GLI AUTOMI
DI OGGI:
I ROBOT

 

di Gilles Caprari

 

PREMESSA
Una retrospettiva d’arte per sua natura non può che ripercorre ciò che è stato. Cerca di rimettere sotto i riflettori il passato illuminandolo alla luce del presente. È una condizione alla quale non sfuggono neanche le mostre che ci mostrano lo stato delle cose, catalogando il passato prossimo, il giorno prima, ma pur sempre lo ieri. Quando però a essere esposto è il futuro, le regole si sgretolano, le prospettive mutano, i criteri saltano. Ma si può realizzare una mostra sul futuro? No, ovviamente, perché in senso letterale non è mostrabile, ma una rassegna dei futuri così come l’umanità se li è immaginati, sì, è possibile eccome, se a essere protagonista è il manufatto che per eccellenza ha sempre pre-figurato il futuro: l’automa e il suo erede, il robot. È quello che realizzarono in grande stile i curatori della mostra Corpo Automi Robot, tenutasi al Museo d’Arte e a Villa Ciani a Lugano, dal 25 ottobre 2009 al 21 febbraio 2010, offrendo al pubblico la visone di reperti archeologici, disegni, libri a stampa, documenti relativi al teatro, al cinema e alla musica, varie tipologie di automi, giocattoli, dipinti, sculture, video, installazioni, robot industriali e ludici. Il visitatore veniva infatti calato in un tempo fuor di sesto, percorrendo a ritroso futuri via via più lontani, remoti, distanti dal nostro tempo perché sempre più posti indietro nel tempo. A raddrizzare l’orologio ci pensavano poi le più recenti applicazioni della robotica, lungo l’intero fronte delle loro applicazioni, dalla chirurgia all’intrattenimento. Non solo, di pari passo con le realizzazioni meccaniche e cibernetiche nell’arco dei secoli venivano affiancate le visioni che soprattutto nel Novecento gli artisti hanno avuto dell’uomo artificiale, non a caso in concomitanza con la più netta specializzazione delle tecnologie. A far da collante infine, l’immaginario fantascientifico di cui siamo tuttora impregnati, anche a nostra insaputa. Alla mostra si accompagnò un catalogo pubblicato dall’editore Mazzotta che, oltre a una nutrita documentazione degli automi, dei robot e delle opere d’arte in esposizione, si avvalse di un numero di contributi scritti altrettanto sostanzioso. Il testo che segue proviene da lì ed è stato scritto da uno dei curatori della mostra, Gilles Caprari, ricercatore in robotica ETHZ e direttore della GCtronic Robotica di Mendrisio. Si tratta di un’utile sintesi delle tappe che hanno portato l’umanità dalla Colomba di Archita al robot giocattolo, con cui si chiude il testo di Caprari. Tempo tre anni e sarebbe entrato in scena Roby.

 

 

