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1 trends in automation The Festo Customer Magazine Ispirazione (R)Evolution 4.0 La produzione del futuro: intervista al Professore Dr. Wolfgang Wahlster Bussola Il cubo volante La tecnica degli attuatori decolla con SmartInversion Sinergie Controllo ai raggi X Più sicurezza al volante con i cerchioni in alluminio controllati Focus Gli oggetti imparano a pensare Prodotti e processi intelligenti

2 Una mano più forte! Nuovi approcci nell interazione tra uomo e macchina in ambiente industriale: l esoscheletro ExoHand Festo sostiene la forza e la resistenza della mano dell uomo in compiti di assemblaggio e montaggio.

3 Un automazione intelligente è possibile? Gentile lettore, Spesso con intelligenza umana si intende la capacità di risolvere problemi non strutturati. In tal senso, gli impianti «intelligenti» sono per il momento ancora lungi dall essere realtà. Tuttavia, sono stati fatti notevoli progressi nell equipaggiare i componenti di automazione, quali attuatori elettrici o nodi Fieldbus, con informazioni relative alla loro identità (codice prodotto, data di fabbricazione, tempo di funzionamento, ecc.) e nel permettere la comunicazione in un intero sistema in modo tale da renderlo capace di risolvere problemi tecnici di base senza la necessità di un intervento umano. Oggi un sistema di comando può, ad esempio, essere dotato di intelligenza sufficiente per rilevare la necessità di una sostituzione (dovuta, forse, a un possibile guasto) grazie ad un sensore di colore e in seguito scaricare i parametri di esercizio necessari, senza intervento o assistenza da parte di un operatore. Ciò riduce i tempi di fermo e permette all operatore o all ingegnere di avere tempo a disposizione per lo svolgimento di altri incarichi con valore aggiunto. Giorgio Crepaldi, Marketing Manager Festo SpA Nel mondo dell automazione, la comunicazione intelligente e intuitiva uomo-macchina offre un potenziale nettamente maggiore di quanto si creda. La capacità di risolvere quotidiane esigenze di automazione è spesso limitata da una scarsa comprensione delle capacità effettive proprie dell equipaggiamento, piuttosto che dai limiti tecnici dello stesso. In questo numero, alcuni interessanti articoli illustrano quanto può essere realizzato. Scopra, a pagina 16, come Festo ha messo a punto CogniGame, un concetto rivoluzionario nella comunicazione uomo-macchina per il controllo diretto del macchinario solo mediante il pensiero. L articolo riporta un ulteriore esempio, denominato ExoHand, che permette un controllo intuitivo della macchina mediante teleoperazioni. Se la possibilità di creare macchine intelligenti «consapevoli» non è ancora a portata di mano, gli equipaggiamenti intelligenti, capaci di gestirsi autonomamente, sono già realtà. È possibile fare molto per risolvere sfide di automazione con sforzi minori e che richiedono un know-how inferiore. In collaborazione con i principali costruttori di macchine e istituti di ricerca europei, Festo partecipa al progetto «Smart Factory», che si propone di esplorare proprio questo potenziale: la capacità di informazione, comunicazione e controllo che sta divenendo sempre più facilmente disponibile in tutti i componenti industriali; questo fenomeno viene definito quarta rivoluzione industriale o semplicemente «Industry 4.0». Buona lettura!

4 Foto: kgtoh / Prisma Focus Prodotti e processi intelligenti: nella fabbrica del futuro sono i prodotti stessi a dire che fine faranno. I sistemi ciberfisici comunicano tra loro tramite la rete Internet of things. I microsistemi decidono in maniera autonoma e i robot sensibili supportano gli operatori. Quest edizione di trends in automation cercherà di offrire una panoramica sul futuro della produzione che sta già iniziando. trends in automation SmartInversion: andare avanti con un inversione. Editoriale 3 Panorama 6 Festo nel mondo 43 Soft Stop 46 Bussola Movimento del terzo tipo SmartInversion, combinazione intelligente di costruzione leggera, propulsione elettrica e tecnica di comando e di regolazione, consente infinite inversioni nell aria «Un fattore determinante per il successo di Industry 4.0 è la comunicazione semantica tra tutte le macchine di una fabbrica.» Pensieri in movimento Gli uomini percepiscono quel che sentono i robot? I pensieri possono comandare le macchine? Alcune tecnologie estremamente avanzate, come ExoHand e CogniGame Festo, lo consentono. 16 Ispirazione (R)Evolution 4.0 Il Prof. Dr. Wolfgang Wahlster è uno dei principali esperti mondiali di intelligenza artificiale. Nell intervista parla della quarta rivoluzione industriale, «Industry 4.0», in cui le macchine comprendono l ambiente circostante e comunicano tra loro tramite un protocollo Internet. 8 Così piccolo, così grande I microsistemi integrano in uno spazio minuscolo la tecnica dei sensori, degli attuatori e dei processori, dando vita a sistemi completi e intelligenti. Grandi compiti per i piccoli miracoli della tecnica. 20

