città Studi, ristrutturato e adattato allo scopo per rispondere alla sfide che la robotica avanzata pone alla ricerca. Gli scienziati delle tre aree di ricerca, già strettamente collegate tra loro, sperimenteranno gomito a gomito, con la possibilità di creare più velocemente sinergie, soluzioni, idee. È la mission degli hub di innovazione creare fertili ecosistemi, trainata nel caso dell’ateneo milanese dalla urgenza di aumentare la massa critica della propria proposta di ricerca nella partecipazione ai bandi a livello europeo.

mOve per i veicoli intelligenti e la smart mobility

Il nuovo spazio ospita anche un quarto inquilino, il laboratorio mOve (Automation and control for intelligent vehicles and smart mobility), impegnato nella ricerca, innovazione e trasferimento tecnologico nell’ambito del controllo automobilistico, dei veicoli intelligenti e della smart mobility. Qui è nato Yape, il drone robot per la consegna pacchi, che si sta facendo le ossa sui marciapiedi di Fukushima in Giappone, grazie a un accordo con le Poste giapponesi. In pratica, lo si sta mettendo a punto provandolo in un ambiente libero, non controllato e potrebbe avere anche sviluppi aziendali.

By mOve: in primo piano, Yape, il drone postino. Sullo sfondo le bici elettriche senza catena.

Nato come spin-off del laboratorio del Polimi, oggi inserito nella fabbrica di imprese e-Novia, Yape è uno dei dieci spin-off e startup nati dalla mente di questo gruppo di ricerca (70 tra dottorandi e studenti di master), nella storica sede del Politecnico di Milano. Il prossimo spin-off è in dirittura d’arrivo con l’Università Tsinghua di Pechino su un sistema di sospensioni elettroniche che utilizzano fluidi magnetoreologici e algoritmi di intelligenza artificiale.

Sergio Savaresi

Altri recenti progetti in fase di sviluppo all’interno del Move sono un drone completamente autonomo (livello 5 di autonomia), in grado di operare all’interno di vigne e frutteti, un bicicletta elettrica “senza catena” (human-electric hybrid con architettura seriale)e un sistema di occhiali olografici in grado di proiettare oggetti in realtà aumentata di un guidatore su un veicolo in movimento. In totale sono 150 i progetti di trasferimento tecnologico che il laboratorio ha sviluppato con le grandi aziende negli ultimi 5 anni: «Partiamo dal 3° livello di readiness tecnologica (TRL) e generalmente arriviamo al 7°, quello prototipale, ma a volte ci spingiamo fino all’8° – 9° livello, davvero prossimi al mercato», spiega Sergio Matteo Savaresi, direttore del laboratorio Move, che ha registrato 15 brevetti solo negli ultimi tre anni.

 

Yumi by Smart Robots

Smart Robots, invece, è uno spin-off sempre controllato da e-Novia, che nasce dal laboratorio Merlin (Mechatronics and robotics laboratory for innovation), il quale supporta le attività di ricerca, innovazione e trasferimento tecnologico nella robotica industriale del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politecnico di Milano. Lo spin-off ha realizzato l’omonimo dispositivo di visione intelligente Smart Robots che si interfaccia a vari robot, tra cui quello collaborativo YuMi, il primo al mondo a due bracci. Il sistema di riconoscimento visivo è in commercio dal 2019 ed è stato testato con i robot Abb, Comau, Universal Robots e altri. In particolare, il dispositivo Smart Robots è utilizzato in un use case della sperimentazione del 5G di Vodafone con Abb e il Politecnico di Milano.

Smart Robots, il sistema di visione intelligente by Merlin del Polimi montato sul robot collaborativo a due bracci YuMi Abb

I comandi sono generati da un software di intelligenza artificiale creato appunto dal laboratorio Merlin. La sinergia tra il 5G, il dispositivo Smart Robots e il robot collaborativo di Abb supportato dall’intelligenza artificiale consente agli operatori di trarre vantaggi in termini di ergonomia e facilità d’uso nelle fasi di assemblaggio e permette di ottimizzare il processo in termini di tempo e qualità del ciclo di produzione. «La robotica collaborativa intelligente è una delle frontiere più avanzate della fabbrica digitale e il nostro laboratorio è impegnato nello studio di soluzioni per gestire stazioni di lavoro miste uomo-robot con capacità di percezione, interpretazione e previsione del comportamento umano per la sicurezza, l’ergonomia e la pianificazione e controllo del moto dei robot. Il paradigma della robotica collaborativa si sta infatti spingendo verso l’assemblaggio condiviso, che però di per sé è asimmetrico rispetto alla comprensione dei movimenti altrui da parte della macchina, a meno che non si doti la macchina stessa di un sistema di visione cognitiva. In questo modo il robot può compiere azioni complementari a quelle dell’uomo, adattandovisi, per esempio rallentando o aumentando la velocità in base al ritmo dell’operatore nell’eseguire le proprie operazioni. Attualmente si sta lavorando alla predizione del comportamento umano in base all’osservazione della storia passata e, in particolare, della sequenza di azioni compiute», racconta Paolo Rocco, professore di automazione e robotica al Politecnico di Milano e responsabile del laboratorio Merlin.

