Dall’Università di Pisa arrivano i robot paladini dell’ambiente

16 Maggio 2024
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Nel laboratorio FoReLab del DII è in sviluppo una squadra di robot per il monitoraggio e la tutela ambientale. A guidarli, l’intelligenza artificiale

 

Camminano, strisciano, nuotano e volano. Guidati dall’Intelligenza Artificiale, sono in grado di supportare gli operatori umani nel monitoraggio e nella tutela di diversi ambienti naturali. La squadra di robot per l’ambiente si trova a Pisa, nel laboratorio FoReLab del dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, dedicato alla ricerca per industria 5.0, un nuovo paradigma in cui la tutela dell’uomo e dell’ambiente assume un aspetto sempre più rilevante.

Il team di robot include ANYmal, un robot quadrupede per il monitoraggio terrestre, i droni subacquei Zeno e Kudos, e una squadra di droni aerei. Insieme, sono in grado di raccogliere dati da diversi tipi di ecosistemi in terra, aria e acque dolci e salate.

La squadra di robot paladini dell'ambiente

“All’interno del Forelab - spiega Giovanni Stea, docente di ingegneria informatica al DII e coordinatore del laboratorio - diversi campi di ricerca si integrano per sviluppare tecnologie cosiddette “human-centered”, che abbiano cioè la persona e le sue esigenze al centro, già nella fase di progettazione. Anche la robotica segue questo cambio di paradigma, progettando robot in grado di muoversi in ambienti naturali per supportare l’essere umano nella indispensabile attività della tutela ambientale, e anche mettendo diversi robot in grado di scambiarsi informazioni sui diversi ambienti monitorati, in modo da arrivare ad una raccolta dati davvero completa”.

Il robot ANYmal fa parte del progetto “Natural Intelligence for Robotic Monitoring of Habitats”, finanziato dall'Unione Europea, che mira a ripristinare e preservare gli ecosistemi attraverso il monitoraggio con robot in grado di muoversi agilmente in diversi ambienti. Il robot è dotato di quattro fotocamere con cui riesce a realizzare immagini tridimensionali, di un sistema di locomozione che gli consente di mantenere la stabilità in terreni irregolari e scoscesi e di una intelligenza che deriva sia dalla progettazione del suo corpo, sia dagli algoritmi che compongono la sua “mente”.
Gli ecosistemi monitorati da ANYmal  fanno parte di “Natura 2000”, una rete europea che include quasi trentamila ambienti in tutta Europa. Il robot ha dovuto affrontare diverse sfide legate alla variabilità e imprevedibilità degli spazi naturali, come terreni irregolari e accidentati, operazioni di lunga durata e collisioni impreviste, effettuando una prima raccolta dati su quattro ambienti chiave in Italia: foreste, praterie, dune e ghiaioni alpini. Oltre alle telecamere che permettono la visione in tempo reale, il robot è anche dotato di un sistema di intelligenza artificiale che permette il riconoscimento di diversi tipi di piante durante la sua missione.
L’ultima impresa del robot, dopo le praterie umbre della Valsorda, le foreste di Vallombrosa e i ghiaioni del Parco Nazionale dello Stelvio sono state le dune dell’Asinara e della Maddalena.


 

Zeno e Kudos sono robot subacquei, dotati di telecamere e sonar. Tramite le onde acustiche monitorano lo stato dei fondali marini e lacustri, comunicando tra loro per lo svolgimento in autonomia di missioni in un ambiente spesso difficile per gli operatori umani. Al momento Zeno è impiegato in diverse missioni con Greenpeace per la tutela delle aree marine protette, e con diverse istituzioni del territorio per il monitoraggio di acque dolci e salate. Zeno è in grado di compiere missioni in autonomia, interagendo in superficie con altri droni o operatori a terra.
I robot subacquei del FoReLab sono impiegati in modo particolare per il  monitoraggio delle praterie di Posidonia Oceanica, una pianta fondamentale per la salute del mare, e costantemente minacciata dalle attività umane, tra cui per esempio la pesca a strascico.

 


 

La squadra di robotica aerea è composta di droni ad elevata autonomia funzionale e decisionale, come Alfio (Autonomous Low Flying Intelligent Object). Tramite anche  sistemi basati su intelligenza artificiale, i ricercatori stanno equipaggiando i droni FoReLab per svolgere missioni di esplorazione, sorveglianza, ricerca e supporto ad operazioni in mare e su terra, anche in stretta cooperazione e sinergia con altri veicoli. I ricercatori stanno studiando per esempio una combinazione di visione e IA per atterraggi di precisione su piattaforme di ricarica e  la selezione automatica di luoghi sicuri per l'atterraggio in caso di emergenza.
L'obiettivo finale è realizzare sistemi capaci di prendere decisioni autonomamente in ambienti imprevedibili come quelli naturali, facendo fronte a ostacoli come cambiamenti alla missione, gestione delle riserve energetiche e delle emergenze, fino alla suddivisione auto-organizzata dei compiti in flotte di veicoli eterogenei.

In aggiunta all'aumento dell'autonomia, sono allo studio nuove metodologie per il supporto ai piloti coinvolti nell'uso di robot aerei o terrestri per esplorazione di ambienti sconosciuti, che riguardano sia nuovi sistemi di percezione dell'ambiente che sistemi innovativi di pilotaggio basati su realtà aumentata. Infine, un drone equipaggiato con camera iperspettrale è in grado di acquisire diversi dati ambientali, addestrando la sua intelligenza artificiale per esempio al riconoscimento dello stato di diverse piante.