STORIA

Introduzione
‘Robot’ è una parola coniata dal drammaturgo ceco Karel Capek per indicare il lavoro non volontario. La parola è stata introdotta nella sua opera teatrale “R.U.R. (Rossum’s Universal Robots)” messa in scena nel Gennaio 1921. Tuttavia, a differenza del concetto moderno, i robot di Capek erano dei servitori creati mediante procedimenti chimico/biologici e non erano meccanici. L’etimologia della parola ‘Robot’ è comunque da ricondursi al ceco robota che significa che significa ‘lavoro pesante’ o ‘lavoro forzato’. Altri termini a cui ricondurre il significato di ‘Robotica’ sono: ‘androide’ (dal greco anèr, andròs, ‘uomo’ che quindi può essere tradotto ‘a forma d’uomo’), ‘cyborg’ (‘organismo cibernetico’ o ‘uomo bionico’) che indica una creatura che combina parti organiche e meccaniche, infine ‘automa’ dal greco autòmaton significa ‘che si muove da sé’.
Oggi, con il termine ‘Robotica’ ci si riferisce allo studio e all’uso dei robot intesi come dispositivi elettromeccanici il cui comportamento viene controllato da opportuni comandi impartiti dall’uomo. Il termine ‘Robot’, nella sua accezione moderna, è stato utilizzato per la prima volta dallo scienziato e scrittore Isaac Asimov nella pubblicazione Runaround, una storia pubblicata nel 1942, in cui Asimov riportò per la prima volta le ormai famose Leggi della Robotica. La storia fu poi ripresa nel successivo romanzo ‘Io, Robot’.

I Robot - Isaac Asimov

Le leggi della robotica
Le leggi della robotica sono  state successivamente rielaborate e codificate dallo scrittore, quindi pubblicate nel testo Handbook of Robotics. Le leggi, inizialmente tre, sono poi state completate con l’aggiunta di una legge 0. Esse codificano le norme etico/comportamentali che un qualsiasi robot deve rispettare. L’organizzazione delle leggi, piuttosto che identificare compiti specifici, si limita a definire il ruolo che i robot possono assumere all’interno della società, vincolandone l’autonomia di comportamento  alla sicurezza dell’uomo e dell’umanità:

0. Un robot non deve provocare danno all’umanità sia tramite la sua azione che tramite un comportamento passivo. [aggiunta in seguito]
1. Un robot non deve ferire esseri umani o tramite la sua non azione consentire un danno agli stessi.
2. Un robot deve obbedire agli ordini degli esseri umani eccetto quando questi siano in contrasto con la prima legge.
3. Un robot deve agire per proteggere la sua stessa esistenza fintanto che tali azioni non siano in contrasto con le prime due leggi.

Definizione di robot
Un Robot è «un manipolatore riprogrammabile e multifunzionale progettato per spostare materiali, componenti, attrezzi o dispositivi specializzati attraverso vari movimenti programmati per la realizzazione di vari compiti» (Robot Institute of America, 1979). Il dizionario Garzanti invece riporta il termine ‘Robot’ come una «macchina automatica capace di svolgere, con opportuni comandi, alcune funzioni o attività proprie dell’uomo; automa meccanico».
In entrambi i casi ci si rende conto che la definizione di robot che possiamo trovare sulle fonti ufficiali, non risulta al passo con i tempi. In molti casi, mentre la visione di Isaac Asimov era oltremodo futuristica, queste definizioni si limitano ad un concetto di sistema robotico, limitato agli aspetti di automazione industriale tipici degli anni settanta. Gli sviluppi delle tecnologie robotiche avuti a partire dagli anni ottanta hanno tuttavia rivoluzionato il concetto di robot, trasformandolo da strumento di servizio in ambienti industriali di tipo strutturato, in sistema di utilità e collaboratore dell’uomo nel suo stesso ambiente.
Ad oggi potremo definire ‘Robot’ un sistema elettromeccanico riprogrammabile, dotato di capacità di percezione e di un intelligenza propria, predisposto per compiere un ampio numero di compiti diversi. I Robot si differenziano per applicazione, e struttura in diverse categorie: da robot mobili, manipolatori industriali, robot chirurgici …

Origini  storiche e curiosità
L’idea di realizzare dei sistemi meccanici autonomi ed intelligenti è abbastanza antica e rappresenta la sintesi tra il sogno di imitare la Natura e il bisogno di costruire macchine utili alla vita e al lavoro. La presenza di automi, cioè di esseri artificiali, rappresenta una costante che attraversa uniformemente tempi e culture diverse. Ovunque se ne trovano tracce: basti pensare al Golem del folclore ebraico (statua di argilla creata dai fedeli e animata dalle danze e dalle preghiere) o al Tupilak delle leggende di Canadesi (un’entità soprannaturale creata da uno stregone e “programmata” per combattere dei nemici).
Gli automi sono presenti già nella mitologia: ai tempi di Omero il primo creatore di “macchine” fu Efesto, dio del fuoco, a cui era attribuita la costruzione di macchine semoventi, servi meccanici e tavoli che si muovevano di propria volontà. Tra il mito e la storia è Dedalo, padre di Icaro, a cui la mitologia attribuisce la capacità di “infondere” il movimento agli oggetti che creava. Dedalo segna l’origine della lavorazione dei metalli, delle regole dell’architettura e delle prime statue lignee che, secondo la tradizione, muovevano automaticamente occhi, braccia e gambe.