Paolo Rocco

Una linea di ricerca è anche quella di rendere il robot un aiutante dell’operatore, in grado di sgravarlo da compiti faticosi o che comportano l’assunzione di posizioni scorrette. Sempre attraverso un sistema di riconoscimento visivo intelligente, il movimento di un braccio robotico che sostiene il paraurti di un’auto (nel laboratorio è visibile il robot di Comau) viene regolato in base alla posizione del braccio dell’operatore che effettua la verniciatura, in modo da fargli assumere posture ergonomicamente corrette. E tutto questo in sicurezza.

 

AirLab: dalla carrozzina intelligente all’i-drive

Uscendo dalla fabbrica, le realizzazioni robotiche più recenti del laboratorio di Intelligenza artificiale e robotica AirLab, fondato nel 1973 da Marco Somalvico a supporto delle attività di ricerca, trasferimento tecnologico e didattica in Intelligenza Artificiale e Robotica del Politecnico di Milano, sono, per esempio, una carrozzina elettrica autonoma in grado di condividere il controllo con persone con diverse disabilità, in base alle funzionalità residue del paziente. Il progetto ha richiesto dieci anni di ricerca per renderla davvero a supporto del paziente, e non sostitutiva delle sue, seppur limitate, funzionalità muscolari o motorie, ma intervenendo solo quando necessario per non deprimerlo.

La carrozzina elettrica integrata con intelligenza artificiale by AirLab del Polimi(1)

Un altro filone in grande sviluppo è quello dei robot capaci di giocare in autonomia con giocatori umani (robogames) con o senza fragilità, anche con sembianze di pupazzi, ma integrati con intelligenza artificiale in grado di interagire con la persona ed esprimere emozioni. «Milioni di robot invadono già le nostre case ogni Natale sotto forma di giocattoli che offrono nuove possibilità di gioco», ha ricordato Andrea Bonarini, coordinatore del laboratorio e professore del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Polimi. E ancora il laboratorio progetta e sviluppa sistemi di riabilitazione robotica integrati con tecnologie di “affective computing” per monitorare lo stato emozionale del paziente e adattarvi la terapia; robot di servizio per magazzini automatici, per l’esplorazione, il pattugliamento, la ricerca, il monitoraggio ambientale e il soccorso.

Andrea Bonarini

Infine, il progetto interdipartimentale i-drive sta testando le reazioni fisiche delle persone alla guida (sudorazione ed elettrocardiogramma principalmente) per progettare e modellare quello che sarà lo stile di guida più adatto nei veicoli a guida autonoma, visto che trasporteranno persone in carne e ossa. Il laboratorio di Intelligenza artificiale in parte è rimasto al Padiglione 21, dove è concentrata la ricerca su data analysis e deep learning con tutte le applicazioni possibili, mentre nel laboratorio congiunto Leonardo Robotics Lab si sviluppano i robot con le diverse finalità, di servizio, industriali, intrattenimento, esplorazione, riabilitazione.

NearLab, l’I.A. per curare, riabilitare e assistere le fragilità

Infine il laboratorio NearLab (NeuroEngineering And medical Robotics Lab), fondato nel 2008 e guidato dal professor Giancarlo Ferrigno, studia soluzioni e metodi basati su robotica e applicazioni di intelligenza artificiale per la terapia, la riabilitazione e l’assistenza di pazienti affetti da disturbi neuromotori acquisiti o congeniti, anziani e persone fragili. Vengono sviluppati esoscheletri passivi e ibridi e robot medicali per promuovere un’assistenza sanitaria economica ed efficiente, erogata nei luoghi ove sia necessaria, anche domiciliare. Inoltre, robot e intelligenza artificiale consentono interventi chirurgici minimamente invasivi, metodi per diagnosi avanzate e pianificazione della terapia, progettazione di tecnologie per trattamenti riabilitativi e per il monitoraggio, l’esercizio e l’assistenza di pazienti cronici al fine di promuovere la vita indipendente e in salute. Fra i tanti progetti cui partecipa, il Politecnico di Milano con il laboratorio NearLab è partner di un progetto europeo di microchirurgia, Eden2020 (Enhanced delivery ecosystem for neurosurgery in 2020), per l’applicazione di un particolare catetere nel cervello per il rilascio controllato di farmici e per effettuare stimolazioni. Nel progetto europeo SmartSurg invece l’obiettivo è applicare sistemi di controllo che riducano il carico cognitivo del chirurgo, come viene descritto nel laboratorio dell’ateneo. Il finanziamento per la ricerca proviene quasi integralmente da progetti europei (RIA e IA) del settimo programma quadro e del programma Horizon 2020, fondi regionali, fondi ASI, contributi di aziende e fondazioni, italiane e straniere. Infine è partner del consorzio DIH-Hero (Digital innovation hubs in healthcare robotics), una piattaforma indipendente per accelerare l’innovazione nel settore medico attraverso la robotica, connettendo tra loro i principali operatori. La Comunità europea ha messo a disposizione 16 milioni di euro, di cui 8 milioni per pmi, con l’obiettivo di ridurre le barriere della cooperazione e dell’innovazione tecnologica.