Un disegno CAD di iCub che rappresenta il posizionamento dei cuscinetti Kaydon.
Sembra un bambino di tre anni e mezzo dagli occhioni dolci, invece si chiama iCub ed è un robot umanoide progettato per studiare i sistemi cognitivi artificiali. Dotato di 53 motori che gli consentono di muovere testa, braccia, mani, busto e gambe, iCub può sentire, vedere e parlare, proprio come un bambino vero. iCub è un progetto finanziato dall’Unione Europea, sviluppato dall’Istituto Italiano di Tecnologia, IIT, nel Dipartimento di Robotics, Brain and Cognitive Sciences, RBCS, e nell’iCub Facility, guidati rispettivamente da due dei “padri” del robot: il Prof. Giulio Sandini e il Prof. Giorgio Metta. Questo formidabile progetto è totalmente open source: l’intera piattaforma robotica, sia per quanto concerne l’hardware sia il software, è rilasciata con licenza pubblica ed è quindi disponibile per chiunque decida di utilizzare e sviluppare ulteriormente questo robot. Kaydon, rappresentata in Italia da Magi, ha preso parte alla realizzazione di iCub grazie alla decisione da parte dei ricercatori dell’IIT di impiegare la serie di cuscinetti a sezione sottile Reali-Slim della nota casa costruttrice statunitense.
di Alessandra Basile, Technical Journalist
Sin dai suoi albori nel 2004, il progetto iCub ha mostrato la sua forte connotazione internazionale. Il consorzio iniziale, infatti, era composto dall’Istituto Italiano di Tecnologia, l’Università di Genova, la Scuola Superiore S. Anna di Pisa, l’Università di Ferrara, l’Università di Zurigo, l’École Polytechnique de Lausanne, l’Instituto Superior Tecnico di Lisbona, l’azienda Telerobot S.p.A. di Genova, l’Università di Hertfordshire e quelle di Salford e Sheffield, in Gran Bretagna, e l’Università di Upssala, in Svezia. Dalla sua presentazione nel 2009 ad oggi, iCub è stato adottato da oltre 20 laboratori in tutto il mondo per studi sull’intelligenza artificiale. Questo formidabile progetto, infatti, è totalmente open source: l’intera piattaforma robotica, sia per quanto concerne il disegno dell’hardware, sia il software base, è rilasciata con licenza pubblica ed è quindi disponibile per chiunque decida di utilizzare e sviluppare ulteriormente questo robot. Kaydon ha preso parte alla realizzazione di iCub grazie alla decisione da parte dei ricercatori dell’IIT di impiegare la serie di cuscinetti a sezione sottile Reali-Slim della nota casa costruttrice statunitense.
Ma partiamo da iCub.
Un disegno CAD della testa di iCub con il dettaglio del posizionamento dei cuscinetti Kaydon.
GLI ASPETTI DELL’INTERAZIONE
Alla base del progetto risiede la volontà di studiare i sistemi cognitivi artificiali, in particolare analizzando gli aspetti di relazione di un robot umanoide con l’ambiente. In questo senso, viene studiato sia come iCub si relazioni con l’ambiente circostante attraverso la manipolazione di oggetti, sia la sua interazione “sociale”. Il robot, infatti, tramite il contatto con un operatore, forma il suo apprendimento. La scelta di affidare questi studi alla realizzazione e allo sviluppo di un robot umanoide risiede nella scoperta da parte della comunità scientifica che l’intelligenza è strettamente connessa e influenzata dalla forma del corpo, dei sensori, dei muscoli e dalle modalità attraverso cui gli esseri viventi controllano l’interazione fisica con l’ambiente.
Un disegno CAD della parte superiore del corpo di iCub con il dettaglio del posizionamento dei cuscinetti Kaydon.
COSA SA FARE iCUB?
Dal 2009 ad oggi diverse migliorie sono state apportate alla piattaforma, sia dal punto di vista hardware che software. L’ultima versione include alcune sofisticazioni meccaniche che riguardano la movimentazione e la sensorizzazione dei giunti: iCub può afferrare, rovesciare, spostare oggetti. Non solo, dispone di sensori di forza che gli consentono di controllare in maniera accurata la forza esercitata dalle parti del corpo, migliorandone l’interazione con l’ambiente. Inoltre, il robot è dotato di sensori tattili, cioè di una “pelle” sensibile al contatto, risultato di un progetto denominato RoboSKIN, terminato nei primi mesi del 2012. Si tratta di una tecnologia innovativa che permette di creare sensori tattili distribuiti su superfici di diverse forme. La pelle è, infatti, una struttura cedevole facilmente utilizzabile come rivestimento. iCub, nella sua nuova versione, ne è ricoperto, con il risultato, unico nel suo genere, che il robot è in grado di avere una percezione del contatto con l’ambiente e, di conseguenza, di gestire il controllo delle forze di interazione (per non fare o farsi male). Dal punto di vista software, invece, sono stati fatti notevoli passi in avanti per sviluppare i “sensi” di iCub.
