..La Robotica.. Dove si usano i robot:

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1 Definizione di robot: Un robot è un oggetto complesso, caratterizzato da una stretta simbiosi tra hardware e software, capace di acquisire informazioni e di operare con autonomia nell ambiente che lo circonda. Che cosa sono i robot Un robot è una macchina automatica in grado di manipolare oggetti ed eseguire operazioni compiendo vari movimenti, seguendo un programma di istruzioni che si possono modificare e adattare alle varie necessità. Fumetti e film di fantascienza hanno rappresentato i robot come macchine con sembianze umane, che, come gli uomini, si muovono, eseguono operazioni, parlano e persino provano sentimenti. In realtà i robot non sono cosi spettacolari: però, in ambito industriale, sono in grado di saldare, assemblare pezzi meccanici, verniciare e compiere operazioni molto pericolose per l'uomo. I robot industriali come li intendono oggi sono utilizzati nelle catene di montaggio dal 1961, sono robot collegati a computer e programmabili secondo criteri di massima efficienza ed economicità. Esistono poi robot domestici, che regolano il funzionamento di impianti, puliscono, tagliano l'erba, ecc. Molto importanti sono gli usi spaziali: grazie a speciali robot, programmati e gestiti da terra, il pianeta Marte non è più misterioso come è stato nei tempi passati. Dove si usano i robot: 1) Nelle abitazioni: per pulire la casa e cucinare. 2) Nel settore industriale: per la produzione di oggetti,macchine, alimenti e materiali. 3) Nel settore militare: per sostituire i soldati o gli artificieri, per il trasporto di munizioni e di viveri in zone pericolose. 4) Nel settore medico e nella chirurgia, per la realizzare di arti bionici,per analizzare le malattie e la cura delle stesse. 5) Nel gioco del calcio ( robocup ) dove i robot si sfidano in una partita. 6) Nella ricerca in ambito universitario si privato che pubblico. Gli automi Gli antichi antenati dei robot sono gli automi, congegni capaci di compiere da soli determinati movimenti o azioni. La parola automa deriva dal greco e sta proprio a indicare una macchina che si nuove spontaneamente. Il termine automa veniva usato già nell'antichità e nel Medioevo per indicare dispositivi, sopratutto meccanici, automatizzati ( orologi, piccoli teatri di statue, le macchine di Leonardo, ecc. ) Gli automi inventati da Leonardo Da Vinci 1

2 Come nasce il termine robot Uno scrittore cecoslovacco, Karel Capek, nel 1920, per un suo romanzo di fantascienza inventò il termine robot, derivante dalla parola robota che nella sua lingua significa lavoro forzato. Oggi vengono chiamati robot tutti gli apparecchi elettrodomestici capace di sostituire il lavoro umano nello svolgimento di operazioni ripetitive, oppure manipolando materiali pesanti e pericolosi. Per esempio, i diversi macchinari che compongono le catene di montaggio nelle grandi industrie. Per robot oggi si intende un sistema automatico che può sostituire l uomo nel compiere un lavoro qualsiasi, seguendo delle istruzioni impartite ( mediante una programmazione ) senza il diretto controllo dell'uomo. In molti casi al robot si conferiscono sembianze umane ( con testa, mani, braccia e gambe), ma la maggior parte dei robot industriali conservano ben poco dell aspetto dell uomo. I robot industriali Robot industriali usati nella catena di montaggio delle auto La costruzione dei primi robot industriali iniziò nel XVIII secolo per l'automazione dei telai nell'industria tessile. I primi veri robot, come li intendiamo oggi, furono però realizzati a partire dal 1940 con lo sviluppo dei computer: era il calcolatore che forniva alla macchina una serie di istruzioni e comandi da eseguire a ciclo continuo. A metà degli anni Settanta la General Motors finanziò un programma per lo sviluppo di un braccio meccanico motorizzato, vero e proprio manipolatore universale programmabile per il montaggio delle automobili. Questo dispositivo segnò l'inizio dell'era dei robot modernamente intesi. Gli odierni automi sono basati su uno o più microprocessore che possono elaborare dati inviati da vari sensori. Per il futuro si prospetta la possibilità della creazione di un robot " intelligente " grazie allo sviluppo della cosiddetta intelligenza Artificiale. tagliaerba robot I robot domestici I robot domestici sono gli aiutanti della casa del futuro, regolano il funzionamento di impianti, puliscono, tagliano l erba, ecc. La domotica ci propone ogni giorno nuove soluzioni di automazione e di robot per la nostra casa. aspirapolvere robot 2

