Un robot collaborativo destinato a supportare i lavoratori nelle mansioni più pesanti, come ad esempio operazioni di foratura in altezza; robot indossabili per assistere fisicamente nel sollevamento e trasporto di carichi pesanti; e dispositivi sensorizzati capaci di segnalare quando vengono assunte posture dannose per la salute. Queste sono solo alcune delle diverse tecnologie firmate Sophia – Socio-Physical Interaction Skills for Cooperative Human-Robot Systems in Agile Production, progetto europeo finanziato nell’ambito del programma di ricerca Horizon 2020 e coordinato dal ricercatore Arash Ajoudani dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova.
I progressi del progetto di ricerca sono stati presentati nell’ambito dell’European Robotics Forum di Rimini. Le tecnologie sopra citate rappresentano solo alcuni esempi delle diverse tecnologie targate “Sophia”, sviluppate per introdurre negli ambienti industriali tecnologie che migliorino l’ergonomia delle attività lavorative, prevenendo i Disturbi Muscolo-Scheletrici.
Inoltre, il progetto ha contribuito al processo necessario alla standardizzazione di tali tecnologie indossabili, attraverso la stesura di un CEN Workshop Agreement, ovvero linee guida per fare sì che gli strumenti di valutazione del rischio biomeccanico possano trovare applicazione diretta nel mondo produttivo.
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Il progetto
Il progetto Sophia è iniziato nel 2020 con l’obiettivo di sviluppare una nuova generazione di robot collaborativi e sistemi indossabili intelligenti che potessero migliorare l’ergonomia del posto di lavoro e la flessibilità della produzione, fino a raggiungere in futuro una personalizzazione di massa delle tecnologie.
Il progetto, coordinato da Arash Ajoudani, Principal Investigator del laboratorio Human-Robot Interfaces and Interaction (HRI) all’IIT di Genova, ha coinvolto 12 partner provenienti da sei stati membri europei ed è durato 4 anni.
Gli obiettivi del progetto Sophia sono stati raggiunti con la definizione di un insieme di tecnologie all’avanguardia che possono essere introdotte negli ambienti di lavoro industriali.
Tra queste troviamo:
- una tecnologia di monitoraggio in tempo reale per la valutazione dell’ergonomia dello spazio di lavoro
- robot collaborativi (CoBot) di nuova generazione con sistemi intelligenti ad alta capacità di carico e movimento agile
- dispositivi indossabili che funzionano sia come sistemi informativi, fornendo avvisi e guidando l’operatore che li indossa, sia come robot (wearBots) per avere un supporto mirato alle articolazioni
Strumenti di monitoraggio real-time per ottimizzare i processi lavorativi
Gli strumenti di monitoraggio real-time dell’ergonomia giocano un ruolo fondamentale nella prevenzione dei Disturbi Muscolo-Scheletrici (DMS) derivanti da posture scorrette e condizioni di lavoro sfavorevoli.
Questi strumenti permettono di facilitare l’analisi e la pianificazione per l’ottimizzazione dei processi lavorativi, oltre a permettere il monitoraggio in tempo reale dello stato della persona, in modo che i lavoratori possano ricevere istruzioni per migliorare la qualità, in termini di salute, delle loro azioni.
Interazioni uomo-robot più fluide con i Cobot Sophia
I CoBot Sophia sono progettati per essere agili, collaborativi e facilmente adattabili in tempo reale alle esigenze che si presentano nello svolgimento di un compito.
Partendo da una piattaforma robotica configurabile, un Assistente Robotico Collaborativo Mobile (MOCA), i ricercatori hanno sviluppato capacità tali che MOCA è in grado sia di eseguire diverse azioni in modo autonomo, sia di collaborare con un operatore umano.
MOCA è dotato di capacità di monitoraggio dello stato fisico della persona e della percezione dell’ambiente, facilitando un’interazione continua e fluida con l’operatore e un’esecuzione dei compiti molto efficiente.
Le tecnologie indossabili Sophia includono una gamma diversificata di dispositivi, dai meccanismi di feedback ai WearBots. I primi svolgono un ruolo cruciale nell’avvisare i lavoratori sullo stato delle loro posture, quando risultano subottimali e in condizioni di lavoro sfidanti, guidandoli verso alternative più salutari attraverso l’uso di diverse modalità, come per esempio vibrazioni o stretch cutaneo.
I secondi sono progettati per affrontare specifiche esigenze ergonomiche, come il supporto dei gomiti, delle ginocchia e della zona lombare, oltre a servire come ausili supernumerari a doppio braccio.
Le tecnologie Sophia sono state testate in casi d’uso industriali, dimostrando l’efficacia del loro utilizzo nei contesti produttivi.
L’intelligenza della macchina viene combinata con la sicurezza dei lavoratori, inoltre la produttività può aumentare grazie all’automazione (semi- o totale-) di compiti che richiedono un particolare sforzo fisico.
I test sono stati realizzati presso Hankamp, un’azienda manifatturiera di ingranaggi di alta qualità e componenti per ingranaggi con sede in Olanda, e Hidria, un’azienda leader mondiale nelle tecnologie automobilistiche e industriali con sede in Slovenia.
Questo approccio di co-design ha garantito un miglioramento continuo delle tecnologie Sophia valutando le prestazioni in corso e integrando feedback multi-livello, dai lavoratori di prima linea fino agli ingegneri di processo e agli specialisti della produttività.
Le tecnologie Sophia in azione
In un video i ricercatori mostrano alcuni esempi dell’uso delle tecnologie Sophia. Nel reparto industriale di Hankamp, il CoBot trasporta carichi pesanti mentre l’operatore lo muove attraverso un’interfaccia utente molto semplice, senza necessità di pre-programmazione.
Negli spazi di Hidria, il CoBot aiuta l’operatore a trasportare alcuni componenti meccanici, pianificando la traiettoria in base al livello di attenzione dell’operatore e al suo stress psicofisico.
All’Università di Twente (uno dei partner del progetto) l’esoscheletro supporta l’operatore nel trasporto di carichi pesanti. All’IIT di Genova, l’operatore insegna al robot le traiettorie da eseguire e le forze da esercitare sul tavolo; quindi l’operatore guida manualmente il CoBot per eseguire compiti in posizioni elevate, come per esempio l’uso di un trapano, e alleviando l’uomo dal trasporto fino a 16 kg di carico.
All’IIT, l’operatore utilizza anche un’interfaccia di Realtà Aumentata per ricevere istruzioni sul compito svolto insieme al CoBot. Il robot risponde alle esigenze di flessibilità tipiche di alcuni settori produttivi, come per esempio il riempimento di scatole e la classificazione degli oggetti.
