Cos'È Un Robot Autonomo? 👨‍🏭

Mentre la robotica continua a migliorare, l'idea di un robot autonomo sta diventando sempre più importante.

Queste macchine possono percepire e rispondere all'ambiente circostante, prendere decisioni da sole e muoversi senza l'aiuto umano.

In questo post del blog, parlerò delle parti e delle tecnologie che consentono ai robot di lavorare da soli.

Parlerò anche dei linguaggi di programmazione e delle competenze necessarie per realizzarli, nonché delle preoccupazioni etiche e di sicurezza che derivano dal loro utilizzo.

Che tu sia un ingegnere esperto o un principiante, il mondo dei robot a guida autonoma attirerà sicuramente la tua attenzione e ti farà venire voglia di saperne di più su tutti i modi in cui questa entusiasmante tecnologia può essere utilizzata.

Introduzione ai robot autonomi

Definizione formale:

Un robot che non solo può mantenere la propria stabilità mentre si muove, ma può anche pianificare i propri movimenti.

K10 della Nasa (Autonomia e robotica):

https://www.nasa.gov/centers/ames/research/area-autonomy-and-robotics.html

I robot autonomi sono macchine intelligenti che possono lavorare da sole, capire cosa succede intorno a loro, prendere decisioni e agire senza l'aiuto di una persona.

Un robot autonomo è un tipo di robot che ha molta libertà e può fare le cose da solo senza l'aiuto di una persona.

Ciò è possibile perché il robot ha sensori come telecamere, LiDAR e sonar che gli consentono di vedere e sentire cosa sta succedendo intorno a lui.

Il robot quindi prende queste informazioni e le utilizza per prendere decisioni. Questo gli dà la capacità di agire da solo.

Tipi di robot

Esistono molti tipi diversi di robot e ognuno ha i suoi punti di forza e di debolezza. Alcuni di questi sono:

Robot autonomi: come abbiamo già detto, i robot autonomi possono lavorare da soli senza l'aiuto umano.
Robot controllati: per funzionare, i robot controllati hanno bisogno del contributo delle persone. Possono essere programmati per svolgere compiti specifici, ma non hanno la stessa libertà dei robot che possono fare le cose da soli.
Robot semi-autonomi: questi robot hanno parti di robot sia autonomi che controllati, quindi possono svolgere alcune attività da soli ma hanno comunque bisogno dell'aiuto degli umani.
Robot automatizzati: questi robot sono impostati per fare le cose da soli.

Ma potrebbero non essere così indipendenti come i robot che possono fare le cose da soli.

Differenze tra robot autonomi e altri tipi

I robot autonomi sono diversi dagli altri tipi di robot perché possono prendere decisioni e agire autonomamente in base a ciò che vedono nel loro ambiente senza bisogno di un costante input umano.

Anche se altri tipi di robot possono svolgere determinati lavori, non hanno la stessa libertà dei robot autonomi.

Robot autonomi in ingegneria

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Componenti e tecnologie per robot autonomi

I robot autonomi sono macchine intelligenti che possono lavorare da sole, percepire l'ambiente circostante, prendere decisioni e agire senza l'aiuto di una persona.

Per realizzare un robot in grado di funzionare da solo, è importante sapere quali parti e tecnologie sono necessarie.

Componenti hardware

I componenti hardware sono una parte importante della realizzazione di un robot in grado di fare le cose da solo. Tra questi ci sono:

Gli attuatori, come motori, freni e solenoidi, consentono al robot di muoversi e interagire con l'ambiente circostante.

Sensori: i sensori sono necessari affinché il robot comprenda ciò che lo circonda.

Alcuni esempi di sensori includono telecamere, LiDAR e unità di misura inerziale (IMU).

Fonti di alimentazione: per funzionare, i robot autonomi hanno bisogno di una fonte di alimentazione affidabile, come batterie o celle a combustibile.
Hardware informatico: affinché il robot elabori i dati dei sensori, esegua algoritmi e controlli gli attuatori, ha bisogno di un microcontrollore o di un computer a scheda singola.