3 Principi scientifici Nell'immaginario collettivo, dovuto a film e fumetti di fantascienza, il robot è ancora rappresentato come una macchina pensante: a volte goffa ma utile, a volte dannosa, a volte mostruosa. I robot attuali sono invece una struttura complessa, che racchiude una sintesi di meccanica, di informatica, di elettronica. Sono molto differenti tra loro e vengono utilizzati in molteplici ambiti: nelle fabbriche, negli uffici, nello spazio, in azioni pericolose per l'uomo, negli ospedali, nelle case, ecc. In generale i robot possono essere considerati come sistemi automatizzati in grado di svolgere specifiche operazioni in modo più accurato e rapido di un operatore umano. La robotica Dal semplice termostato con temporizzatore alla lavatrice a programma, dai robot industriali che fabbricano auto al pilota automatico sugli aerei, numerosi sono gli esempi di sistemi automatici che possiamo chiamare robot. La robotica è una scienza, che si occupa dello studio e della progettazione di sistemi e dispositivi automatici, in cui l elettronica trova larga applicazione, insieme alla meccanica. L automazione industriale porta con sé vantaggi e svantaggi: alleggerisce l uomo dai lavori più faticosi e ripetitivi, fornisce lavoro ad alto rendimento ed elevata precisione, diminuisce il costo della manodopera; esige, però, notevoli investimenti economici iniziali e presenta fenomeni di rapida obsolescenza ( i robot invecchiano in fretta ); inoltre, provocano la cancellazione di mestieri e professioni legate alla forza fisica e all abilità manuale dell addetto. Se non si pianificano per tempo interventi collettivi e corsi di aggiornamento e riconversione professionale, si corre il rischio di aumentare notevolmente la disoccupazione degli operai. LEGO Mindstorms NXT 2.0 Si chiama Motore è serve per il movimento del robot LEGO Mindstorms NXT 2.0 Come funziona un robot La struttura di un robot è assimilabile a uno scheletro, cioè l insieme dei pezzi che, opportunamente montati, reggono poi i motori e gli elementi speciali per la trasmissione e la trasformazione del movimento ( cinghie, ingranaggi, ecc.) e per la raccolta di informazioni ( sensori ). La struttura deve essere resistente e indeformabile, per reggere i carichi e proteggere gli organi che contiene. Grande importanza, oltre al motore, hanno gli elementi di rilevamento, controllo e azione, collegati tra loro da sistemi di trasmissione meccanica. Tra gli elementi principali ricordiamo: 3