5 trends in automation Indice Robot umanoidi intelligenti e in grado di imparare. Impulsi Focus Gli oggetti imparano a pensare Secondo gli esperti, presto le macchine intelligenti diventeranno uno dei campi più importanti della scienza e della tecnica. I prototipi di oggi rappresentano la base della produzione del futuro. 22 Altri articoli sull argomento principale (R)Evolution Pensieri in movimento 16 Così piccolo, così grande Sinergie Durante il controllo dei cerchioni, il portale di manipolazione pronto per il montaggio garantisce il massimo dinamismo e rigidità. La forza che arriva da Est La Cina si prepara a grandi passi al salto nell era dell high-tech. In particolare per l industria automobilistica e dell automazione, il Celeste Impero costituisce un importante mercato di vendita. 28 Cerchioni in alluminio, ai raggi X! Un impianto di controllo completamente automatico fa girare i cerchioni ancor prima della partenza. Il portale di manipolazione pronto per l installazione raggiunge un elevata quota di produzione. 34 Acqua per la Costa delle Balene La località Hermanus, sulla Costa delle Balene in Sudafrica, sorge in un area in cui l acqua potabile scarseggia. La tecnica di automazione pneumatica nella centrale idrica di Preekstoel dovrebbe rappresenta un rimedio. 40 La salute a portata di mano In un ospedale di Copenhagen, il primo magazzino al mondo sterile e completamente automatizzato per gli strumenti chirurgici permette di risparmiare tempo e denaro. 38

6 L intelligenza nell uovo cibernetico Il Cybertecture Egg mostra cosa accade quando le tecnologie intelligenti incontrano l architettura. L edificio di Mumbai, in India, composto da metri quadri adibiti a uffici, è un cosmo studiato nei minimi dettagli per un ambiente di lavoro innovativo. Un tetto ricoperto di verde dispensa ombra, rinfresca in modo naturale e serve per la depurazione dell acqua. L acqua industriale viene riciclata e arricchita con acqua piovana. La facciata intelligente, in vetro con moduli fotovoltaici integrati, fornisce energia e al tempo stesso regola la quantità di raggi solari che penetrano. L illuminazione interna viene controllata in base ai dati meteorologici. Una riserva idrica di raffreddamento, sia in profondità sotto terra, supporta l impianto di climatizzazione del Cybertecture Egg. I singoli sistemi vengono controllati e coordinati da una gestione intelligente dell edificio. Neanche la salute dei dipendenti è tralasciata. In appositi locali, «Cybertecture Health» controlla le funzioni vitali dei dipendenti e in caso di emergenza chiama un medico.