Software

Quando si realizza un robot autonomo, il software è importante tanto quanto l'hardware. Tra questi ci sono:

Algoritmi di percezione: gli algoritmi di percezione consentono al robot di interpretare i dati dai suoi sensori e capire cosa sta succedendo intorno ad esso.
Gli algoritmi di localizzazione aiutano il robot a capire dove si trova e in che direzione si trova nel suo ambiente.
Gli algoritmi di mappatura creano un modello dell'ambiente che il robot può utilizzare per pianificare i suoi movimenti.
Algoritmi di pianificazione e controllo: gli algoritmi di pianificazione e controllo consentono al robot di muoversi e interagire con le cose nel suo ambiente.

Comunicazione

Affinché il robot funzioni bene, deve essere in grado di parlare con l'ambiente circostante. Ciò include parlare con altri dispositivi e sistemi, in modalità wireless o tramite cavi.

Discipline incluse

Per realizzare un robot che funzioni da solo, devi sapere molto di ingegneria meccanica, ingegneria elettrica, informatica e robotica.

L'importanza dei sensori nei robot autonomi

I sensori sono una parte importante dei robot a guida autonoma perché consentono al robot di conoscere ciò che lo circonda e di prendere decisioni in base a ciò che apprende.

Perché i sensori sono importanti per i robot che possono agire da soli?

I sensori sono una parte molto importante dei robot autonomi perché consentono al robot di vedere e comprendere ciò che lo circonda.

Il robot può prendere decisioni e modificare le sue azioni in base alle informazioni che riceve dai sensori. Ciò gli consente di muoversi in sicurezza e svolgere compiti con poco aiuto da parte degli umani.

Tipi di sensori per robot a guida autonoma

I robot autonomi utilizzano diversi tipi di sensori per conoscere l'ambiente circostante. In robotica, alcuni dei tipi più comuni di sensori sono:

Sensori di prossimità/distanza: questi sensori, come i sensori a ultrasuoni o a infrarossi, consentono ai robot di trovare oggetti e misurare le distanze senza toccarli.
Telecamere e sensori lidar: le telecamere e i sensori lidar possono essere utilizzati per creare una mappa 3D dettagliata dell'ambiente del robot, che può aiutarlo a evitare gli ostacoli e pianificare il suo percorso.
Sensori di navigazione: i sensori di navigazione, come il GPS o gli encoder, ti consentono di capire dove si trova il robot e apportare modifiche alla sua velocità, direzione e rotta. I sensori di forza misurano le forze esercitate su un robot dal suo stesso corpo o da cose al di fuori di esso. Questo è importante per attività come afferrare o sollevare oggetti.
Unità di misura inerziale (IMU): le IMU misurano l'accelerazione e la velocità angolare del corpo di un robot o di oggetti esterni, che è importante per compiti come il bilanciamento o la stabilizzazione.

Ogni tipo di sensore ha i suoi vantaggi e svantaggi.

I robot autonomi possono migliorare la loro capacità di vedere e prendere decisioni utilizzando più di un sensore.

Ad esempio, la combinazione di sensori lidar con telecamere può fornire al robot un quadro più completo dell'ambiente circostante

L'utilizzo di più sensori di navigazione può migliorare la precisione della localizzazione.

Navigazione e prevenzione degli ostacoli per robot autonomi

I robot autonomi utilizzano sistemi che li aiutano a orientarsi ed evitare di colpire le cose in modo che possano muoversi in modo sicuro ed efficace.

Metodi per robot che possono muoversi da soli

Mappe dell'ambiente: i robot autonomi possono pianificare i propri movimenti ed evitare gli ostacoli con l'aiuto di mappe dell'ambiente.
Sensori come telecamere per il rilevamento degli ostacoli con visione stereo o LiDAR: questi sensori offrono al robot una visione a 360 gradi dell'ambiente circostante, permettendogli di vedere gli ostacoli e pianificare un percorso sicuro.
Veicoli a guida automatica, veicoli telecomandati a distanza e robot mobili autonomi che funzionano meglio con sistemi di visione 3D con un ampio campo visivo: questi sistemi facilitano il movimento del robot ed evitano gli ostacoli.

I robot autonomi devono essere in grado di evitare gli ostacoli

I robot autonomi devono essere in grado di evitare gli ostacoli in modo da potersi muovere in modo sicuro ed efficace nel loro ambiente.