La robotica è una scienza del XX secolo, ma alcuni degli aspetti dei robot contemporanei sono rintracciabili già nei miti e nelle leggende dell’antichità. Un esempio è il mito di Talos del secondo millennio a.C., gigante di bronzo guardiano dell’isola di Creta capace di gettare pesanti pietre sulle navi che vi si avvicinavano e di rendere il suo corpo incandescente. Già allora capacità superiori a quelle umane e la sostituzione dell’uomo nei compiti più duri e pericolosi caratterizzava questi primi “robot” dell’antichità. Ma per veder nascere il primo robot e la parola stessa, si dovrà attendere il XX secolo, il secolo per eccellenza dello sviluppo della robotica.
Il vocabolo robot non è nato in un contesto scientifico, appare infatti per la prima volta nella pièce teatrale R.U.R. (Rossum’s Universal Robots) del 1920 dello scrittore ceco Karel Čapek (1890-1938). Robot è una parola inventata partendo dalla parola ceca robota che significa lavoro servile. Questo nome è da ricondurre alla funzione che il robot descritto da Čapek svolgeva, sostituire l’uomo nel lavoro affinché potesse dedicarsi ad altre attività più piacevoli. Da questa piéce teatrale il termine robot sarà poi diffuso e reso popolare in tutte le lingue. Questa è stata la prima definizione, ma come tutte le definizioni, anche quella di robot si è evoluta. Già una macchina che include dei meccanismi e degli automatismi è a volte denominata robot, ma più corretto è definire robot una macchina dotata d’autonomia che reagisce alle variazioni dell’ambiente esterno.
Prima del termine robot e prima dello sviluppo delle tecnologie necessarie per far nascere la robotica, gli oggetti che possedevano la capacità di muoversi autonomamente, erano definiti automi (dal greco αὐτόματος, automatos che agisce di propria volontà). L’automa agisce senza avere la capacità di percepire l’ambiente esterno, mentre il robot è in grado di farlo.
La robotica antecedente il XX secolo, se così si può già definire, è stata caratterizzata essenzialmente da automi. Il primo automa della storia, presentato realmente come tale, risale al 380 a.C. e fu ideato da Archita di Taranto (428 a.C. – 347 a.C.). Era una colomba di legno che girava su se stessa, conosciuta in seguito come la Colomba di Archita.
L’età d’oro degli automi è però il XVIII secolo, secolo dello sviluppo dell’orologeria e della meccanica fine, influenzata dal fermento culturale dei Lumi. Sono perlopiù degli orologiai che costruiscono automi. L’obiettivo non è solo divertire o produrre un oggetto di lusso che manifesti le proprie capacità artigianali, ma imitare e riprodurre le caratteristiche del vivente. Celebri le creazioni di Jacques de Vaucanson (1709 -1792) e gli automi di Pierre Jacquet-Droz (1721-1790).
Nell’Ottocento si conosce un’accelerazione dello sviluppo degli automi, soprattutto quelli destinati alla produzione industriale. Appartengono sempre a questo secolo i primi passi compiuti nell’ambito della programmazione, come ad esempio l’Analytical Engine (1837) di Charles Babbage, anticipatore degli attuali computer e lo sviluppo da parte di George Boole (1854) dell’algebra booleana che permetterà la nascita dell’informatica (algebra che utilizza solo due valori, 0 e1).

Se già nell’Ottocento si delineavano i primi legami con la programmazione, il Novecento è il secolo durante il quale l’informatica e il successivo sviluppo dell’intelligenza artificiale permettono alla robotica di emergere.
Ma non sarà solo l’informatica a dominare. La robotica del XX secolo si fonde e si confonde con varie espressioni artistiche. Dimostrazione di ciò sono le leggi della robotica scritte da Isaac Asimov (1920-1992) nel suo romanzo (in realtà è una serie di racconti, ndr) I, Robot del 1950, che ancora oggi regolano la ricerca robotica e l’intelligenza artificiale:

Un robot non può recare danno a un essere umano, né può permettere che, a causa del proprio mancato intervento, un essere umano riceva danno. 

Un robot deve obbedire agli ordini impartiti dagli esseri umani, purché tali ordini non contravvengano alla Prima Legge. 

Un robot deve proteggere la propria esistenza, purché questa autodifesa non contrasti con la Prima e la Seconda Legge.

Non solo l’evoluzione della tecnica e della tecnologia, ma anche l’immaginario collettivo e le diverse forme d’arte (letteratura, cinematografia, ecc.) influenzano l’evoluzione della robotica creando attese sulle caratteristiche dei robot. A queste si aggiunge il desiderio di imitare la natura, già presente nello sviluppo dei primi automi, ma ancora più evidente nei robot umanoidi, nei cyborg e con gli attuali sviluppi dove biologia e robotica collaborano.