7 Foto: James Law Cybertecture International

8 L intervista (R)Evolution 4.0 Prof. Dr. Wolfgang Wahlster, uno dei principali esperti mondiali di intelligenza artificiale, presenta un anteprima dei processi industriali del futuro. Nel mondo della cosiddetta «Industry 4.0», le macchine comprendono l ambiente circostante e comunicano tra loro tramite un protocollo Internet. Già tra cinque anni, cominceranno a funzionare le prime fabbriche della nuova evoluzione. trends in automation: Prof. Wahlster, nelle tavole rotonde e nei media specializzati si sente parlare sempre più spesso del concetto di «Industry 4.0». In futuro le macchine comunicheranno tra loro e stravolgeranno la classica produzione industriale. È vero che, come sostengono molti, ci apprestiamo a vivere la quarta rivoluzione industriale? Prof. Wolfgang Wahlster: Sì, i sistemi di produzione ciberfisici rivoluzionano l attuale logica di produzione, perché è il pezzo stesso a determinare le prestazioni da richiedere agli impianti di produzione. Quest architettura completamente nuova dei sistemi di produzione potrà essere attuata gradualmente tramite l affinamento digitale degli stabilimenti di produzione esistenti, in modo che questa rivoluzionaria idea non trovi spazio solo nelle fabbriche completamente nuove, bensì possa essere implementata in modo incrementale anche nelle fabbriche preesistenti tramite un evoluzione. Anche nell attuale Industry 3.0 sono già riconoscibili i primi segni dell imminente La persona Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Wolfgang Wahlster Il professore con dottorato in informatica è ricercatore e docente presso l Universität des Saarlandes in materia di intelligenza artificiale. Wolfgang Wahlster è Presidente della direzione generale e Direttore tecnico-scientifico del DFKI (il centro di ricerca tedesco per l intelligenza artificiale) di Kaiserslautern, Saarbrücken, Brema e Berlino. Come membro dell Unione per la ricerca (Forschungsunion) del governo federale e presidente della massima commissione di consulenza dell Unione Europea sulla rete Internet del futuro (programma FI-PPP), consiglia i responsabili europei sulle decisioni politiche. Il Prof. Wolfgang Wahlster è uno dei principali esperti mondiali in materia di intelligenza artificiale. Grazie alle sue ricerche, il presidente federale tedesco gli ha conferito il premio Zukunftspreis (premio per il futuro). transizione dal rigido controllo centrale della fabbrica a un intelligenza decentralizzata. Sempre più sensori riconoscono sempre più precisamente l ambiente circostante e tramite i sistemi di processori integrati sono in grado di prendere decisioni autonomamente, a prescindere da un sistema centrale di controllo della produzione. Ciò che manca ancora oggi è un intenso collegamento wireless tra i componenti, lo scambio permanente di informazioni, l unione delle diverse valutazioni dei sensori per riconoscere gli eventi più complessi e le condizioni critiche, interpretarli in base al contesto e pianificare come procedere sulla base dei dati riconosciuti. Perché nella produzione industriale serve un livello superiore di interconnessione tra macchine intelligenti? Wahlster: Nel mondo industriale odierno, i punti di misurazione sempre più numerosi generano enormi quantitativi di dati con cui le macchine lavorano senza problemi, ma che l uomo non è più in grado di elaborare restando al passo con essi. Sarebbe pertanto utile se in determinati ambiti di produzione le macchine comunicassero tra loro. Molti processi possono essere configurati in modo più efficiente, flessibile e conveniente se si creano ambienti provvisti di strumenti. A tal fine, tramite un impianto di produzione vengono distribuiti dei sensori radio piccolissimi e molto economici, che consentono agli oggetti di rilevare il loro ambiente e di comunicare tra loro senza cavo. Molti sensori tecnici diversi, ad esempio sensori ottici, sensori della pressione, della temperatura e a infrarossi, creano insieme un quadro completo della situazione e percepiscono quanto sta avvenendo nell ambiente circostante. Così nel mondo di Industry 4.0 i prodotti e gli impianti di produzione diventano componenti attivi del sistema che regolano autonomamente la loro stessa produzione e logistica. Essi contengono sistemi ciberfisici che collegano il mondo cibernetico di Internet al mondo fisico. Questi si distinguono tuttavia dagli attuali sistemi meccatronici per la loro capacità di interagire con l ambiente circostante, di programmare e adattare il proprio comportamento in base alle condizioni ambientali e di apprendere nuovi comportamenti e strategie per ottimizzarsi da soli. Con questi sistemi è possibile produrre anche i lotti più piccoli in modo efficiente con rapidi cambiamenti di prodotto e un numero elevato di varianti. Tramite i compo-

