DARPA Robotics Challange: un'analisi dei partecipanti

I prossimi 5 e 6 Giugno si terrà a Ponoma, vicino Los Angeles (California), l’annuale gara tra robot, chiamata DARPA Robotic Challange. I prototipi che si contenderanno il premio sono in tutto venticinque e provengono da Stati Uniti, Germania, Italia, Giappone, Corea, Cina e Hong Kong.

Le azioni compiute dai robot, come è possibile vedere anche dai video sul web, sono elementari: salire scale, saltare ostacoli, girare leve, muoversi per un certo numero di metri e guidare veicoli. I prototipi presenti verranno valutati sulla base dei processi appena elencati e si terrà conto anche delle caratteristiche di robustezza, rigidezza ed equilibrio. Altro fattore preso in grande considerazione sono le comunicazioni tra il team e il robot.

La seguente lista non comprende un’analisi di tutti i partecipanti perché alcuni modelli sono utilizzati da più squadre mentre di altri non ho trovato molte informazioni a riguardo. Ovviamente nessuno vi vieta di fare una ricerca personale, magari siete più bravi di me nella ricerca (la lista completa dei finalisti potete trovarla qui). Fatta questa premessa possiamo vedere chi si contenderà il premio.

CHIMP

Già terzo al DRC nel 2013, CHIMP (Team Tartan Rescue) proviene da Pittsburgh (Pennsylvania) ed è stato realizzato dalla Carnegie Mellon University-NREC. L’obbiettivo era quello di realizzare un automa in grado di resistere a situazioni estreme per le persone e, inoltre, è stato potenziato rispetto al modello base nella forza dei movimenti, velocità e facilità di utilizzo per ottenere la vittoria nel contest di quest’anno.

CHIMP funziona grazie all’utilizzo di un mix di comandi complessi inseriti dall’operatore uniti ad un’autonomia molto semplice che gli permette di eseguire le operazioni richieste in modo rapido e fare in modo che le comunicazioni siano ridotte al minimo. Gli utilizzatori danno delle informazioni generiche al robot che poi esegue di propria iniziativa il compito. Inoltre, ha una buona capacità nello spostare oggetti ed è in grado di utilizzare con facilità utensili da lavoro come trapani e saldatrici.

Il fattore che più di tutti emerge è la grande flessibilità nei movimenti, infatti può piegare e stendere a piacimento gli arti inferiori. I problemi nel bilanciamento, che come abbiamo detto è uno degli aspetti valutati, vengono superati facendo muovere il robot quasi in orizzontale su ruote cingolate che gli permettono di muoversi anche su terreni scoscesi, un espediente molto originale e analogo a quello degli scimpanzé (Chimp infatti vuol dire scimpanzé) che gli garantisce movimenti agevoli nonostante il peso elevato pari a circa due quintali. All’occorrenza, infatti, può andare anche a quattro zampe proprio come uno scimpanzé per superare ostacoli.

Atlas

È il modello più utilizzato dai partecipanti e il più chiacchierato in giro per il web. Viene utilizzato, infatti, da ben sette squadre (Team HKU, Team IHMC Robotics, Team MIT, Team TRAC Labs, Team ViGIR, Team TROOPER, Team WPI-CMU) tutte provenienti dagli Stati Uniti. A onor del vero bisogna dire che due delle sette squadre appena menzionate sono gruppi ibridi che vengono da Stati Uniti e Germania – il modello Atlas - e Stati Uniti ed Hong Kong – il modello ViGIR. Ovviamente ogni gruppo ha caratterizzato il proprio partecipante con modifiche personali e diverse evoluzioni.

Atlas ha lunghe braccia e una buona manualità che gli permettono di effettuare svariati compiti: operazioni manifatturiere, servizi, assistenza sanitaria e operazioni di soccorso. Ha un busto molto imponente rispetto agli altri modelli ma ciò non gli impedisce di mantenersi saldamente su due gambe e di rimanere in perfetto equilibrio in condizioni rischiose.

Infatti, nonostante sia molto (forse troppo) pesante - probabilmente per via della parte superiore molto imponente - ha un particolare sistema di riequilibrio che lo mantiene in piedi anche se spinto lievemente (vedere per credere). Il suo busto oltre ad essere pesante è anche molto ingombrante e non riesce a passare facilmente attraverso le porte, un punto a sua sfavore se confrontato con altri modelli più piccoli e più leggeri. Per il resto non c’è nulla di particolare da dire perché riesce a spostarsi e a spostare oggetti con relativa facilità. Unico appunto sono i fili che è costretto a portarsi dietro per eseguire tutti le operazioni ma che, a dir la verità, è caratteristica comune anche ad altri modelli.

THOR

Anche questo modello è stato utilizzato da più concorrenti, tre per l’esattezza. Due team (Team ROBOTIS e Team SNU), provenienti dalla Corea del Sud, sono presenti con il modello THORMANG, un terzo team (Team THOR), proveniente da Philadelphia, ne ha portato una versione modificata nota con il nome THOR-RD. Anche in questo caso ci sono delle differenze tra i modelli, sia a livello di hardware che di software.

