L’evoluzione dei robo-cani: qual sarà il destino di Cyber Fido?

I robot rappresentano da secoli un settore che ha catalizzato attenzione e studi mentre ricercatori e inventori hanno cercato di scoprire il potenziale della tecnologia dell’automazione. Mentre i macchinari autonomi sono oggetto di sviluppo e creazione da molto tempo, i robot quadrupedi mobili (ovvero cani robot a quattro zampe) hanno assistito a un notevole boom negli ultimi decenni.

La progettazione dei robot quadrupedi nasce dall’esigenza di avere robot capaci di spostarsi ed esplorare terreni accidentati o pericolosi. Rispetto agli altri robot mobili (come i robot su ruote o bipedi), i robot quadrupedi vantano un sistema locomotorio superiore in termini di stabilità, controllo e velocità.

Le capacità dei robot quadrupedi sono studiate in un’ampia gamma di settori, dalle costruzioni e l’intrattenimento all’esplorazione spaziale e l’impiego militare. Oggi, imprese e sviluppatori possono acquistare moderni robo-cani e assegnare loro mansioni da svolgere o dedicarli all’esplorazione di ambienti ritenuti troppo rischiosi per gli esseri umani. Prosegui la lettura per scoprire l’evoluzione dei cani robot e quali sono le prospettive future, in alternativa consulta direttamente la nostra infografica animata.

1966: Phony Pony

Sebbene presenti tecnicamente la forma di un cavallo, Phony Pony è stato il primo robot quadrupede autonomo a essere sviluppato negli Stati Uniti creando il precedente per i robo-cani del futuro. Dotato di motori elettrici, Phony Pony poteva contare su due livelli di movimento, o articolazioni, posti su ciascuna gamba (l’anca e il ginocchio) e un’articolazione adattiva sul piano anteriore. Le articolazioni di anca e ginocchio erano identiche e permettevano all’esemplare di camminare in avanti e all’indietro.

Phony Pony era in grado di strisciare, camminare e andare al trotto, il tutto però a una velocità molto bassa. Grazie alla struttura “pelvica” con bloccaggio a molla, era in grado di preservare la sua stabilità statica verticale durante il movimento. Poiché Phony Pony è stato progettato prima dell’avvento dei microprocessori, poteva essere comandato solo usando dei cavi collegati a un computer a distanza collocato in un edificio poco distante.

Sviluppatori: Frank e McGhee

Impiego: prima fase di ricerca e sviluppo di quadrupedi autonomi

1999: AIBO

Nella seconda metà degli anni novanta, a calcare la scena arriva AIBO di Sony, uno dei cani robot più iconici e avveniristici dedicato al mondo dell’intrattenimento. Nonostante AIBO (Artificial Intelligence RoBOt) fosse stato progettato per scopi ludici, i suoi sistemi meccanici erano comunque estremamente complessi.

Grazie all’implementazione dei sensi di tatto, udito, vista e capacità di equilibrio, poteva rispondere a comandi vocali, strette di mano, riusciva a camminare e inseguire una palla. Era anche in grado di esprimere ben sei “emozioni”: felicità, tristezza, paura, rabbia, repulsione e sorpresa. Faceva capire il suo stato emotivo scodinzolando, cambiando il colore degli occhi e muovendo parti del corpo, oltre che con una serie di suoni tra cui l’abbaiare, il guaire e il ringhiare. Oggi, AIBO è usato da numerosi gruppi di ricerca per testare l’intelligenza artificiale e le tecnologie di integrazione dei sensori.

Sviluppatore: Sony

Impiego: giocattoli e intrattenimento

2005: BigDog

Boston Dynamics è divenuta leader nel campo della robotica, in particolare nello sviluppo di quadrupedi di forma canina. Il primo cane robot, chiamato BigDog, è nato nel 2005. Con dimensioni di 90 per 60 centimetri circa e un peso di quasi 109 chilogrammi, BigDog è stato progettato per supportare i soldati nelle azioni militari. Può trasportare più di 150 chili, salire e scendere da pendii di 35 gradi e arrampicarsi senza problemi su terreni sconnessi.