Tra il V e il IV sec. a.C. il mondo del mito lasciò progressivamente il passo alla scienza e anche gli automi divennero prodotti dell’uomo. In età ellenistica, intelletti del calibro di Archimede ed Erone fornirono un grande contributo alla rivoluzione scientifica e tecnologica: molti dei principi di fisica, matematica, meccanica e astronomia cui diedero vita sono validi ancora oggi. L’eolipila o sfera di Eolo di Erone, per esempio, è un interessante strumento che mostra come l’energia termica possa essere trasformata in energia meccanica. Essa è il precursore delle macchine a vapore: sfrutta infatti la pressione derivante dal riscaldamento dell’acqua all’interno di una sfera metallica per generare un movimento.

Eolipila

Anche gli autori arabi concepirono dispositivi complessi. Tra il 1204 e il 1206 Al-Jazari, il celebre scienziato arabo cui si deve il Libro della conoscenza dei meccanismi ingegnosi, oggi considerato il culmine della meccanica araba, elaborò numerosi progetti di carattere “robotico”.
In Giappone, i Karakuri risalgono alla cosiddetta “Era di Edo”, il “Rinascimento” giapponese, collocata fra il 1600 e il 1867: non è certo un caso che oggi la patria della robotica sia il Giappone. La stesura dei manuali necessari alla costruzione di queste bambole, create per divertire sia i nobili sia la popolazione, rappresenta ancora il fondamento dell’odierna cultura ingegneristica del Giappone.

Bambole Karakuri

Occorre un salto di diversi secoli per giungere a quello che si ritiene il primo, compiuto progetto di robot umanoide dell’età moderna: esso si deve a Leonardo da Vinci e porta la data del 1495. Per quanto ne sappiamo, il cavaliere meccanico progettato da Leonardo era in grado di compiere movimenti del busto, degli arti, del capo; non siamo in grado di dire se tale idea sia rimasta allo stato di progetto o se essa abbia trovato un’effettiva realizzazione. Colui che invece realizzò il primo robot funzionante a noi noto fu Jacques de Vaucanson, che nel 1738 fabbricò un androide suonatore di flauto in grado di prodursi in movimenti complessi, altra sua celebre creazione fu l’anatra meccanica, in grado di mangiare e defecare. Tra il 1768 e il 1774 Pierre-Louis Jaquet-Droz e suo figlio Henry  costruirono una serie di automi ed oggetti meccanici, oggi visibili al Musée d’Histoire di Neuchatel:

  • Charles: uno scrivano capace di scrivere un testo di 40 lettere, andare a capo, lasciare spazio, intingere la penna nel calamaio.
  • Henry: un disegnatore che può eseguire quattro diversi schizzi a matita: un bambino con una farfalla, un ritratto di Luigi VX, i profili di Giorgio III e della moglie Charlotte di Mecklenberg e un cagnolino.
  • Marianne: una giovane intenta a suonare un organetto a canne. E’ in grado di eseguire cinque melodie differenti seguendo con gli occhi la tastiera. Inoltre “respira” tramite un sistema di mantici che le fa alzare e abbassare il petto, e compie tutta una serie di movimenti del capo che ne accrescono l’effetto di notevole realismo.

Automi meccanici di Jaquet-Droz

Tra i pezzi storicamente memorabili, va menzionato anche il Suonatore di Salterio, costruito nel 1780 dai tedeschi Roentgen e Kintzing per la regina Maria Antonietta. Nel 1769 Wolfgang De Kempelen, un inventore Ungherese al servizio della imperatrice Maria Teresa di Vienna, sviluppò il giocatore di scacchi, un meccanismo apparentemente in grado di giocare automaticamente a scacchi, ma in realtà animato tramite un sistema di leveraggi interni da un giocatore umano nascosto all’interno del congegno. A Kempelen si possono ricondurre numerosi contributi in termini della ricerca in robotica compresa la macchina parlante, descritta nel Mechanismus der menschlichen Sprache nebst Beschreibung einer sprechenden Maschine (1791). Tali proto-automi, tuttavia, restavano meccanismi non programmabili, e di fatto non autonomi.