Il prototipo in ogni caso è stato sviluppato a partire dal modello base THOR-OD che, pur avendo delle caratteristiche di altezza, peso e stabilità simili al modello attuale, era più lento, meno forte e meno stabile. Le squadre si sono concentrate sulla massima semplificazione di software e l’hardware in modo tale che potesse essere utilizzato anche da persone non esperte.

Nonostante sia, come Atlas, un prototipo bipede ha un basso peso e un’altezza ridotta, fattore da tenere in grossa considerazione nel caso in cui ci sia una futura serializzazione perché si potrebbero ridurre i costi di produzione e l’ingombro. Ha forma e movimenti simili a quelli di un individuo: riesce a passare da posizione orizzontale a verticale in pochi secondi e a svolgere con semplicità tutte le operazioni richieste dagli organizzatori. Può, a differenza di CHIMP, mantenersi in equilibrio su due gambe e, diversamente da Atlas, ha un design più semplice ed è più leggero. Per questi motivi credo sia uno dei robot migliori presenti alla competizione.

RoboSimian

Proviene da Pasadena, California, ed è uno dei quattro robot che si poggia su quattro zampe – in realtà ne può usare anche solo due - e prende il suo nome dalla propria squadra, Team RoboSimian, che ha sviluppato il design, gli strumenti del sistema e gli algoritmi alla base del software. Il modello è stato sviluppato a partire da un prototipo base proveniente dal laboratorio Jet Propulsion Labs.

Su tre fattori si basa lo sviluppo e il successo di RoboSimian: modularità, destrezza e aderenza. Una serie di attuatori messi nelle quattro braccia semplificano il design, il processo di fabbricazione e di manutenzione. Le braccia stesse grazie ad una grande flessibilità e possibilità di movimento hanno un’ottima mobilità e destrezza nei movimenti. Come gli altri robot, può compiere operazioni manuali e di trasporto ed occupa un volume ridotto per via della sua struttura compatta.

La sua forma, completamente diversa rispetto agli altri partecipanti, potrebbe essere considerata un problema perché non ricorda molto quella umana ma, per quanto mi riguarda, non è un difetto soprattutto se si tiene conto della sua elevata capacità nei movimenti e nelle operazioni manuali che riesce a compiere. Questa scelta, apparentemente, non sembra essere dovuta a problemi di bilanciamento, o almeno sul sito non ci sono informazioni che fanno pensare a questo. La complessità degli arti permette movimenti abbastanza complessi e, nonostante non abbia delle mani simili alla forma umana, ha la possibilità di svolgere tutti i lavori manuali che sono in grado di effettuare le macchine già analizzate.

DRC-HUBO

È utilizzato dal Team KAIST che proviene dalla Corea del Sud e anche dal Team DRC-Hubo at UNLV, come conferma il nome, presente con un modello chiamato Metal Rebel e proveniente dagli Stati Uniti. Le differenze estetiche tra i due modelli non sono molte ma ho preferito analizzare DRC-HUBO dato che il modello americano è nato proprio dai laboratori coreani.

Il robot, grazie al lavoro del team KAIST, ha sviluppato molto i movimenti dei due arti inferiori, degli arti superiori e la manualità. Inoltre, si sta studiando la possibilità di migliorare la guida di veicoli senza passeggeri. Rispetto alla versione originale del 2002, sono stati potenziati i motori e si sta valutando la possibilità di introdurre degli impianti refrigeranti.

Se lo si confronta esteticamente con il modello Thor, a parte il colore e la forma della testa, non presenta grosse differenze. La forma e il peso sono molto simili a quelli di un individuo medio: 180 cm x 80 Kg. Una particolarità interessante è che può essere pilotato con un joystick (come si può notare dal video sotto). Il suo stile di camminata è molto fluido ma non molto diverso da quello dei suoi diretti concorrenti. La flessibilità delle sue mani gli permette un’ottima presa, ad esempio è in grado di cambiare la presa di una spina con relativa facilità (si può vedere qui).

Momaro

Proviene dalla Germania, dall’Università di Bonn per l’esattezza, ed è stato presentato dal Team NimbRo Rescue. In Germania, l’Università di Bonn è leader nel settore di sviluppo robotico e, infatti, è dal 2008 che il laboratorio di ricerca fa studi sulla conoscenza dei robot e l’apprendimento delle macchine. Prodotto di questa ricerca dell’università è proprio Momaro, il robot presentato per questa edizione.

È uno dei pochi modelli ad avere sei leve: quattro per gli arti inferiori e due per gli arti superiori. La parte superiore del corpo somiglia ad un busto umano ed è dotata di mani che sono in grado di effettuare tutte le operazioni richieste, mentre la parte ibrida inferiore è molto flessibile. Si muove, come è possibile vedere anche dal video sotto, tramite le quattro ruote montate su ogni gamba.

