La combinazione di arti quadrupedi e bracci manipolatori permette a questo robot di interagire con l’ambiente circostante in modo più complesso rispetto ai modelli tradizionali, grazie alla telepresenza. Potrà essere utilizzato per tenere gli operatori umani lontani da situazioni pericolose.

Dual-Arm HyQReal è un robot quadrupede avanzato sviluppato dall’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), progettato per combinare mobilità e manipolazione in ambienti complessi. Questo robot rappresenta un’evoluzione significativa nel campo della robotica, grazie alla sua capacità di muoversi agilmente su terreni difficili e di eseguire compiti di manipolazione grazie ai suoi due bracci robotici.

Il design di HyQreal

Il design del HyQReal si basa su una struttura robusta e flessibile, che gli consente di affrontare sfide operative in scenari di soccorso, ispezione e manutenzione.
La combinazione di arti quadrupedi e bracci manipolatori permette al Dual-Arm HyQReal di interagire con l’ambiente circostante in modo più complesso rispetto ai robot tradizionali.
La ricerca e lo sviluppo di questo robot mirano a migliorare l’autonomia e la versatilità dei sistemi robotici, aprendo nuove possibilità per applicazioni industriali e di servizio.
Ciò è possibile grazie a una innovativa integrazione del software con l’hardware robotico.

HyQReal, un progetto svolto in collaborazione con l’INAIL

Affinché questa combinazione funzioni, sono necessarie due cose. Primo, un sistema di controllo intuitivo che permetta all’utente di incarnarsi nel robot per pilotarlo efficacemente.
Secondo, un robot che possa fornire il tipo di incarnazione di cui il pilota umano ha bisogno.
La seconda parte è la più impegnativa, perché gli esseri umani hanno standard molto elevati per quanto riguarda la mobilità, la forza e la destrezza.
I ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) hanno individuato un sistema che riesce a soddisfare entrambi i requisiti. “L’obiettivo principale di questo progetto, condotto in collaborazione con l’Inail, è estendere le capacità umane al robot, consentendo agli operatori di eseguire compiti complessi a distanza in ambienti pericolosi e non strutturati per ridurre i rischi per la loro sicurezza sfruttando le capacità del robot”, spiega Claudio Semini, che guida il progetto Robot Teleoperativo all’IIT.

Il progetto è basato sul robot idraulico HyQReal, l’ultimo arrivato nella famiglia di quadrupedi dell’IIT.

Il sistema è progettato per essere utilizzato in ambienti pericolosi dove non si vorrebbe inviare un essere umano, grazie alla telepresenza. Ecco perché il partner dell’IIT in questo progetto è l’Inail, l’Istituto Nazionale per l’Assicurazione contro gli Infortuni sul Lavoro, che è comprensibilmente molto interessato a trovare modi in cui i robot possono essere utilizzati per tenere gli esseri umani lontani da situazioni pericolose.

Nei test con i Vigili del fuoco italiani, nel 2022 (utilizzando una versione precedente del robot con un solo braccio), gli operatori sono stati in grado di utilizzare il sistema per spegnere un incendio simulato in un tunnel. È un buon inizio, ma Semini ha in programma di spingere il sistema a gestire “compiti più complessi, pesanti e impegnativi, che mostreranno meglio il suo potenziale per applicazioni nel mondo reale”.

HyQReal sopporta un carico utile di 5 kg per ogni braccio

Il quadrupede idraulico HyQReal può funzionare a batteria, anche se durante gli esperimenti all’IIT è stato collegato all’alimentazione. HyQReal monta bracci IIT-INAIL, che pesano 10 kg ciascuno e hanno un carico utile di 5 kg per braccio. P
er fare un confronto, il carico utile massimo di un robot Spot di Boston Dynamics è di 14 kg.

La configurazione dei bracci montati sulla testa significa che possono raggiungere il suolo e hanno anche uno spazio di lavoro sovrapposto per consentire la manipolazione bimanuale, che è migliorata dalla capacità di HyQReal di muovere il proprio corpo per assistere i bracci nel loro raggio d’azione.