9 trends in automation Ispirazione 8 9

10 nenti integrati del sensore e dell attuatore, le comunicazioni tra le macchine e una concezione del prodotto semantica e attiva, vengono realizzate nuove procedure di ottimizzazione per preservare le risorse in ambito industriale. Così si potrà produrre in modo ecologico e in futuro persino riportare la produzione nei centri urbani a costi accettabili in Germania. In questo modo nasceranno possibilità di produzione completamente nuove? Wahlster: Sì, se le macchine comprendono una situazione, la qualità della produzione industriale può raggiungere un livello assolutamente nuovo. Dall interazione di molti singoli pezzi nascono soluzioni che prima non erano state programmate nell impianto di produzione. In fisica e in biologia, questo fenomeno si chiama emergenza. Un esempio è costituito dalle formiche: questi insetti presi singolarmente non sono particolarmente intelligenti, ma dall interazione di molti di loro nascono soluzioni stupefacenti, ad esempio per cercare cibo o difendersi dai nemici. Il totale è superiore alla somma di tutte le unità. Questo fenomeno si verifica anche nella Factory 4.0. Se un componente è danneggiato oppure se un pezzo non funziona, gli altri componenti funzionali sviluppano insieme una sorta di metodo di autoguarigione, riconoscendo il danno, valutandone la misura, trovando soluzioni alternative per l attività di produzione futura e commissionando gli interventi di manutenzione e di riparazione, che devono comunque essere finora sempre eseguiti da personale competente. Come per le formiche, anche in questo caso serve un tipo di comunicazione molto efficiente. Come risponde Industry 4.0 a quest esigenza? Wahlster: Un fattore determinante per il successo di Industry 4.0 è l interpretazione intelligente delle informazioni sull ambiente circostante. Il software riveste quindi un ruolo centrale. Non soltanto ha il compito di rilevare le informazioni dal sensore e di trasmetterle come sequenza di bit, ma deve anche comprenderne il contenuto contestualizzato. Per questo motivo il software delle fabbriche del futuro ha anche un sistema di concetti con cui è possibile descrivere in modo univoco la funzione dei componenti dell impianto, le attività di produzione, gli stati e gli eventi. Con Industry 4.0 si ottiene così una comunicazione semantica di alta qualità comprensibile non solo dagli uomini in fabbrica ma anche dai macchinari della fabbrica. Affinché tutto ciò funzioni servono lingue di descrizione standardizzate e Internet come piattaforma di comunicazione in fabbrica. L attuale proliferazione degli innumerevoli sistemi bus viene sostituita da un unico protocollo standardizzato in tutto il mondo: il protocollo internet su Ethernet o WLAN in tempo reale. Quindi Industry 4.0 si basa su internet per la comunicazione tra i componenti dell impianto? Wahlster: Esatto, e proprio per questo motivo si parla in questo contesto della rete «Internet of things». Le singole macchine dispongono di server Web in miniatura grandi come una zolletta di zucchero, che offrono i loro servizi e comunicano con i pezzi presenti nel processo di produzione. In Industry 4.0, un pezzo può essere spostato da un portapezzi mobile oppure immesso in un mercato dei componenti di produzione come fornitore di servizi in grado di realizzare le fasi di lavorazione successive, nel modo più rapido e conveniente. La catena di lavorazione può quindi nascere per ogni pezzo come un tipo di navigazione nella fabbrica: viene così garantito un livello elevato di flessibilità, protezione dai guasti e adattabilità alle trasformazioni per Industry 4.0. Nella cosiddetta produzione mutevole di Industry 4.0, il materiale greggio comunica all impianto che cosa fare con lui e di lui. Il componente dell impianto a sua volta