Affinché i robot siano in grado di evitare gli ostacoli, devono essere in grado di trovarli in modo affidabile e prevedere come si muoveranno.

La forma del robot può anche influenzare il modo in cui si muove intorno agli ostacoli. I robot circolari sono comuni perché possono ruotare sul posto senza colpire nulla.

Abituarsi all'ambiente circostante

Ultimo ma non meno importante, affinché i metodi per evitare gli ostacoli funzionino, i robot devono essere in grado di adattarsi bene all'ambiente circostante.

Ciò significa che il robot deve essere in grado di modificare i propri movimenti e aggirare gli ostacoli, anche in ambienti dinamici in cui gli ostacoli possono spostarsi o cambiare senza preavviso.

Programmazione di robot autonomi

La programmazione è una parte importante della creazione di robot in grado di funzionare da soli e ci sono molti linguaggi di programmazione diversi che possono essere utilizzati per creare e testare robot.

Linguaggi usati per programmare i robot Python e C++ sono i linguaggi di programmazione più comuni per realizzare robot che possono lavorare da soli, ma possono essere usati anche altri linguaggi a seconda delle esigenze del progetto.

Java, MATLAB e PHP sono altri linguaggi di programmazione spesso utilizzati per la robotica.

Ogni lingua ha i suoi pro e contro e la lingua migliore per un progetto dipenderà da ciò che deve fare.

Competenze necessarie per programmare i robot

Per creare un robot in grado di funzionare da solo, devi sapere come programmare in linguaggi come Python e C++.

È anche importante avere esperienza con la programmazione applicata e la realizzazione di software per sistemi hardware.

È anche importante conoscere cose sulla robotica come la teoria del controllo, la pianificazione del movimento e la visione artificiale.

Risorse per imparare a programmare i robot

Esistono molti modi per apprendere le competenze necessarie per programmare robot in grado di fare le cose da soli. Alcuni di questi sono:

Corsi presso le università: molte università offrono corsi online e di persona in robotica e programmazione.
Corsi e workshop online: università, aziende e gruppi professionali offrono molti corsi e workshop online. Questi corsi possono insegnare qualsiasi cosa, dalle basi della robotica ai modi avanzati per programmare i robot.
Tutorial e guide di programmazione: puoi trovare molti tutorial e guide di programmazione online che ti mostrano come costruire robot mobili autonomi di base o ti insegnano come programmare i robot in un certo modo.

Costi associati ai robot autonomi

I robot autonomi stanno diventando sempre più comuni in molti settori perché possono migliorare la sicurezza dei lavoratori, aumentare la produttività e ridurre i costi del lavoro.

Ma il costo per la costruzione e l'utilizzo di robot autonomi può variare molto a seconda di cosa vengono utilizzati, quanto sono complicati e quali parti vengono utilizzate.

Costi di investimento iniziali

Il costo di investimento iniziale di un robot autonomo può essere costituito da parti come hardware, software e sensori.

Ecco alcuni esempi di costi associati a diversi tipi di robot:

I veicoli a guida automatica (AGV) possono costare da $ 14.000 per un semplice AGC a $ 60.000 per un trattore trainante più complesso.
Il costo dei carrelli elevatori a guida autonoma può anche variare in base al numero di fattori.
I robot utilizzati nelle costruzioni possono essere costosi perché sono difficili da realizzare e l'ambiente in cui lavorano deve essere standardizzato.

Un robot che esegue interventi chirurgici può costare fino a 2,5 milioni di dollari.

Costi correnti

Oltre all'investimento iniziale, il costo dell'utilizzo di robot autonomi può includere anche i costi correnti per la manutenzione, le riparazioni e gli aggiornamenti.

Per assicurarsi che il robot continui a funzionare correttamente e in sicurezza, potrebbe essere necessario eseguire regolarmente la manutenzione e la riparazione.

Inoltre, la tecnologia migliora sempre, quindi potrebbe essere necessario aggiornare il robot per stare al passo con le ultime modifiche.

Vantaggi dei robot autonomi

Anche se il costo di investimento iniziale per un robot autonomo può essere elevato, i vantaggi a lungo termine della riduzione dei costi di manodopera e dell'aumento della produttività possono essere significativi, rendendo i robot autonomi un investimento utile per alcune applicazioni.