“Lo sviluppo di tecnologie di attuazione di base con alta potenza, basso peso e controllo avanzato è stato un fattore chiave nei nostri sforzi”, afferma Nikos Tsagarakis, capo del laboratorio HHCM all’IIT. “Queste tecnologie ci hanno permesso di realizzare un sistema di manipolazione bimanuale a basso peso con alta capacità di carico utile e ampio spazio di lavoro, adatto per l’integrazione con HyQReal.”

Massimizzare lo spazio raggiungibile è importante, perché il robot dovrà agire sotto il controllo remoto di un umano, che probabilmente non ha alcun interesse particolare o cura per i vincoli meccanici o di potenza ma vorrà solo portare a termine il suo lavoro.

HyQReal è dotato di un sistema di teleoperazione

Per consentire all’operatore di portare a termine il lavoro, l’IIT ha sviluppato un sistema di teleoperazione, con un ampio spazio di lavoro che consente all’utente di sfruttare maggiormente l’intera gamma di movimenti del robot. “Ecco perché è importante studiare la qualità dell’esperienza degli operatori. Ci permette di progettare i sistemi aptici e di teleoperazione in modo appropriato, perché fornisce intuizioni sui livelli di piacere o frustrazione associati alla visualizzazione immersiva, al feedback aptico, al controllo del robot e alle prestazioni del compito”, conferma Sarakoglou.

Quando i robot si confrontano con le applicazioni nel mondo reale si scopre sempre che c’è ancora molto lavoro da fare, afferma Semini. “L’affidabilità e la durata dei sistemi in ambienti estremi devono essere migliorate. Ad esempio, il robot deve sopportare calore intenso ed esposizione prolungata alle fiamme nella lotta agli incendi, senza compromettere le sue prestazioni operative o l’integrità strutturale”.

C’è anche la questione della gestione del consumo energetico del robot (che ha dimensioni non trascurabili), per dargli un tempo operativo utile, e la gestione della quantità di informazioni presentate all’operatore per aumentare la consapevolezza situazionale, mantenendo in ogni caso i processi snelli ed efficienti. “Sovraccaricare gli operatori con troppe informazioni aumenta il carico cognitivo, mentre averne troppo poche può portare a errori e ridurre la consapevolezza situazionale”, afferma Yonas Tefera, che guida lo sviluppo dell’interfaccia immersiva. “I progressi nelle interfacce di realtà mista immersive e nei controlli multimodali, come i comandi vocali e il tracciamento oculare, dovrebbero migliorare l’efficienza e ridurre l’affaticamento in futuro”.

Può spostare un aereo del peso di 3 tonnellate

Nel progetto di HyQRealc’è molta sovrapposizione con gli obiettivi del DARPA Robotics Challenge per i robot umanoidi, solo che il sistema dell’IIT è probabilmente molto più realisticamente dispiegabile di qualsiasi altro umanoide, almeno nel breve termine. Stiamo appena iniziando a vedere il potenziale degli umanoidi in ambienti attentamente controllati, mentre i quadrupedi sono già in attività nel mondo, dimostrando quanto sia affidabile la loro mobilità a quattro zampe. La manipolazione è il passo successivo, ma deve essere qualcosa di più che semplicemente aprire delle porte. Questo è ciò che il Robot Teleoperativo sta cercando di rendere reale.

Il quadrupede HyQReal dell’IIT è uno di questi robot. Se abbiamo l’esigenza di trasportare un grande carico, questo è il robot adatto.

In un video del 2019 si può vedere HyQReal, il modello precedente all’attuale Dual-Arm, trainare un aereo del peso di 3 tonnellate. HyQReal pesa 140 chilogrammi e le sue articolazioni del ginocchio possono generare fino a 300 newton-metri di coppia. Il sistema idraulico è alimentato da batterie a bordo e può fornire fino a 4 kilowatt di potenza. Usa anche alcuni degli attuatori intelligenti integrati di Moog, ora non più in produzione. Oltre a sollevare oggetti pesanti, la massa e la potenza di HyQReal lo rendono una piattaforma molto stabile; la sua gabbia di rotolamento in alluminio e la pelle in Kevlar garantiscono robustezza.