11 trends in automation Ispirazione «A trarre vantaggio da Factory 4.0, è soprattutto l uomo.» Wolfgang Wahlster, DFKI Saarbrücken deve comunicare al prodotto, in un linguaggio comprensibile, quale servizi gli offre. Il prodotto decide quindi se e in che forma utilizzare tale prestazione e la memorizza nella sua memoria semantica. Tutto ciò esiste già adesso nella prassi industriale? Wahlster: Sì, nella logistica in parte è già così. Così, ad esempio, un prodotto con una determinata temperatura massima può monitorare la temperatura ambiente durante il trasporto nella catena di raffreddamento mediante un sistema ciberfisico incorporato nell imballaggio. Se viene superato un valore limite stabilito, l imballaggio emette un segnale e avvisa ad esempio il camion frigorifero. Questo a sua volta può rispondere e ridurre la temperatura. Questo sistema viene già impiegato per il trasporto di sacche di plasma. Il vantaggio di questo processo è dato dalla comunicazione diretta dell oggetto con il climatizzatore, senza la necessità di interventi umani. Quanto tempo ci vorrà prima che i primi impianti di produzione Industry 4.0 entrino in funzione, ed è possibile adattare o equipaggiare anche gli impianti preesistenti? Wahlster: Il grande vantaggio di Industry 4.0 è che può essere implementato per gradi. Grazie all impiego dei sistemi ciberfisici, le fabbriche possono essere adattate anche mentre sono in funzione. A seconda delle necessità, vengono integrati sensori, nei componenti dell impianto vengono installati server in miniatura e i sistemi bus vengono sostituiti. In questo modo vengono adattate prima le singole macchine e poi tutto l impianto. La tanto conclamata «Revolution Industry 4.0» diventa così un evoluzione delle macchine. Al momento tuttavia non esiste ancora una Factory 4.0 in ambito commerciale, ma la ricerca e l industria lavorano alacremente in questa direzione. Presso il centro DFKI di Kaiserslautern, insieme alle aziende leader nell ambito dell impiantistica, utilizziamo già da alcuni anni la prima cosiddetta Smart Factory intesa come Living Lab al mondo, che funge da architettura di riferimento per Industry 4.0. Le prime nuove fabbriche che metteranno completamente in pratica il principio di Industry 4.0 saranno operative tra almeno cinque anni. Per l adattamento e la predisposizione degli impianti esistenti servirà invece meno tempo. In questo caso partiamo infatti dal presupposto che i primi impianti applicheranno in parte i principi di produzione ciberfisici tra due o tre anni. Per la produzione industriale del futuro servirà ancora l uomo? Wahlster: Certo, più che mai! Senza l intervento del personale specializzato, i prodotti complessi di fascia alta realizzati in copia unica non sarebbero possibili. In Factory 4.0 però la produzione segue il ritmo dell uomo e non viceversa, come avviene oggi con il comando centralizzato. In futuro l uomo svolgerà anche compiti diversi rispetto ad adesso. Collaborerà direttamente con una nuova generazione di robot leggeri e intelligenti. Il robot di Industry 4.0 collabora attivamente con l uomo, perché grazie ai sensori intelligenti segue uno schema di comportamento umanoide per schivare gli ostacoli e quindi non costituisce più alcun pericolo per l uomo stesso. Dato che percepisce l ambiente circostante ed è in grado di valutare anche le situazioni complesse, supporta i lavoratori nelle loro attività manuali ai sensi di un sistema di assistenza industriale. In questo contesto, Festo svolge un ruolo pionieristico con le sue ricerche nel settore della bionica. Gli sviluppatori hanno fatto un grande passo avanti con l assistente bionico di manipolazione ed ExoHand. È evidente quindi che a trarre vantaggio dalla Factory 4.0 è soprattutto l uomo.

12 Festo sviluppa la propulsione ad inversione SmartInversion Movimento del terzo tipo Il mondo moderno si sposta da A a B o in senso circolare (traslazione e rotazione). Il terzo tipo di propulsione, l inversione, rovescia l interno verso l esterno, fino a poco tempo fa, tuttavia, soltanto nella teoria e nei modelli. Con SmartInversion, Festo ha sviluppato la prima forza di propulsione che fluttua liberamente per «rovesciamento».

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14 Un oggetto volante sconosciuto si libra di parecchi metri sopra il suolo, muovendosi dolcemente e silenziosamente. Una catena a maglie composta da prismi trasparenti ruota all infinito intorno al suo asse rivoltandosi dall interno verso l esterno. Si contrae, si chiude in una struttura compatta per poi riaprirsi subito dopo, con l interno rivoltato verso l esterno. Così prende slancio, nell aria, contro l aria, prendendo la spinta dal movimento rotativo. Gli spettatori restano affascinati ma anche un po perplessi perché non conoscono quello che vedono. Prima questo principio esisteva solo nella teoria o come modello ludico: la propulsione attraverso l inversione. Un affascinante scoperta Entrambi i tipi di propulsione classici sono facilmente immaginabili. La propulsione lineare è paragonabile al movimento di una stecca da biliardo, che spinge la palla con un movimento rettilineo verso una direzione. La propulsione rotatoria è quella che ci permette di andare in bicicletta. Il terzo tipo di propulsione, l inversione, con la sua sequenza di movimenti autonoma, mette alla prova la capacità d immaginazione e di spiegazione. Risale all artista e tecnico svizzero Paul Schatz, che all inizio del 20 secolo sviluppò il cubo invertibile. La sua particolarità sta nella «mobilità inevitabile»: se una parte del sistema si muove, tutto il sistema si muove insieme ad essa. Gli ingegneri Festo si sono appoggiati a questo principio di base per sviluppare SmartInversion. Prismi che si librano liberamente In SmartInversion, la combinazione intelligente di costruzione leggera estrema, propulsione elettrica e tecnica di comando e di regolazione consente infinite inversioni nell aria. Il movimento si articola in quattro fasi, di cui due generano una spinta. Per continuare a librarsi liberamente nell aria, i prismi sono stati riempiti d elio. Dei bastoncini in fibra di carbonio formano un telaio di bloccaggio ultraleggero rivestito da una membrana a prova di gas. Durante la rotazione, tre servomotori spostano l affascinante figura e muovono gli assi di collegamento in avanti o indietro, in base alla fase rotatoria. SmartInversion può essere comandato con la massima facilità da uno smartphone, mediante un software sviluppato da Festo.