 

 

La robotica si è evoluta dalla meccanica all’elettronica, dall’informatica alla scienza logica fino all’intelligenza artificiale. Ognuno di questi passi è stato decisivo per la sua evoluzione, ma non per questo le prime fasi del suo sviluppo sono da considerare ultimate. La robotica meccanica non è una fase da considerarsi antica e sorpassata che più nessuno prende in considerazione poiché fu la prima. Al contrario, i vari campi che hanno interagito con la robotica rimangono in simbiosi fra loro, come ad esempio la meccanica che rimane alla base della robotica umanoide per far sì che gli androidi possano camminare. Allo stesso modo è da considerarsi l’intelligenza artificiale. Essa rappresenta l’ultimo passo compiuto nell’ambito dell’evoluzione della robotica, ma non per questo può sussistere sola. Essa è sì una scienza indipendente dalla materia, ma sempre più si sviluppano concetti di embodied intelligence (intelligenza integrata nel corpo) e d’interazione con l’ambiente.
Inoltre la robotica (o meccatronica) s’insinua sempre più nelle attività quotidiane diventando sempre meno distante dal grande pubblico: la si ritrova ormai in oggetti di uso comune come ad esempio i trapani moderni, i sistemi di posteggio automatici, la domotica.
Questa evoluzione è stata permessa da passi importanti che hanno segnato la storia della robotica. Qui di seguito alcuni.

1913 – Hammond e Miessner sviluppano il primo cane elettrico che si distingue dagli automi per le sue reazioni agli stimoli esterni, il loro cane Seleno è infatti attratto dalla luce.

1946 – Viene sviluppato ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) primo calcolatore automatico elettronico del peso di 30 tonnellate.

1950 – Alan Turing nella sua pubblicazione Computing Machinery and Intelligence, si pone una domanda: le macchine possono pensare? Per trovare una risposta sviluppa un test che prenderà il suo nome (Test di Turing): se da una serie di risposte date da una macchina, un uomo non riesce a distinguere se a rispondere è stato un essere umano o una macchina, la macchina ha passato il test.

1951 – Walter Grey sviluppa la sua Machina speculatrix, primo robot ispirato alla biologia. Questo robot viene utilizzato da Grey per i suoi studi sul comportamento animale dimostrando l’esistenza di diverse reazioni che creano un comportamento complesso.

1954 – Raymond Goertz sviluppa i primi bracci meccanici per operare a distanza del materiale radioattivo.

1956 – Nasce il concetto d’intelligenza artificiale.

1958 – Viene sviluppato Unimate, primo robot utilizzato nell’industria automobilistica.

1967 – Nasce Shakey (Standford SRI), primo robot mobile capace di reagire autonomamente a situazioni semplici non programmate.

Dagli anni Settanta in poi la robotica cresce e abbandona per sempre l’era degli automi. Grazie allo sviluppo dei circuiti integrati, i robot sono ora in grado di svolgere delle mansioni in modo autonomo senza l’intervento umano.

1973 – WABOT-1 (Giappone, Ichio Kato) è il primo robot bipede. Il Giappone si distinguerà per lo sviluppo di robot umanoidi. Questa scelta è dettata, oltre che da ragioni storico-culturali, anche dalla convinzione che l’uomo può comunicare più facilmente con un robot di tipo umanoide. Nel 1984 seguirà WABOT-2, robot che sa leggere uno spartito e suonare l’organo.

Durante gli anni Ottanta conoscerà grande sviluppo l’intelligenza artificiale: l’intelligenza delle macchine e la branca dell’informatica che la studia. Rodney Brooks, innovando, sviluppa in questi anni la subsumbtion architecture, un’architettura informatica bioispirata non più basata sull’informazione simbolica astratta, ma composta da vari livelli di comportamenti organizzati dal basso verso l’alto, dalla reazione basilare ai comportamenti più evoluti. Comportamenti spesso semplici che legano direttamente la percezione all’azione e che si sommano o inibiscono a dipendenza dagli stimoli esterni.
Sempre negli anni Ottanta sarà concepita l’intelligenza artificiale distribuita dove più entità interagiscono fra loro per uno scopo comune. Da qui nascono quelli che sono stati definiti i multi agent system che hanno dato in seguito origine alla robotica collettiva (l’intelligenza a sciame, l’intelligenza distribuita in un gruppo).
Questi sono ambiti di ricerca ancora in fase di sviluppo e costituiscono i campi di studio del futuro. La robotica è oggi anche in stretta relazione con la biologia: capire le macchine e allo stesso tempo capire l’uomo e la natura che lo circonda. Un’altra sfida della robotica.