Ogni gamba di BigDog ha un sistema di compliance lineare pneumatico passivo, ovvero in grado di controllare le forze di contatto tra il robot e un ambiente solido, oltre a tre articolazioni attive a livello di ginocchia e anche. Il robot è alimentato da un motore monocilindrico per go-kart e riesce a preservare l’equilibrio grazie al suo sistema dinamico di regolazione. I suoi sensori di movimento rilevano posizione e forza delle articolazioni, contatto con il suolo, carico al suolo e comprendono un sistema di visione stereoscopico.

Nel 2012, gli sviluppatori stavano ancora lavorando per migliorare le capacità di BigDog prima che si prospettassero i piani di impiegarlo ufficialmente per operazioni militari. Tuttavia, il progetto è stato terminato nel 2015 dopo aver decretato che il suo motore a benzina era troppo rumoroso per essere utilizzato sul campo di battaglia.

Sviluppatore: Boston Dynamics

Impiego: supporto ai soldati su terreni non sicuri

2009: LittleDog

Quattro anni dopo la nascita di BigDog è arrivato LittleDog, ad oggi il robot quadrupede più piccolo di Boston Dynamics. LittleDog è stato progettato specificamente per finalità di ricerca e per essere utilizzato da gruppi esterni che studiano il sistema locomotorio dei quadrupedi.

Ciascuna delle gambe di LittleDog è dotata di tre motori elettrici alimentati da batterie ai polimeri di litio con un’autonomia massima di trenta minuti. LittleDog preserva un’ampia gamma di movimenti ed è in grado di arrampicarsi, strisciare e camminare su terreni rocciosi. Un computer di livello PC posizionato su LittleDog è responsabile della gestione dei sensori di movimentazione, dei comandi e delle comunicazioni. Può essere controllato a distanza e include il supporto di data logging per finalità di analisi.

Sviluppatore: Boston Dynamics

Impiego: ricerca sulla locomozione nei quadrupedi

2011: AlphaDog Proto

Sulla scia degli sforzi di progettazione di robot di livello militare, nel 2011 la Boston Dynamics ha creato AlphaDog Proto. Alimentato da un sistema di azionamento idraulico, AlphaDog Proto è stato sviluppato per fornire assistenza ai soldati nel trasporto di attrezzature pesanti su terreni rocciosi. È in grado di trasportare fino a oltre 180 chilogrammi per più di 30 chilometri, il tutto nell’arco di sole 24 ore, senza dover fare rifornimento.

AlphaDog Proto è equipaggiato con un sistema di navigazione GPS e di visione artificiale che gli consente di seguire i soldati durante il trasporto dell’attrezzatura. Grazie a un motore a combustione interno, AlphaDog Proto ha dimostrato di essere più silenzioso rispetto al precedente BigDog e questo ne ha aumentato l’adeguatezza per le missioni sul campo.

Sviluppatore: Boston Dynamics

Impiego: supporto ai soldati nel trasporto di attrezzature pesanti su terreni non sicuri

2012: Legged Squad Support System (LS3)

Lo sviluppo di Legged Squad Support System (LS3) da parte della Boston Dynamics è giunto poco dopo la creazione di BigDog, con un impegno a proseguire nell’ottimizzazione dei robot quadrupedi per i soldati e i Marine. LS3 era in grado di operare in ambienti caldi, freddi, umidi e caratterizzati da condizioni analogamente sfavorevoli. Includeva un sistema di visione stereoscopico dotato di una coppia di fotocamere stereoscopiche, montate all’interno della testa del robot. Questo sistema funzionava in collaborazione con un’unità di fotorilevamento e distanziamento che gli permetteva di seguire le tracce di un soldato e registrare i feedback ottenuti dalla fotocamera.