15 trends in automation Bussola Quattro fasi coordinate Per svolgere la catena a maglie, un unità integrata coordina parallelamente i tre servomotori. A seconda della fase, due servomeccanismi vanno in avanti e uno va all indietro. In alcuni momenti SmartInversion muove i servomotori in senso opposto. Il movimento si basa su un modello matematico memorizzato nell unità integrata. Si generano così rovesciamenti continui e senza punti morti, in modo che l inversione possa essere azionata in ogni punto. Durante il volo, un Condition Monitoring realizzato su misura in base alle esigenze di SmartInversion rileva e monitora costantemente lo stato di carica delle batterie e il consumo di corrente in tempo reale. Le idee non hanno confini Nell ambito di Future Concepts, Festo è sempre in cerca di nuovi principi di propulsione, comando e presa. Principi naturali, influssi artificiali e metodi matematici danno sempre nuovi impulsi alle applicazioni industriali. Con il Future Concept SmartInversion, ingegneri e designer cercano di scoprire dove e come si possa impiegare l inversione nella tecnica. Con la realizzazione diretta del principio motorio di inversione nella forma di SmartInversion, Festo si è inoltrata in terreni nuovi. Ampliando i campi limite di ciò che è tecnicamente fattibile, gli sviluppatori dell azienda dischiudono continuamente del nuovo potenziale per l impiego futuro di tecnologie innovative. Concorso: il principio diventa un prodotto Per studiare più a fondo il fenomeno dell inversione, il Bionic Learning Network Festo ha indetto in Germania con il Rat für Formgebung (Consiglio tedesco per il design) un concorso per premiare le migliori idee. L obiettivo del concorso Festo Principle to Product cerca idee creative per un applicazione funzionale dell inversione in ambito industriale. Il concorso ha un montepremi superiore ai Euro ed è aperto a studenti di design e di ingegneria. Le idee vincenti saranno implementate in collaborazione con Festo e presentate alla prossima fiera di Hannover Per maggiori informazioni:

16 Nuovi sviluppi dell interazione tra uomo e macchina Pensieri in movimento Gli uomini percepiscono quel che sentono i robot? I pensieri possono comandare le macchine? Alcune tecnologie estremamente avanzate, come ExoHand e CogniGame di Festo, lo consentono. Sono le pietre miliari sul cammino che conduce all interazione tra uomo e macchina nella produzione in serie. Foto: Daimler AG