 

 

I CAMPI DELLA ROBOTICA
Negli ultimi decenni la robotica si è ampliata, ma si è anche suddivisa in varie specializzazioni che si sono arricchite le une con le altre. Qui di seguito sono presentate in maniera distinta, ma in realtà sono intrecciate e offrono linfa e ispirazione l’una all’altra, come dimostrano i campi attuali della robotica.
Queste diverse specializzazioni sono presentate nella mostra (Corpo, Automi, Robot, come nei successivi rimandi, ndr) con oggetti della storia recente e con gli ultimi frutti della ricerca di laboratori di fama internazionale, e sono così suddivise:

i robot industriali, manipolatori o bracci robotizzati, la forza lavoro nelle catene d’assemblaggio;

i robot mobili, veicoli completamente o parzialmente autonomi caratterizzati da un’ampia libertà di movimento;

i robot umanoidi, robot con sembianze umane e talvolta con un’intelligenza che cerca di imitare l’uomo;

gli ibridi, i cyborg o gli organismi cibernetici, quando l’artificiale e il biologico si fondono, come ad esempio gli impianti nel corpo umano.

Questi quattro campi sono anche il riflesso dell’evoluzione storica della robotica. I robot manipolatori sono ampiamente utilizzati nell’industria, i veicoli robotizzati sono meno diffusi ma stanno prendendo sempre più piede, i robot umanoidi sono per il momento ancora dei prototipi ma diventeranno presto prodotti commerciali, mentre gli ibridi stanno diventando una realtà diffusa.

 

I ROBOT INDUSTRIALI
I robot industriali di prima generazione erano molto più simili a degli automi che a dei robot, solo in seguito hanno sempre più acquisito capacità di interagire con l’ambiente esterno utilizzando sensori e telecamere.
L’idea di base del robot manipolatore è rimasta la stessa a partire dagli anni Sessanta. Questi robot riprendono semplicemente i gesti dell’uomo e la sua laboriosità imitandone spesso pure la forma (bracci meccanici che riprendono le caratteristiche degli arti: gomito, spalla, polso, mano prensile).
Oggi però si sviluppano nuovi robot manipolatori a cinematica parallela, usatissimi nei movimenti rapidi e precisi e per lo spostamento di piccoli oggetti, dal cioccolatino al minuscolo filo che collega il cuore del circuito integrato al suo involucro esterno.
Altre nuove realizzazioni di bracci meccanici sono i manipolatori che possono essere compresenti all’uomo. Questi non sono più separati con delle griglie per evitare eventuali rischi per l’essere umano, ma ne condividono lo spazio di lavoro e diventano il terzo braccio o la terza mano di un operatore che deve svolgere delle azioni sofisticate.
Nel 2007 sono stati installati nel mondo 114.365 nuovi robot industriali (fonte dei dati ifr.org). Questi numeri mostrano come ancora attualmente gran parte del giro d’affari della robotica sia costituito dalla robotica industriale.
Sebbene diffusa, questo tipo di robotica ha suscitato accese discussioni, poiché per la prima volta i robot hanno realmente sostituito l’uomo nel suo lavoro come già Čapek aveva preannunciato nella sua piéce teatrale. La controversia fra lavoratori umani e robot rimane comunque ancora aperta: meglio aumentare il profitto e i benessere sostituendo forza lavoro con i robot o mantenere i posti di lavoro?

 

