Il Laboratorio robotico Enea della Casaccia lavora alla realizzazione di una flotta di robot sottomarini bio-inspired da utilizzare in sciame. Questi sciami di robot-pesce potrebbero essere impegnati nel monitoraggio di strutture critiche, potenziali bersagli di attacchi terroristici, come piattaforme petrolifere, gasdotti o porti
Sempre più di frequente la robotica si avvicina alle scienze biologiche per sviluppare macchine capaci di imitare gli esseri viventi, i cosiddetti robot “bio-inspired”. All’Enea – Ente per le Nuove Tecnologie, L’Energia e l’Ambiente – ci lavorano da tempo. Negli ultimi anni, molti sforzi si sono indirizzati a questa branca della robotica per soluzioni innovative ispirate alla natura e che promette importanti sviluppi nel prossimo futuro: quella degli sciami. Gruppi di automi che agiscono in squadra, più semplici di un umanoide ma in grado di interagire per portare a termine un compito.
Il progetto Venus
Come ci conferma Claudio Moriconi, responsabile del Laboratorio Robotica dell’Enea, “[il Laboratorio] sta sviluppando da tempo una linea di ricerca che tende ad imitare i comportamenti e l’intelligenza di gruppo che si possono trovare in molte forme di aggregazione animale”. Basti pensare ad insetti, stormi di uccelli o colonie di pesci. E proprio a quest’ultimi si è ispirata Enea per realizzare il suo progetto di robot per applicazioni in ambito marino, il progetto Venus.
La ricerca sugli sciami di robot, avviata al Centro Ricerche Enea della Casaccia e finanziata dal progetto Seed dell’Istituto Italiano di Tecnologia ha portato alla realizzazione di un innovativo veicolo sottomarino che possiamo definire, a tutti gli effetti, un vero e proprio robot-pesce. “Abbiamo fatto partire questo progetto con due obiettivi”, ricorda Moriconi. “Il primo di tipo bio-ispirato, legato al controllo degli sciami, e il secondo mirato invece a contenere i costi”. In questo modo si cercano di ottenere diversi vantaggi: monitorare aree molto estese – portando simultaneamente i sensori in posti diversi – scambiare i dati per studiare l’ambiente in modo più preciso ed avere una visione simultanea da vari punti di vista.
Come si sviluppa un’intelligenza di gruppo
Venus non è stato pensato dunque, per immersioni in solitaria. Ogni robot ha un compito ben preciso e tutti insieme formano uno sciame “denso”, ovvero tanti robot cooperanti e coordinati, a distanza di poche decine di centimetri l’uno dall’altro, in grado di operare come un autentico banco di pesci. Come sottolinea lo stesso Moriconi, in acqua “la robotica degli sciami è molto meno sviluppata a causa sia degli alti costi di ogni unità che delle difficoltà nella comunicazione”. Questi sistemi infatti, sono nati per l’utilizzazione a terra dove hanno una serie di facilitazioni, come il wi-fi per la trasmissione dati. In un ambiente marino tutto si complica. L’interazione in ambiente subacqueo quindi, comporta una serie di adattamenti tecnologici che rendono Venus più complesso di un robot di terra.
Ogni singola unità ha una lunghezza di 130 centimetri e pesa 50 chili. Ha un’autonomia di 3 ore e può viaggiare ad una velocità di 2 nodi ad una profondità massima 100 metri. Per comunicare con i suoi fratelli in immersione potrà utilizzare un sistema di comunicazione cosiddetto “cognitivo”. Una nuova tecnologia per comunicazioni subacquee sviluppata in collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Elettronica dell’Università Tor Vergata. Su questa rete, ancora in fase di sviluppo, si basano i primi studi relativi all’intelligenza di gruppo. A breve sarà disponibile sia l’hardware acustico – attualmente in fase di test – che quello ottico. In questo modo, su distanze minori, sarà possibile servirsi di una comunicazione ottica e aumentare così ulteriormente il dialogo tra i robot. Ad ogni modo, Venus sarà in grado di gestire in modo intelligente il traffico dei messaggi scegliendo il canale più appropriato – acustico o ottico – in funzione dell’urgenza, della mole di dati e dell’affidabilità.
Sciami di robot-pesce per monitorare i fondali marini
Questo sistema “luce-suono” – la cui parte ottica è attualmente sotto richiesta di brevetto Enea – sarà montato a bordo della flotta di robot sottomarini automatici Venus. Le possibilità di applicazione di queste macchine sono molteplici. “Le più richieste sono quelle legate alla sorveglianza”, confida Moriconi. Sciami di robot-pesce potrebbero essere impegnati nel monitoraggio di strutture critiche, potenziali bersagli di attacchi terroristici, come piattaforme petrolifere, gasdotti o porti. Un branco di Venus in grado di muoversi in parallelo su aree molto estese e di comunicare tra loro potrebbe essere utilizzato anche per il soccorso in mare, il controllo degli ecosistemi e dell’inquinamento costiero e la ricerca di reperti archeologici. Secondo Moriconi poi, sarà possibile andare anche oltre, “sfruttando la capacità dello sciame di avere una sensorialità distribuita su grandi volumi di spazio, di mettere in comune apprendimenti dei singoli agenti, creando un apprendimento di sciame, di prendere decisioni condivise basate sulla conoscenza di ogni agente dell’ambiente circostante e così via”. Per questo il Laboratorio ha cominciato a sviluppare degli indicatori che possano misurare il livello di interazione e le variabili che danno luogo a comportamenti adattativi di gruppo, tipici di un’autentica “intelligenza di sciame”.
Terra in vista per Venus
La sperimentazione sugli sciami è attualmente in corso. Questi robot hanno la caratteristica di svolgere funzioni in parallelo, garantiscono il proseguimento delle attività anche se un’unità va persa e offrono quindi la possibilità di adempiere a compiti che non sarebbero possibili per un singolo robot. All’Enea sono già pronti alcuni prototipi. La prima applicazione operativa è prevista per il 2016, in progetti che riguardano sicurezza e sorveglianza dei fondali. Al riguardo dei quali però, per via della loro natura, vige ancora il massimo riserbo.
