La robotica sposa la sostenibilità: due esempi dal Politecnico di Torino - Agenda Digitale

Human-centered design

La robotica sposa la sostenibilità: due esempi dal Politecnico di Torino

Il robot per l’agricoltura di precisione e la sedia a rotelle robotizzata: due esempi dal Politecnico di Torino di robotica di servizio e sostenibilità. Dagli obiettivi ONU alla progettazione, focus sulle diverse tipologie di robot e i rispettivi tassi di crescita. Da bilanciare sui bisogni di esseri umani e ambiente

02 Feb 2021
Giuseppe Quaglia

Politecnico di Torino

Luca Carbonari

Politecnico di Torino

Andrea Botta

Politecnico di Torino

Paride Cavallone

Politecnico di Torino

Carmen Visconte

Politecnico di Torino

Il legame tra robotica e sostenibilità è complesso e in via di costruzione.

Per esemplificare come i principi e gli obiettivi di sostenibilità possono condurre allo sviluppo prima di prototipi e poi di prodotti, possono essere utilizzati due “casi studio” di robotica di servizio e sostenibilità realizzati al Politecnico di Torino: il primo è un robot mobile destinato all’agricoltura di precisione, Agri.q, correlato agli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile 7, 12, 15.

Il secondo è una sedia a rotelle robotizzata, Wheelchair.q, dedicata al superamento delle barriere architettoniche ed al miglioramento della qualità della vita e del benessere delle persone con disabilità, correlata quindi all’Obiettivo di Sviluppo Sostenibile 3.

Il Robot Mobile Agri.q per l’agricoltura di precisione

Il Robot mobile AGRI.Q[2] è un UGV- Unmanned Ground Vehicle, ovvero un veicolo terrestre senza pilota. Ha una mobilità efficace ed efficiente su terreni agricoli sconnessi ed in forte pendenza, ed è dotato di strumenti in grado di cooperare con diverse tecnologie per mappare e monitorare l’effettivo andamento dei processi agricoli e di raccogliere campioni di foglie e suolo. È stato realizzato nel centro PIC4SeR-Politecnico Interdipartmental Centre For Service Robots, ed è destinato ad implementare le metodologie specifiche della cosiddetta agricoltura di precisione.

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L’agricoltura di precisione è una tecnica di gestione delle colture che impiega strumenti e tecnologie per “fare la cosa giusta, nel posto giusto al momento giusto”, con l’obiettivo di ottimizzare l’efficienza e la qualità e di migliorare la sostenibilità climatica e ambientale.

robotica di servizio e sostenibilità

I requisiti di progetto che ne hanno indirizzato lo sviluppo sono principalmente derivati dalle esigenze della viticoltura, ma ne consentono l’utilizzo anche in altre tipologie di frutticoltura ed agricoltura.

I vigneti considerati sono composti da filari con altezza compresa tra 0,5 e 2,5 metri e distanza reciproca compresa tra 1,5 e 2 metri. Il terreno su cui il robot è destinato a muoversi può essere erboso o soggetto ad erpicatura, e la pendenza in aree collinari può essere anche del 35%.

Da questo ambiente sono derivati una serie di requisiti di progetto:

robotica di servizio e sostenibilità

Il robot ha un ingombro limitato ed una massa di soli 100 kg, per ridurre il consumo energetico e la compattazione del terreno. Il sistema di locomozione ad otto ruote consente di ottenere un’efficienza simile a quella dei veicoli a ruote ed una mobilità su terreni sconnessi simile a quella dei cingolati. È dotato di quattro unità di locomozione, due nel modulo frontale e due nel modulo posteriore: ogni unità ha due ruote, un meccanismo a bilanciere e un motoriduttore elettrico per la trasmissione del moto alle ruote.

robotica di servizio e sostenibilità

La presenza dei bilancieri sulle unità di locomozione e di un asse di rollio posteriore consentono una corretta distribuzione del carico normale sulle ruote in presenza di irregolarità longitudinali e trasversali.