Questo robot umanoide, infatti, non è solo in grado di coordinare i propri movimenti, può anche vedere e sentire. La vera funzione della testa, di fatto, è quella di ospitare due telecamere poste negli occhi e i microprocessori che elaborano le immagini, riproducendo il senso della vista. iCub possiede anche dei microfoni per la ricezione dei suoni e un insieme di sensori inerziali per riprodurre il senso dell’equilibrio. Pertanto, si relaziona ottimamente con l’ambiente che lo circonda: può vedere e riconoscere oggetti e persone, si accorge se qualcuno o qualcosa si posiziona di fronte a lui, risponde ad alcuni comandi vocali elementari e al contatto fisico con le persone. La reale sfida dei ricercatori dell’IIT, però, è stata quella di rendere il robot autonomo e di dotarlo di un’intelligenza avanzata.
Un disegno CAD della parte inferiore del corpo di iCub con il dettaglio del posizionamento dei cuscinetti Kaydon.
LE APPLICAZIONI DEL ROBOT
Il robot è un sistema artificiale in grado di relazionarsi naturalmente e in completa sicurezza con l’uomo. È stato costruito per interagire fisicamente con una persona attraverso movimenti morbidi e sicuri. Inoltre, i ricercatori stanno lavorando affinché iCub possa camminare autonomamente. Questi due aspetti spalancano le porte a un gran numero di applicazioni possibili. iCub, infatti, potrà essere impiegato in ambito industriale come aiutante, e ne è previsto l’utilizzo anche in ambito domestico. Dei 53 motori totali del robot, infatti, ben 32 sono posizionati nelle braccia e nelle mani e complessivamente 41 dalla vita in su, per consentire azioni di presa e di manipolazione fine degli oggetti.
iCUB E KAYDON
Uno dei maggiori problemi per quanto riguarda la progettazione meccanica è stato lavorare a una scala dimensionale piccola, generalmente nell’ordine delle decine di millimetri. Non è facile trovare componenti di piccole dimensioni e nello stesso tempo con prestazioni elevate. Questo ha richiesto l’ideazione di soluzioni altamente customizzate sulle specifiche esigenze dell’IIT. È proprio a questo punto si inserisce la collaborazione con Kaydon, attraverso il suo partner italiano Magi s.r.l. di Milano, che ha preso parte al progetto fornendo i propri cuscinetti a sezione sottile della serie Reali-Slim.
I cuscinetti di Kaydon sostengono e garantiscono la rotazione relativa delle varie parti che compongono i giunti del robot e mantengono l’asse del giunto correttamente allineato nonostante l’azione di forze tangenziali che normalmente tenderebbero a deformare l’asse e/o gli altri componenti in rotazione. Alcune parti ruotano con velocità dell’ordine di diverse migliaia di giri al minuto per cui è necessaria una precisione elevata affinché il meccanismo non si inceppi. In altri casi invece è necessario proteggere le parti in movimento da sforzi eccessivi.
La serie Reali-Slim utilizzata è caratterizzata da cuscinetti a quattro punti di contatto di piccolo diametro, in genere 1” o 2”. Oltre ad offrire una rigidità superiore ai tradizionali cuscinetti radiali, sopportano carichi radiali, assiali e momenti di ribaltamento e, in alcuni casi, per ottenere una rigidità maggiore si è ricorso a cuscinetti precaricati.
“Nei giunti del robot abbiamo avuto bisogno di cuscinetti in grado di sopportare carichi radiali e assiali bidirezionali importanti, con poco attrito, e in dimensioni molto contenute”, ha dichiarato il Professor Giorgio Metta. “Tali condizioni hanno costretto i ricercatori a scartare cuscinetti a strisciamento e boccole autolubrificanti, e a trovare, tra le poche alternative possibili, come soluzione l’utilizzo dei cuscinetti a quattro punti di contatto della serie Reali-Slim di Kaydon”. Questa serie, grazie alle sue dimensioni contenute ha rappresentato la soluzione ai problemi di spazio per iCub.
Cuscinetti a sezione sottile Reali-Slim di Kaydon.