4 a. Sensori I sensori e i rilevatori sono strumenti costituiti da componenti meccanici, elettrici o elettronici, usati nei sistemi di controllo per rilevare la presenza di qualcosa e per misurare una grandezza fisica o i suoi cambiamenti. Ad esempio Sensore di contatto: Il sensore di contatto rileva il tocco di una superficie o di un oggetto. Sensore di luce: Il sensore di luce rileva la presenza di luce o di buio e l intensità della luce in una stanza. Può inoltre misurare l intensità luminosa riflessa da oggetti di colore diverso. Sensore di suono: Il sensore di suono è in grado di misurare il livello di rumorosità. Sensore di distanza ad ultrasuoni: Il sensore di distanza ad ultrasuoni è in grado di rilevare la presenza di un oggetto e di misurare la distanza in pollici o in centimetri. Nella robotica i sensori, informano il computer sullo stato del robot o del suo ambiente. Per esempio un sensore tattile informa del tocco di una superficie o di un oggetto. b. Trasduttori Per costruire sensori si fa spesso uso di trasduttori. Per trasduttore si intende un dispositivo che trasforma una grandezza fisica in un'altra, per esempio: una forza o una pressione in una tensione elettrica; un dato tipo di energia, come calore, luce o energia acustica, in energia elettrica; fotodiodi, fototransistori, fotoresistenze, per la luce; microfoni, per l'energia acustica; un'energia elettrica in energia sonora ( altoparlante ) c. Rivelatori Nell ambito dei sistemi di misura per l automazione si incontra anche il termine rivelatore. Per rivelatore spesso si intende uno strumento in grado di scoprire o evidenziare un evento, una sostanza, un oggetto o un essere vivente ( rivelatori di fiamma, di fughe di gas, di presenza di una persona, ecc.). Esempi di apparecchiature che utilizzano sensori, trasduttori e rilevatori sono: Macchina a raggi X Sonar Radar Allarme antifumo Misuratore tasso alcolico Lettore di codice a barre Telecomando Ecografo Cercametalli Rilevatore di fumo 4

5 Un robot è quindi, in primo luogo, una macchina in grado di trasformare l energia elettrica in altre forme di energia ( per esempio: di movimento, sonora, luminosa, termica ). Per compiere un movimento viene utilizzato un motore che trasforma l energia elettrica in energia meccanica. Il motore non trasmette, però, direttamente agli organi operatori il moto: a tal fine sono utilizzati gli organi di trasmissione ( ruota dentata, cinghia, puleggia, ecc.). Per effettuare alcuni movimenti, però, il moto rotatorio del motore deve essere convertito in moto rettilineo. Si usano, quindi, altri meccanismi detti di trasformazione del moto ( biella-manovella, vitemadrevite, ecc.). Programmazione e controllo dei robot A fornire al robot l automatismo operativo necessario provvede l informatica, attraverso un azione di programmazione e controllo dei movimenti del robot. È necessario programmare, in un linguaggio comprensibile dalla macchina, l ordine preciso delle operazioni da compiere, i movimenti, la quantità di potenza da applicare, ecc. Inoltre, quando il sensore rileva un anomalia, il programma deve indicare alla macchina se segnalarla, se fermarsi o compiere un intervento per risolvere il problema. La meccatronica Da quando abbiamo detto, si capisce che la meccanica è sempre più coinvolta e integrata con le parti elettroniche: è nata la meccatronica, scienza che prepara ingegneri e tecnici che sono conoscitori delle leggi e delle tecnologie meccaniche, ma, al tempo stesso, abili programmatori e conoscitori dei circuiti elettronici. Si tratta di un ambito in pieno sviluppo, con forti e continue innovazioni, che garantiscono competitività a livello mondiale. I settori di impegno sono tutti quelli in cui è presente una integrazione tra prodotti di tipo meccanico, elettrico o elettromeccanico, e sistemi di controllo, comunicazione e gestione di tipo elettrico. Esempi tipici di prodotto meccatronico sono la centralina di una moderna automobile od un robot inserito in una catena di montaggio. Le tre leggi della robotica Nei racconti di fantascienza l'americano di origine russa Isaac Asimov ( ) ha enunciato le tre leggi che dovrebbero garantire agli esseri umani di non soccombere di fronte all'evoluzione dei robot: un robot non può arrecare danno a un essere umano o permettere che un essere umano subisca danno; un robot deve eseguire gli ordini che riceve dagli esseri umani, ma non quando tali ordini interferiscono con la prima legge; un robot deve proteggere se stesso, finché la sua autodifesa non interferisce con la prima e la seconda legge. La cibernetica Negli ultimi decenni il lavoro congiunto di fisici, matematici, ingegneri, biologi e perfino filosofi ha permesso di costruire robot straordinariamente evoluti. Si tratta di macchine capaci non solo di lavorare autonomamente, riproducendo sequenze di movimento, ma di compiere azioni particolari complesse e con grande precisione, di adattarsi all'ambiente, imparare dall'esperienza e rispondere in modo adeguato alle sollecitazioni del mondo esterno. 5