Il pannello superiore, realizzato attraverso l’utilizzo di pannelli fotovoltaici, serve sia come piattaforma di atterraggio dei droni, che cooperano con il robot nelle attività di monitoraggio, sia come superficie di captazione della radiazione solare. Per svolgere adeguatamente questi compiti, il pannello è orientabile grazie a due gradi di libertà azionabili del telaio del robot.

robotica di servizio e sostenibilità

robotica di servizio e sostenibilità

Infine, il robot è dotato di un braccio robotico collaborativo ad elevata destrezza (7 gradi di libertà) dedicato ad operazioni di campionamento e prelievo, il cui spazio di lavoro è espandibile grazie alla riconfigurazione di Agri.Q

robotica di servizio e sostenibilità

L’intero processo di progetto unisce la robotica di servizio alla sostenibilità: consente di realizzare tecniche colturali dal minor impatto ambientale; implementa il concetto di risparmio energetico tramite la minimizzazione del peso e l’efficienza del sistema di locomozione; utilizza più possibile le energie rinnovabili per il proprio funzionamento; libera l’uomo dalle attività ripetitive di monitoraggio per una migliore focalizzazione su quelle di gestione e decisione.

Wheelchair.q, la sedia a rotelle robotica al servizio della disabilità

Un numero consistente di persone, tra l’1% ed il 2% della popolazione, utilizza le carrozzine per la mobilità individuale. Il problema diventerà ancora più rilevante con l’invecchiamento della popolazione.

Le barriere architettoniche continuano a limitare la mobilità e l’accessibilità a edifici pubblici e privati. Per tutte queste ragioni è importante lo sviluppo di dispositivi che possano garantire una piena mobilità agli utenti, salire su scale e marciapiedi, muovendosi sia indoor che outdoor.

robotica di servizio e sostenibilità

La carrozzina Wheelchair.Q05[3] è un prototipo realizzato al Politecnico di Torino che utilizza gli approcci tipici della robotica mobile per il riconoscimento degli ostacoli, per la gestione dei sottosistemi di attuazione e governo e per la locomozione.

Funziona grazie a due gruppi di locomozione a tre ruote, che consentono una mobilità efficiente su superfici piane e che permettono di implementare una sorta di “gruppo rotante” per il superamento di scale e scalini.

Il telaio articolato permette di adattarsi alla geometria degli ostacoli da superare, di filtrare le oscillazioni percepite dall’utente durante il moto sulle scale, di posizionare la seduta con l’inclinazione e l’assetto desiderato, in modo automatico.

Una forte attenzione è dedicata ai temi di sicurezza: la sedia è in grado di garantire comunque la stabilità e l’assenza di ribaltamento anche in caso di arresto di uno dei sistemi di locomozione, grazie alla presenza di un cingolo non motorizzato nella zona posteriore. Il cingolo definisce la propria posizione in funzione della geometria dell’ostacolo e della fase di superamento dello stesso.

Tutto il progetto è stato fortemente indirizzato dalle tecniche di Human-Centered design, e si è quindi focalizzato su bisogni e requisiti dell’utilizzatore: una sedia sicura, vistosa il meno possibile, semplice da utilizzare, confortevole.

robotica di servizio sostenibilità

Robotica di servizio e sostenibilità: quali sono le sfide aperte

Il panorama delle applicazioni di robotica di servizio è molto ampio ed in continua evoluzione ed i due esempi citati non sono che spunti di riflessione, simbolici di un processo di correlazione tra bisogni e soluzioni, in un’ottica di sostenibilità.

In conclusione, la robotica ed in particolare la robotica di servizio, può rappresentare un ambito che offre importanti opportunità per rispondere a fondamentali bisogni dell’essere umano, dell’ambiente e della società. Devono al contempo essere poste tutte le attenzioni necessarie per la tutela della privacy, la sicurezza nell’uso delle tecnologie, il pieno governo delle tecnologie stesse e del loro impatto sia sugli utenti che sull’ambiente.

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  1. Report of the UN World Commission on Environment and Development: Our Common FutureGro Harlem Brundtland Oslo, 20 March 1987
  2. Design of a UGV Powered by Solar Energy for Precision Agriculture / Quaglia, Giuseppe; Visconte, Carmen; Scimmi, Leonardo Sabatino; Melchiorre, Matteo; Cavallone, Paride; Pastorelli, Stefano. – In: ROBOTICS. – ISSN 2218-6581. – 9:1(2020), p. 13.
  3. Design of a self-leveling cam mechanism for a stair climbing wheelchair / Quaglia, Giuseppe; Nisi, Matteo. – In: MECHANISM AND MACHINE THEORY. – ISSN 0094-114X. – STAMPA. – 112(2017), pp. 84-104.

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