17 trends in automation Bussola Elias Maria Knubben, direttore Corporate Bionic Projects, Festo Una domanda trends in automation: Potrebbe spiegarci brevemente quali sono i componenti essenziali di ExoHand e come funzionano in dettaglio? Elias M. Knubben: L ExoHand è prodotta in poliammide in base al procedimento di sinterizzazione laser selettiva (SLS). La base dell esoscheletro è una scansione in 3D della mano dell utente. Sul rivestimento abbiamo applicato otto attuatori pneumatici a doppio effetto, i cilindri DFK-10 di Festo. Con il loro aiuto, è possibile aprire e chiudere con precisione tutte le dita. L indice può girare a destra e a sinistra, mentre il pollice può essere piegato verso il palmo della mano. Al tempo stesso, i potenziometri lineari rilevano la posizione delle dite e la potenza degli impulsi. Le valvole proporzionali piezo regolano la pressione corrispondente nelle rispettive camere. I sensori sull unità di valvole servono a regolare la pressione ed influenzano le forze esercitate dal cilindro. Lavorare senza stancarsi, sentire e muoversi senza un contatto diretto: l ExoHand Festo amplia in maniera affascinante le capacità manuali degli esseri umani. L esoscheletro, che può essere indossato come un guanto, permette di muovere attivamente le dita. La forza della mano viene amplificata e i movimenti vengono registrati e trasmessi in tempo reale alle mani robotiche. In questo modo, ExoHand di Festo unisce l intelligenza umana alle capacità robotiche. Riproduce tutti i livelli fisiologici di libertà importanti e favorisce le molteplici possibilità umane di toccare e afferrare gli oggetti. Lavorare più a lungo in modo sano Nonostante il livello elevato di automazione, in ambito industriale esistono da sempre attività che possono essere eseguite soltanto dall uomo. Molte attività ripetitive generano però sintomi di affaticamento. ExoHand aumenta la potenza e aiuta i lavoratori a proseguire il loro lavoro a lungo senza subire danni fisici a lungo termine. Per prevenire affaticamento e usura fisica, l ExoHand può essere indossata ad esempio per attività connesse al montaggio, funzionando come assistente di sistema per migliorare le condizioni dell ambiente di lavoro. Manipolazione senza rischio Un ulteriore possibilità di applicazione di ExoHand è la manipolazione in remoto di una mano robotica in ambito industriale. In questo modo è possibile svolgere attività pericolose a una distanza di sicurezza. Inoltre, come sistema di force feedback nella produzione, la mano Sensazione sulla punta delle dita: allineamento preciso delle falangi e movimento flessibile con tutti i gradi di libertà.

18 amplia il campo d azione dell uomo. Può essere indossata non solo sulla mano umana ma anche su una mano artificiale in silicone, fungendo da interfaccia utente e da mano robotica al tempo stesso. Le informazioni vengono trasmesse da una macchina all altra oppure dalla macchina all uomo. In questo modo, l utente che esegue la manipolazione in remoto non è più limitato alle proprie sensazioni ottiche e acustiche, ma può effettivamente sentire forme, resistenze e forze. Forte nella vita quotidiana Nel settore della riabilitazione, in futuro ExoHand può fungere da ortesi per mano attiva, uno strumento medico che stabilizza, aiuta o guida gli arti. L ortesi per mano attiva aiuta i pazienti che hanno subito colpi apoplettici con sintomi di paralisi a rinnovare il collegamento danneggiato tra cervello e mano. Una Brain Computer Interface riconosce i segnali dell elettroencefalografia (EEG) misurati direttamente sulla testa e quindi il desiderio del paziente di aprire o campo reale formato dai componenti Festo. La particolarità di CogniGame sta nel fatto che il giocatore controlla la racchetta tramite la Brain Computer Interface soltanto con la forza del pensiero. A tal fine, la Brain Computer Interface misura le fluttuazioni di tensione sulla superficie della testa tramite gli elettrodi applicati. Movimenti con la testa Per questo gioco, Festo con CogniWare ha sviluppato una soluzione software Il cuore dei nuovi concetti di comando: il software come canale di comunicazione tra uomo e macchina. Foto: Daimler AG chiudere la mano. ExoHand con il Brain Computer Interface esegue il movimento. Questo movimento è una specie di allenamento, che nel corso del tempo fa sì che il paziente riesca di nuovo a muovere la mano anche senza supporto tecnico. La forza del pensiero Brain Computer Interface integra l ultima generazione di interfacce uomo/ tecnica. Festo presenta nel nuovo CogniGame il funzionamento pratico attuale del concetto di comando guidato dal pensiero. Si tratta della reinterpretazione di un noto videogioco degli anni Come nel tennis, i giocatori tramite un joystick spostano una barra in alto e in basso in una schermata per respingere la palla e rimandarla all avversario. Per CogniGame i progettisti hanno ambientato la scena virtuale del gioco su un che consente di comandare la racchetta con pensieri e biosegnali. CogniWare stabilisce così la comunicazione tra cervello e hardware senza che l utente debba interagire tramite la lingua o dispositivi di immissione. Così, con la Brain Computer Interface e CogniWare vengono acquisiti gli schemi cerebrali del giocatore, che vengono poi elaborati e trasmessi dal software all hardware. Per CogniGame, i progettisti Festo hanno utilizzato una Brain Computer Interface disponibile sul mercato che dispone di 14 elettrodi a segnali e due elettrodi di riferimento e rileva i segnali cerebrali con 128 sample al secondo. Infine i segnali vengono filtrati e trasmessi al software. L impiego della Brain Computer Interface consente di misurare il cosiddetto ritmo mu, che è generato dalla regione cerebrale della