I ROBOT MOBILI
Se nel caso dei robot industriali il robot è fissato al suolo o a una struttura meccanica, il robot mobile è libero di muoversi imitando la libertà di movimento dell’uomo. Questa caratteristica ha delle conseguenze drammatiche per quel che riguarda le abilità del robot. Non solo ruote, ma anche sensori e capacità di reazione. Come l’uomo si è alzato, ha iniziato a camminare ed è in questo modo evoluto, così il robot mobile è costretto a diventare sempre più scaltro…
I sistemi di locomozione utilizzati nella robotica mobile sono spesso delle ruote (due o più) che trasportano il corpo del robot contenente batterie, sensori e sistemi di comunicazione. Di robot mobili ne esistono di varie dimensioni: dal minuscolo trasportatore di cellule visibile solo al microscopio, al robot di alcuni centimetri di diametro che si muove su una scrivania, al robot aspirapolvere che pulisce anche sotto il letto, agli Automatic Guided Vehicle che trasportano materiale all’interno dei magazzini automatizzati.
La mobilità non si è però sviluppata esclusivamente per mezzo delle ruote. Il movimento è possibile anche camminando, saltando, volando e nuotando. Con questi vari sistemi di locomozione, i robot possono esplorare zone a noi inaccessibili perché distanti e pericolose. Già da tempo esistono infatti robot per manipolare materiale pericoloso all’interno di centrali nucleari o industrie chimiche. Ma ora i robot esplorano pianeti sempre più lontani (come il robot esposto Shrimp sviluppato per andare su Marte), vanno nei canali delle fognature, in piccoli tubi o nelle fessure rimaste in un edificio crollato dopo un terremoto.

 

I ROBOT UMANOIDI
Il robot umanoide (o androide) è la punta dell’iceberg della robotica visibile al grande pubblico: ciò che ognuno sogna per risolvere tutte le proprie faccende pratiche.
Celebrati dalla letteratura e dalla cinematografia, i primi robot umanoidi sono stati realizzati negli anni Ottanta e solo da qualche anno muovono i primi passi in modo realmente autonomo. Molto presenti sulla scena mediatica, ciò che li differenzia da tutti gli altri robot è il tentativo di copiare le sembianze umane (talvolta pure l’intelligenza), sperando di raggiungere goffamente le evolute capacità dell’uomo.
La locomozione è ottenuta con due gambe che con il resto del corpo muovono passi in maniera dinamica. Hanno braccia per svolgere i loro futuri compiti, occhi per vedere e interpretare ciò che li circonda, parlano e sentono i comandi trasmessi dall’utilizzatore.
Benché gli umanoidi per definizione dovrebbero somigliare all’uomo, la tecnica e la fantasia permettono realizzazioni anche in forme diverse. Per esempio il robot esposto RoboX ha un occhio per vedere e uno per esprimere sensazioni tramite una matrice di LED. Viene così utilizzata la forma antropomorfa esclusivamente laddove si ritiene ce ne sia un bisogno. È provato che la sembianza umana faciliti l’interazione e l’accettazione del robot.
Un altro esempio è il robot esposto Robota. È stato sviluppato a forma di bambola per permettere l’interazione con bambini autistici e per sviluppare un senso di attaccamento necessario all’apprendimento o alla sperimentazione.
Allo stesso modo, alcune sembianze umane sono essenziali per far prendere parte un robot a una piéce teatrale e farlo recitare con un attore, come nel caso del teatro che vede protagonisti un uomo, una donna e tre robot (pièce teatrale rappresentata in concomitanza alla mostra).
I robot hanno sembianze non solo umane ma anche animali, come ad esempio, gatti, cani o dinosauri. Questo non solo per gioco, ma anche per una funzione terapeutica. Ad esempio il robot foca Paro è un peluche robotizzato che alcune persone sole amano avere a contatto come se fosse un animale domestico, evitando le difficoltà fisiche dell’animale vero e proprio. Qui di nuovo la somiglianza permette un legame particolareggiato fra l’uomo e l’oggetto animato.

 

I CYBORG
I cyborg (organismo cibernetici o ibridi) sono un’espressione ulteriore del campo precedente dei robot umanoidi e possono essere considerati il punto estremo dell’integrazione tra uomo e macchina. Si pensa che i cyborg siano robot distanti da noi, ma in effetti fanno parte di questa categoria anche le protesi (esempio esposto), i pacemaker, i defibrillatori interni (esposti), le pompe cardiache (esposta).
Tra i cyborg si possono ulteriormente distinguere i seguenti sottogruppi:

gli impianti chirurgici installati all’interno del corpo per migliorare o sostituire funzioni umane, come ad esempio i tendini artificiali, i pacemaker, gli stent nelle arterie, le valvole, ecc;

le protesi e gli arti artificiali collegati al sistema nervoso, in modo da essere controllati in modo quasi normale dal cervello. Il controllo tramite impulsi nervosi li rende relativamente comodi e maggiormente accettati. Queste protesi sono sempre più sviluppate per i militari colpiti da incidenti durante i combattimenti. Questi uomini diventano così dei veri cyborg:

il telefonino, il telecomando o gli altri aggeggi elettronici che fanno talmente parte di noi che sono come un’estensione del nostro corpo, questa è da considerarsi però un’interpretazione estrema del cyborg.