Linee di sviluppo della robotica moderna
La robotica prende piede nella società negli anni ’70 come supporto alla produzione industriale. In quel periodo, l’ambiente in cui opera il robot e l’ambiente in cui opera l’uomo sono completamente separati al fine di garantire la sicurezza degli operatori. I primi robot inoltre operavano in ambienti completamente strutturati, ovvero dove le posizioni di tutti gli elementi con cui il robot doveva interagire erano note a priori. Successivi sviluppi della robotica, come la visione artificiale, hanno consentito di ridurre i vincoli imposti nell’ambiente.

La “liberazione” dei robot dalle gabbie e dagli ambienti strutturati in cui sono costretti in ambito industriale inizia negli anni ’80 con lo sviluppo della robotica di servizio. I cosiddetti “robot di servizio”, come i robot artificieri, i robot per missioni nello spazio o sottomarine, i robot per la chirurgia (che non sostituiscono il chirurgo, ma ne potenziano le capacità) o i robot per l’assistenza (sono allo studio robot in grado di compiere operazioni di utilità quotidiana quali pulire, lavare, servire pasti), o anche i robot per vari tipi di intrattenimento, stanno riscuotendo sempre maggiore credito e interesse. Uno sviluppo recente e estremamente promettente della robotica si è verificato nel campo della miniaturizzazione, che rende possibile la realizzazione di robot molto piccoli e capaci di muoversi nelle cavità del corpo umano, per effettuarvi la cosiddetta “chirurgia endoluminale” (questi robot si possono inghiottire o iniettare).

È possibile suddividere le aree di ricerca ed applicazione della robotica in diverse categorie:

I robot industriali, i primi in ordine di applicazione, hanno oggi un vastissimo impiego in tutti i settori della produzione. Essi infatti consentono di ridurre costi e tempi di produzione e di poter modulare i costi in base ai volumi di produzione necessari. Nel campo della robotica industriale esistono manipolatori per decine di applicazioni differenti, solo per citarne alcune: verniciatura, assemblaggio, pulizia, ispezione, saldatura, montaggio, movimentazione, taglio, controllo qualità, rilevamento, … ed il numero di applicazioni sembra destinato ad aumentare con il tempo e l’autonomia raggiunta da questi dispositivi.

Robot industriali

I robot sociali, individuano una nuova applicazione della robotica destinata ad essere nel futuro uno strumento di interazione sociale. Eliminata la barriera della sicurezza, tramite una serie accurata di norme e di certificazioni, i robot possono entrare a far parte della vita sociale. Ad oggi lo sviluppo dei robot sociali è ancora limitato, si va da alcuni esempi commerciali a risultati perlopiù sperimentali. Robot per il gioco (il Sony Aibò, Mitsubishi Wakamaru, i Lego Mindstorm), per il cinema (l’animatronica) e l’assistenza agli anziani (domotica), sono ormai diffusi. Di più recente ricerca invece sono i robot per l’interazione artistica, lo sport e la musica.

Robot sociali - Robot Era

In ambito medico, l’impiego della robotica sta rivoluzionando sia la pratica chirurgica (Computer Aided Surgery) che quella di clinica (fisioterapia, assistenza tecnologica). Nel corso degli ultimi anni diversi sistemi robotici sono stati progettati e commercializzati per completare gli apparati di chirurgia mini-invasiva, con strumentazione robotica in grado di rendere naturale ed intuitivo il processo di intervento. Il sistema Da Vinci (Intuitive Surgical), ad esempio, consente a un chirurgo seduto in una postazione prossima al paziente di operare come se le sue mani fossero realmente delle pinze all’interno del corpo del paziente. Un complesso sistema robotico provvede a raccogliere i movimenti delle dita del chirurgo e a trasmettere ad un sistema robotico di chirurgia mini-invasiva che opera sul corpo del paziente. Un sistema di camere stereoscopiche consente inoltre al chirurgo di vedere direttamente all’interno del corpo del paziente. Il sistema produce notevoli effetti positivi: riduce tempi di recupero, riduce complicazioni dovute a infezioni post-operatorie, limita lo stress fisico; tuttavia richiede una squadra medica altamente specializzata.

Robot per chirurgia - Da Vinci

In ambito terapeutico esistono ad oggi diversi sistemi di riabilitazione neuro-motoria basati su interfacce robotiche controllate al calcolatore. Questi sistemi possono essere applicati in diversi ambiti a seconda della patologia clinica. Ad esempio, smorzatori attivi del tremore possono essere impiegati in caso di sclerosi multipla o Parkinson; sistemi di registrazione ed ausilio motorio possono essere impiegati per esercizi post-traumatici o per particolari patologie che danneggiano le capacità motorie.

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