Nel mondo della robotica collaborativa si parla spesso di cobot, robot progettati per collaborare con gli esseri umani, e non per sostituirli, nello svolgimento di un compito, dalla movimentazione di carichi in ambito industriale fino agli interventi chirurgici. Ma recentemente si è iniziato a parlare anche di conbots, ovvero robot capaci non tanto di collaborare con le persone, quanto di connetterle tra loro.
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La comunicazione aptica: il linguaggio del contatto fisico
Esistono infatti molte attività collaborative in cui l’interazione fisica gioca un ruolo fondamentale poiché, attraverso il tatto e lo scambio di forze, gli esseri umani comunicano tramite il corpo in modo spesso inconsapevole.
Questa forma di comunicazione, in neuroscienze chiamata comunicazione aptica, è una forma di linguaggio implicito, ovvero non ha bisogno di essere cosciente per essere compreso dal cervello: i neonati iniziano a conoscere il mondo proprio attraverso il contatto fisico, ben prima di sviluppare pienamente linguaggio e capacità cognitive, e questa forma di comunicazione continua è centrale per l’apprendimento motorio anche nell’età adulta.
Basti pensare a due ballerini che riescono a coordinarsi perfettamente senza parlarsi, o a un insegnante che guida la mano di un bambino mentre impara a scrivere, a un maestro di violino che corregge il movimento dell’archetto di uno studente toccandolo, o ancora a un fisioterapista che accompagna il braccio di un paziente durante un esercizio.
In tutti questi casi, gli esseri umani usano il loro corpo per trasmettere numerose informazioni preziose: intenzioni motorie, ritmo, velocità, direzione del movimento, persino esitazioni e correzioni.
Quando il tatto manca: il caso dei violinisti
Ma cosa succede quando questo contatto fisico è intrinsecamente assente, ad esempio quando due violinisti stanno suonando insieme?
I musicisti infatti sono abituati a coordinarsi principalmente attraverso vista e udito, che usano per osservare i movimenti del partner, anticipare il gesto musicale, e sincronizzarsi con il suono. Eppure l’aptica, uno dei canali più rapidi e intuitivi che il cervello possiede per percepire il movimento altrui, è in questo caso escluso.
Cosa succederebbe se i due violinisti potessero fare più che solo vedersi e sentirsi, se potessero anche percepire fisicamente i movimenti l’uno dell’altro?
Il progetto europeo CONBOTS
Da questa domanda è nato CONBOTS (“CONnected through roBOTS”), un progetto finanziato dall’Unione Europea con quasi 5 milioni di euro nell’ambito del programma Horizon 2020 e coordinato dal professor Domenico Formica dell’Università Campus Bio-Medico di Roma, con la collaborazione di partner internazionali tra cui Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, la sua azienda spin-off IUVO srl, il CNR, l’Università di Newcastle e Imperial College London (UK), l’Università di Gand (Belgio), IBM e ARVRtech.
L’obiettivo del progetto era ambizioso: sviluppare una nuova classe di robot in grado di creare una connessione fisica tra persone impegnate in uno stesso compito motorio.
Gli esoscheletri che mettono in comunicazione i musicisti
Per esplorare questa idea, i ricercatori hanno scelto uno scenario tanto affascinante quanto complesso: suonare il violino.
Il team ha sviluppato una coppia di esoscheletri indossabili per gli arti superiori, progettati per essere leggeri e per non ostacolare i movimenti naturali.
I dispositivi misurano in tempo reale i movimenti delle braccia dei musicisti e generano forze proporzionali alla differenza tra i loro movimenti.
In pratica, i due violinisti possono “sentire” fisicamente ciò che sta facendo il partner, come se fossero collegati da una forza invisibile, ma continuando ad essere liberi di muoversi come preferiscono.
Le forze generate, il cosiddetto feedback aptico, sono infatti sufficienti a informare sul movimento dell’altro senza però vincolarlo, lasciando i musicisti completamente liberi di suonare in modo naturale ed espressivo.
I risultati dello studio pubblicato su Science Robotics
Per validarne l’efficacia, il sistema è stato testato con venti coppie di violinisti (dieci amatoriali e dieci professionisti) che hanno eseguito un brano musicale in quattro diverse condizioni:
- solo udito;
- udito e vista;
- udito e aptica;
- udito, vista e aptica.
I partecipanti non avevano mai utilizzato questi dispositivi e, soprattutto, non era stato detto loro cosa facessero.
Nonostante ciò, quando il feedback aptico era presente, la coordinazione migliorava significativamente: i violinisti muovevano le braccia in modo più coordinato tra di loro, allineavano con maggiore precisione gli archetti e producevano un’esecuzione musicale più sincronizzata.
Il risultato sorprendente è stato il miglioramento delle performance motorie e musicali con il feedback aptico rispetto al feedback visivo, anche considerato che i violinisti si esercitano per anni a coordinarsi proprio attraverso la vista.
Le prestazioni migliori in assoluto emergevano però quando tutti i canali sensoriali (udito, vista e tatto) venivano combinati, evidenziando il ruolo fondamentale dell’integrazione multisensoriale nei compiti motori fini.
Le possibili applicazioni future dei conbots
Lo studio, pubblicato recentemente sulla prestigiosa rivista Science Robotics, suggerisce che il tatto possa rappresentare un canale di comunicazione preferenziale tra esseri umani quando è necessario imparare a fare compiti motori coordinati.
A differenza della vista, che richiede attenzione cosciente, il feedback aptico viene elaborato dal corpo in modo immediato e inconscio.
Le implicazioni di questi risultati vanno ben oltre la musica.
In futuro, sistemi simili potrebbero essere utilizzati nell’apprendimento di nuovi compiti motori, nello sport e nella riabilitazione, permettendo a un insegnante, un allenatore o un fisioterapista di trasmettere movimenti e correzioni direttamente attraverso la comunicazione aptica.
E forse, un giorno, queste tecnologie potrebbero persino consentire alle persone di collaborare a distanza condividendo non solo voce e immagini, ma anche il senso del contatto fisico.
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