Nonostante il numero elevato di arti il suo peso è ridotto, mentre la sua altezza è di 150 cm ma si tratta di un valore variabile visto che può accorciare ed allungare a piacimento le sue leve inferiori, ciò spiega perché prima si parlava di flessibilità della parte inferiore. L’utilizzo delle ruote gli permette di compiere spostamenti, frontali e laterali, senza il minimo problema: un’idea ottima per effettuare spostamenti con il minimo sforzo. Non c’è nulla di nuovo da dire sugli arti superiori che non compiono operazioni particolari rispetto agli altri modelli.

Walkman

Continuiamo con il prototipo che viene dal nostro paese: Walkman (Team Walk-man), infatti, è stato creato all’Università di Pisa e fa parte di un programma quadriennale cominciato nel 2013, ancora in corso d’opera. Il progetto di realizzazione è partito da fondi europei ed ha ottenuto un forte riscontro sui siti italiani per ovvie ragioni.

L’obbiettivo che si prefigge il team italiano è migliorare le funzionalità dei robot umanoidi in modo tale da operare nelle situazioni più critiche, ad esempio rimediare ai danni causati da catastrofi naturali che distruggono abitazioni o fattorie, come richiesto dalle specifiche della manifestazione. Sul suo corpo sono montati degli strati di materiale protettivo per migliorare la risposta ad eventuali urti e migliorarne la resistenza.

L’originalità nel design lo rende unico rispetto a tutti i restanti robot, non vorrei sembrare di parte ma gli autori hanno fatto veramente un gran lavoro sotto questo aspetto. È molto alto (185 cm) e molto pesante (120 Kg) se confrontato con alcuni modelli bipedi, ad esempio Thor, ma in linea con altri modelli, ad esempio Atlas. La sua grande apertura di braccia di circa due metri gli permette di svolgere con maggiore destrezza le funzioni manuali rispetto ad altri concorrenti. Forse, come Atlas, è un po’ troppo grosso nella parte superiore, ciò lo rende molto ingombrante ma non gli impedisce di guidare una macchina con grande facilità (nel video sotto).

HRP

È un modello utilizzato da due team (Team HRP2-Tokyo e Team AIST-NEDO), entrambi provenienti dal Giappone. Esteticamente sono molto simili, delle differenze ci sono ma non sono così marcate. Oltre ai due modelli presenti, la stessa casa di produzione che ha realizzato il modello base HRP-2, ha sviluppato anche altri modelli che non saranno presenti a questa competizione.

Ha un’elevata capacità di movimento ed è stato dotato di un sistema refrigerante – aggiunto a che per regolare la temperatura di controllo - rispetto al modello precedente mentre i piedi sono fatti per spostarsi anche su superfici scoscese. Per l’occasione è stato migliorato sia il design che l’algoritmo adoperato per effettuare gli spostamenti. Un’altra particolarità è la batteria, disegnata in maniera tale da garantire un busto meno ingombrante.

Il disegno è molto semplice ed asciutto e poi non è molto ingombrante né troppo pesante. I suoi movimenti sono veramente molto fluidi: riesce a compiere un po’ tutti i movimenti base degli arti inferiori e superiori. Per il resto non ci sono poi grosse differenze con gli altri robot bipedi già analizzati. Questo, però, non vuol dire che i modelli HRP presenti alla mostra siano meno sviluppati rispetto agli altri partecipanti ma, anzi, possono competere con qualsiasi concorrente. Per peso e semplicità, giusto per fare un esempio, può reggere tranquillamente il confronto con Thor.

Tra gli altri partecipanti figurano: Cog-Burn (Team Grit), abbastanza simile a Momaro, ma che non sembra all’altezza di quest’ultimo; Aero DRC (Team Aero), molto simile ai modelli HRP e con un ottimo design, basso peso e altezza ridotta; Johnny 05 (Team Hector), realizzato a partire dal modello Thor da una costola del team ViGIR; Xiang Tang (Team Intellingent Pionieer), che si presenta come un buon modello ma le informazioni a riguardo sul sito della competizione sono poche e il sito associato è completamente in cinese; Jaxon (Team NEDO-JSK), di cui, oltre a rendere note poche caratteristiche sul sito della DRC, non è stato reso disponibile nemmeno un sito di riferimento, almeno per il momento. Hydra (Team NEDO-Hydra), dal disegno molto complesso e, secondo il sito del DRC, ha una elevata capacità di movimento ma non ho trovato video di conferma; ESCHER (Team VALOR) simile a Thor per forma ma non per dimensioni ed è stato realizzato con la collaborazione del team ViGIR.

In coda diciamo che, anche se l’idea di vedere uno o più di questi prototipi nelle nostre case è molto suggestiva, l’aspetto più importante è lo sviluppo che ciascuno dei modelli potrebbe portare nella realizzazione dei robot e, più in generale, di qualsiasi macchina a prescindere dalle possibilità di vittoria che hanno i finalisti.

Nota importante: il sito della manifestazione negli ultimi giorni ha subito delle modifiche. Al momento in cui scrivo non ci sono differenze con quanto detto ma potrebbero esserci nei giorni a venire.