6 La scienza che elabora i principi di funzionamento di queste nuove generazioni di robot, anche grazie allo studio del cervello umano e dei rapporti tra macchine e organismi viventi, è stata chiamata cibernetica dall'americano Norbert Wiener ( ). Il termine deriva da una parola greca che significa arte di pilotare le navi. La bionica Dalla fusione di biologia ed elettronica è nata la bionica, una scienza che si occupa dello studio degli esseri viventi per comprendere le funzioni dei loro organi e riprodurle con tecnologie più avanzate. Le applicazioni più notevoli sono in campo medico: in sostituzione di gambe o braccia amputate è oggi possibile impiantare arti bionici comandati dal cervello perché capaci di rispondere agli impulsi elettrici provenienti da nervi e muscoli. Dal robot all'androide La robotica produce soprattutto macchine specializzate per uso industriale e medico. Grazie ai progressi in campo informatico e nella tecnologia dei nuovi materiali, negli ultimi anni la robotica sta compiendo passi giganteschi, insieme alla cibernetica e alla bionica, verso la realizzazione di androidi. Un androide è un essere artificiale con comportamento e sembianze umane. ASIMO è un robot androide costruito dalla Honda. Alto 130 cm e pesante 48 kg, l'estetica del robot ricorda un piccolo astronauta che indossa uno zainetto, e può correre su due piedi alla velocità di 9 km/h. ASIMO è il modello più recente di una serie di robot iniziati nel NAO è un robot androide alto 58 cm, autonomo e programmabile, sviluppato dalla Aldebaran Robotics, società francese di tecnologia, con quartier generale a Parigi. 6

7 La roboetica Nei prossimi anni ciascuno di noi dovrà confrontarsi con i cambiamenti, anche profondi, che la presenza quotidiana dei robot avrà nella nostra vita. Questo implica la necessità di una riflessione etica per l'orientamento di questo importante sviluppo tecnologico. Potremmo definire la roboetica quella parte dell etica che si occupa delle problematiche legate ai robot e alla loro interazione con l uomo, gli animali, la società, la natura ed il mondo in generale. Nel corso di pochi decenni, la robotica è diventata una delle principali discipline scientifico-tecnologiche, in così rapida evoluzione che in un vicino futuro noi umani coabiteremo il pianeta, e collaboreremo, con un nuovo tipo di macchine automatiche: i robot. Questo comporterà molti e nuovi e problemi etici, psicologici, sociali ed economici. La roboetica è un'etica applicata, il suo scopo è sviluppare strumenti e conoscenze scientifiche, culturali e tecnici che siano universalmente condivisi, indipendentemente dalle differenze culturali, sociali e religiose. Questi strumenti potranno promuovere e incoraggiare lo sviluppo della robotica verso il benessere della società e della persona. Inoltre, grazie alla roboetica, si potrà prevenire l impiego della robotica contro gli esseri umani. Per la prima volta nella sua storia, l umanità ha la possibilità di costruire entità intelligenti e autonome. Da questo punto di vista, è necessario che la comunità scientifica riesamini il concetto di intelligenza, non è più associata solo agli umani o agli animali, ma anche alle macchine. I robot nei film I robot hanno fatto la storia del cinema. Tra i più famosi ricordiamo: i due simpatici androidi che compaiono in tutti i sei film della saga di Guerre Stellari di George Lucas: C1P8, e il maggiordomo robotico D3BO. Johnny 5 è invece il robot protagonista dei due film della serie Cortocircuito (1986) in cui un androide militare prende coscienza di sé e si ribella ai generali che lo hanno costruito, e si allea con un giovane studioso di robotica. Simpatico, ironico e anche romantico è invece Wall-E (2008), il robot spazzino rimasto solo sulla Terra a ripulirla dai tanti rifiuti accumulati mentre l umanità è andata a cercare un posto dove vivere nell universo. Davvero cattivi invece sono i robot delle saga di Terminator (tre film), ideata da James Cameron. I droni D3BO e C1P8 Johnny 5 Wall-E Terminator 7