Utilizzando robot in grado di lavorare da soli, le aziende possono risparmiare denaro sulla manodopera, migliorare l'efficienza e rendere i lavoratori più sicuri.

Ad esempio, i robot possono lavorare 24 ore su 24 con poca supervisione, il che può aiutare a ridurre ulteriormente i costi.

Inoltre, i robot possono svolgere lavori troppo noiosi, pericolosi o sporchi per essere svolti dalle persone. Ciò consente alle persone di svolgere lavori più importanti.

Applicazioni di robot autonomi

I robot autonomi stanno diventando sempre più popolari nell'e-commerce, nei data center, nella sanità, nella produzione, nella sicurezza militare e pubblica, nell'agricoltura e in altri campi.

L'uso di robot autonomi ha molti vantaggi, come la riduzione del costo del lavoro, l'aumento della produttività, la sicurezza sul posto di lavoro e la riduzione degli errori.

Applicazioni di e-commerce

I robot mobili autonomi (AMR) sono ora comunemente usati nel settore dell'e-commerce per fare cose come spostare carrelli e manipolare dispositivi mobili.

Questi robot possono spostare autonomamente i prodotti da un punto all'altro di un magazzino, il che accelera il processo di evasione degli ordini.

I robot a guida autonoma possono anche aiutare a consegnare merci ai clienti, il che può ridurre i tempi di consegna e rendere i clienti più felici.

Industria manifatturiera

I robot autonomi sono spesso utilizzati anche nell'industria manifatturiera. I robot vengono utilizzati per molte cose, come la saldatura ad arco, la saldatura a punti e lo spostamento di oggetti.

Quando i robot vengono utilizzati nella produzione, la sicurezza può essere migliorata e la produzione può essere eseguita in modo più rapido ed efficiente.

Con l'arrivo dell'Industria 4.0, la combinazione di robotica, intelligenza artificiale (AI) e apprendimento automatico (ML) sta cambiando il modo in cui viene svolta la produzione.

Militare e pubblica sicurezza

La tecnologia robotica viene utilizzata nell'esercito e nella sicurezza pubblica, dove droni e robot che non necessitano di una persona per controllarli vengono utilizzati per la sorveglianza.

Questi robot possono entrare in luoghi pericolosi e raccogliere informazioni, rendendo più sicura la presenza delle persone. I robot vengono utilizzati anche per sbarazzarsi di bombe, trovare sostanze chimiche e materiali radioattivi e pattugliare i confini.

Applicazioni sanitarie

I robot autonomi vengono utilizzati nelle strutture sanitarie per fare cose come prendersi cura dei pazienti, consegnare farmaci, controllare i segni vitali e fornire supporto emotivo.

I robot mobili autonomi (AMR) vengono spesso utilizzati per aiutare con compiti importanti come la pulizia, la telepresenza e la fornitura di medicinali e forniture mediche alle persone che ne hanno bisogno.

I robot possono anche osservare come un paziente si esercita, misurare il suo raggio di movimento e tenere traccia dei suoi progressi.

Inoltre, i robot con software basato sull'intelligenza artificiale in grado di identificare i farmaci possono ridurre il tempo necessario per trovare quello giusto.

Anche se la tecnologia è ancora nelle sue fasi iniziali, i ricercatori stanno esaminando come i robot potrebbero essere utilizzati per svolgere compiti più complicati come fornire farmaci mirati, aiutare i pazienti con piccoli problemi e parlare con i pazienti.

Industria agricola

I robot autonomi vengono utilizzati anche nel settore agricolo, in particolare per la gestione delle colture. I droni robotici possono essere utilizzati per osservare i campi e trovare problemi con i raccolti

Questo dice agli agricoltori cose importanti sui loro raccolti. I robot a guida autonoma possono anche tenere d'occhio oleodotti e gasdotti, trovare perdite e fermare i danni all'ambiente.

Robot di tecnologie naio:

https://www.naio-technologies.com/en/home/

Applicazioni future

Man mano che la tecnologia migliora, i robot a guida autonoma saranno in grado di svolgere lavori più complicati, come il servizio clienti e la logistica.

Con lo sviluppo delle auto a guida autonoma, potrebbero esserci grandi cambiamenti nell'industria automobilistica, come un minor numero di persone che possiedono automobili.