ALTRE CATEGORIE DI ROBOT
All’interno delle categorie descritte in precedenza, vi sono alcuni sottogruppi importanti da menzionare poiché sono di particolare interesse per il loro impatto sociale: i robot del futuro sviluppati nell’abito della ricerca scientifica e due argomenti agli antipodi, i robot militari e i robot giocattolo.

 

I robot del futuro della ricerca scientifica
La ricerca robotica si occupa di svariati campi, di cui uno in particolare solletica la fantasia: l’intelligenza multi agenti. Essa si occupa dello studio dell’intelligenza distribuita all’interno di sciami, siano essi formati da agenti omogenei o eterogenei. Per quanto riguarda gli agenti omogenei, tutti hanno lo stesso valore e tutti la stessa legge comportamentale ma ognuno si comporta a dipendenza di quello che gli succede attorno.
Nell’esperimento esposto in mostra intitolato L’ospedale tutti e quattro i robot sono uguali e si muovono casualmente. Quando uno si ammala, gli altri reagiscono a questo stimolo modificando il loro comportamento e quindi si dirigono verso l’ammalato, lo circondano, e lo accompagnano all’ospedale.
Per quanto riguarda gli agenti eterogenei, un esempio d’avanguardia è il progetto europeo Swarmanoid dove tre funzioni normalmente appartenenti a un solo corpo sono rappresentate da tre robot specializzati e differenti: il robot piede, il robot mano e il robot occhio. Il primo si può muovere sul terreno, il secondo può salire su uno scaffale e afferrare un libro, il terzo si può attaccare al soffitto osservando la scena dall’alto.

 

I robot nel campo militare e nella protezione civile
Esistono vari tipi di robot utilizzati in guerra e per la sicurezza. In guerra si occupano di portare informazioni senza mettere a repentaglio la vita dei militari. Esempi sono i robot cingolati che osservano se dietro l’angolo c’è un eventuale pericolo o gli aerei semiautonomi che da altissima quota informano i servizi di intelligence con immagini ad altissima risoluzione. 
Simili robot vengono pure usati per la protezione civile o per azioni di polizia: ad esempio i robot artificieri (esposto da Armasuisse) o gli sciami di robot volanti che creano una rete di comunicazione flessibile ed immediata nel caso di catastrofe per aiutare le operazioni di ricerca e salvataggio (progetto Armasuisse ed EPPL).

 

I robot giocattolo
I robot giocattolo sono a ogni Natale sempre più presenti nelle nostre case e sono quindi quelli che sono a noi più vicini. Il robot giocattolo non è più costituito dal semplice meccanismo mosso da due batterie, ma è sempre più un oggetto d’altissima tecnologia con sensori e gli ultimi ritrovati della ricerca.
Il robot cane AIBO della Sony (esposto) possiede venti gradi di libertà, occhi che vedono e riconoscono e orecchie che sentono.
Il robot dinosauro Pleo sotto la pelle ha sensori tattili che reagiscono alle nostre carezze producendo mugolii che rendono il robot più attraente e vivo.
Il robot giocattolo costituisce anche un modo per avvicinare i bambini e i ragazzi alla tecnologia e alla scienza. È il caso del robot Lego Mindstorm (esposto) che offre la possibilità di costruirlo e programmarlo: il gioco diventa così un vero e proprio corso di robotica. Questo non per diventare in futuro tutti ingegneri, ma per vivere forse meglio in questo mondo sempre più tecnologico, avvicinandovisi in modo simpatico e sperando che in futuro la tecnologia costituisca una barriera sempre per meno persone.