19 trends in automation Bussola CogniGame: comandi impartiti con la forza del pensiero tramite la Brain Computer Interface e comandi convenzionali impartiti con la forza muscolare sul braccio di leva (in alto). Allenamento di cervello e muscoli: ExoHand abbinata ad una Brain Computer Interface (in basso a sinistra). Possibile scenario futuro: le macchine vengono comandate con il pensiero (in basso a destra). corteccia motoria-sensoriale. Il ritmo mu nasce dal contatto con un movimento del corpo e persino con la sola immaginazione di esso. È sufficiente quindi immaginarsi il movimento di una mano perché l hardware si diriga nella sua direzione. Il futuro diventa interattivo Come dimostrato da ExoHand e Cogni- Game, l interazione tra uomo e tecnica in futuro darà vita a infinite possibilità. In ambito industriale, gli operatori potranno svolgere lavori ad alta flessibilità che ora invece devono ancora eseguire manualmente. I sensibili robot telecomandati non solo permettono di lavorare con estrema precisione a grande distanza, ma all operatore permettono persino di sentire che cosa afferra il robot e come lo afferra. Il collegamento diretto tra cervello umano e hardware da comandare rende uomo e macchina partner per un futuro che fino a pochi anni fa era immaginabile soltanto da ricercatori e autori di racconti di fantascienza.

20 La tecnica dei microsistemi appartiene al futuro Così piccolo, così grande Essere piccoli non basta. I microsistemi devono essere in grado di vedere, sentire o percepire, di decidere e di avviare i processi corretti. Grandi compiti per i piccoli miracoli della tecnica. Senza che ce ne accorgiamo, i microsistemi pesano sempre più sul nostro lavoro e sulla nostra quotidianità. Lavorano in incognito come «organo di bilanciamento» nel computer, come combinazione intelligente di sensore, processore e attore nell airbag o ad esempio sotto forma di una pinza intelligente con mini-videocamera nell automazione. La tecnica dei microsistemi è pertanto un settore economico in espansione, per cui gli esperti prevedono tassi di crescita a due cifre. La società di ricerche di mercato Prognos stima che, soltanto in Germania, il fatturato delle soluzioni tecnologiche di microsistemi aumenterà da 82 miliardi di Euro nel 2009 a 245 miliardi di Euro nel La tecnica dei microsistemi dà un forte impulso alla costruzione di macchinari e impianti, all industria elettrica, alla costruzione di automobili, alla tecnica informatica e delle telecomunicazioni e alla tecnica biomedicale. Foto: Daimler AG I sottosistemi decidono da soli I microsistemi integrano in uno spazio minuscolo la tecnica dei sensori, degli attuatori e dei processori, dando vita a sistemi completi e intelligenti. La tecnica dei microsistemi non comporta soltanto una pura riduzione delle dimensioni dei componenti, ma anche un vero e proprio «programma di formazione» per i sottosistemi. Una pinza intelligente basata sulla tecnica dei microsistemi non si limita più a ricevere i comandi di un PLC, ma è anche in grado di riconoscere, indipendentemente dal PLC e senza passare da un calcolatore aggiuntivo, componenti diversi tra loro per dimensioni, tipo di costruzione e qualità, nonché di afferrarli e di trasmetterli a diversi acquirenti, in base al tipo di processo. Oltre al peso contenuto e al fabbisogno energetico ridotto, la pinza intelligente che incorpora la tecnica dei microsistemi offre tempi di risposta più rapidi perché i dati devono percorrere un tragitto più breve. Un laboratorio grande come una carta di credito Al giorno d oggi i microsistemi rivestono un ruolo importante, in particolare nell ingegneria medica e nell automazione del laboratorio. In questi ambiti sono molto importanti, ad esempio per la miniaturizzazione delle quantità di L unità di valvole piezo VEMA, nel settore della manipolazione dei liquidi, permette di regolare con precisione la pressione dei liquidi e di dosarli con esattezza.

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