Alcune previsioni dicono che l'uso di robot a guida autonoma nelle industrie potrebbe avere un grande effetto sui posti di lavoro e che fino al 50% dei posti di lavoro potrebbe andare perso.

Ma c'è ancora molta incertezza e un acceso dibattito su come l'intelligenza artificiale e i robot influenzeranno il mercato del lavoro.

Considerazioni etiche e di sicurezza per i robot autonomi

L'uso di robot a guida autonoma può sollevare una serie di domande morali e di sicurezza a cui è necessario rispondere per assicurarsi che vengano utilizzati in modo sicuro e responsabile.

Ecco alcune delle cose più importanti a cui pensare:

Domanda morale:	Descrizione:
Pregiudizio	I robot autonomi che utilizzano algoritmi di apprendimento automatico possono avere pregiudizi che portano a un trattamento ingiusto di persone o gruppi. Questo può essere risolto progettando e testando attentamente gli algoritmi per assicurarsi che non abbiano pregiudizi nascosti.
Inganno	Se i robot vengono costretti a mentire su chi sono o cosa possono fare, ciò potrebbe portare a situazioni pericolose o inaspettate. Per evitare ciò, le persone che realizzano i robot dovrebbero essere aperte su come sono fatti e dire agli utenti cosa possono fare. Quando i robot vengono utilizzati sul posto di lavoro, i lavoratori umani possono essere licenziati. Le aziende dovrebbero pensare a come l'automazione influirà sulla loro forza lavoro e offrire programmi di formazione e altri modi per aiutare i lavoratori che perdono il lavoro.
Opacità	Può essere difficile capire come i robot autonomi prendono le decisioni, il che rende difficile capire perché commettono errori. Le persone che realizzano robot dovrebbero cercare di essere aperte e chiare su come il robot decide cosa fare.
Sicurezza	I robot autonomi devono essere realizzati in modo da garantire la sicurezza dei loro utenti. Le aziende dovrebbero essere responsabili di assicurarsi che i loro robot siano sicuri e che siano testati molto prima di essere venduti al pubblico.
Supervisione	I responsabili politici e i gruppi di regolamentazione dovrebbero tenere d'occhio la creazione e l'uso di robot a guida autonoma per assicurarsi che vengano utilizzati in modo sicuro e responsabile.
Riservatezza	I robot che raccolgono informazioni personali possono far preoccupare le persone per la loro privacy. Per proteggere la privacy delle persone, dovrebbero essere messe in atto le giuste regole e misure di trasparenza. Gli utenti devono poter contare sul fatto che i robot a guida autonoma funzioneranno in modo sicuro e affidabile. Per creare fiducia, i progettisti di robot dovrebbero mettere la sicurezza, l'apertura e la responsabilità in cima alla loro lista.

Conclusione

Come abbiamo visto in questo post sul blog, i robot che possono lavorare da soli potrebbero cambiare il mondo in cui viviamo. Questa tecnologia ha molti usi, dal rendere la produzione più efficiente all'aiutare le persone a ricevere cure migliori.

Ma, come con qualsiasi nuova tecnologia, ci sono questioni etiche e di sicurezza che devono essere attentamente ponderate e affrontate.

I robot autonomi possono sembrare la risposta a molti dei nostri problemi, ma dobbiamo ricordare che non sostituiscono l'interazione umana e il processo decisionale.

Invece, dovremmo considerarli come strumenti che possono aiutarci a raggiungere i nostri obiettivi e migliorare la nostra vita. Quando combiniamo la potenza dei robot a guida autonoma con la creatività e l'ingegnosità umana, possiamo fare cose incredibili che una volta erano ritenute impossibili.

Come ingegneri e studenti di robotica, abbiamo la possibilità di contribuire a plasmare il futuro di questa tecnologia e farla funzionare per il bene della società.

Continuiamo a esaminare cosa possono fare i robot autonomi, ma dovremmo anche tenere a mente i problemi etici e di sicurezza che derivano da questa nuova ed entusiasmante tecnologia.

Solo allora potremo davvero usare il potere dei robot che possono lavorare da soli per rendere il mondo un posto migliore per tutti.

Cos'È Un Robot Autonomo?