Rispetto a BigDog, LS3 era circa 10 volte più silenzioso in determinati momenti e vantava una maggiore velocità di camminata compresa tra circa 1,6 e 4,8 chilometri orari, una superiore velocità di corsa pari a otto chilometri orari e la capacità di correre su superfici lisce a più di undici chilometri orari. Era inoltre in grado di rispondere a dieci comandi vocali, una funzionalità più efficace per i soldati che sarebbero stati troppo preoccupati per la missione per ricorrere a comandi manuali.

A cinque anni dallo sviluppo, LS3 era stato migliorato sufficientemente da poter operare con i Marine nell’ambito di esercitazioni realistiche di combattimento ed è stato impiegato per portare rifornimento alle truppe sul campo in località difficili da raggiungere per i veicoli militari. Nel 2015, tuttavia, LS3 è stato accantonato a causa di limitazioni acustiche e nelle riparazioni. Nonostante il corpo dei Marine non riuscisse in definitiva a utilizzare l’LS3 in servizio, ha fornito preziose informazioni di ricerca nel comparto delle tecnologie di automazione.

Sviluppatore: Boston Dynamics

Impiego: supporto ai soldati nel trasporto di attrezzature pesanti su terreni non sicuri

2016: Spot

Spot è la creazione successiva di Boston Dynamics nella famiglia di robot quadrupedi ed è stato sviluppato con l’obiettivo di abbandonare il criterio di progettazione dei quadrupedi esclusivamente per uso militare, spaziando invece all’impiego più commerciale. Spot è significativamente più piccolo dei modelli precedenti e pesa solo circa 72 chilogrammi. È in grado di esplorare terreni rocciosi, evitare oggetti lungo il cammino, salire le scale e su una collina.

L’hardware di Spot comprende potenti schede di controllo e cinque unità sensore posizionate su tutti i lati che gli consentono di esplorare un’area autonomamente da qualsiasi angolazione. Dodici motori personalizzati alimentano le zampe di Spot e gli permettono di raggiungere la velocità di oltre cinque chilometri orari con un’autonomia massima di 90 minuti. I suoi sensori sono in grado di rilevare immagini sferiche e gli danno la capacità di compiere gesti prensili, come aprire una porta o afferrare un oggetto. Le tecnologie di comando di Spot sono sensibilmente più avanzate rispetto ai precedenti robot di Boston Dynamics, dandogli la possibilità di controllo autonomo in un ampio ventaglio di scenari.

Sviluppatore: Boston Dynamics

Impiego: documentazione delle procedure di costruzione e monitoraggio a distanza di ambienti ad alto rischio

2016: ANYmal

Mentre Boston Dynamics aveva giocato un ruolo da leader nei robot quadrupedi dai primi anni 2000, la società svizzera di robotica ANYbotics ha creato la sua copia del robotic dog nel 2016. Andando a posizionarsi come soluzione robotica ispettiva end-to-end, ANYmal è stato progettato per l’impiego in ambito industriale, in particolare per l’ispezione di ambienti a rischio come centrali elettriche e impianti industriali.

ANYmal integra una vasta gamma di sensori di controllo laser per fornire feedback visivi, termici e acustici. Dotato di una fotocamera integrata, è in grado di regolare le impostazioni di movimento sugli assi orizzontale e verticale così da configurare la visuale dell’area di ispezione. ANYmal è in grado di percepire autonomamente l’ambiente, programmare il percorso di esplorazione e selezionare punti di appoggio adeguati durante lo spostamento. Può persino salire le scale e accedere ad aree in cui i tradizionali robot su ruote non riuscirebbero a entrare.

ANYmal è stato oggetto di numerosi sviluppi dal 2016 e dal 2021 è disponibile per l’ordinazione. ANYbotics sta lavorando a una versione aggiornata del robot dedicata agli ambienti potenzialmente esplosivi.

Sviluppatore: ETH Zurich e ANYbotics

Impiego: ispezione da remoto di ambienti non sicuri

2021: Vision 60

Uno dei più recenti sviluppi nel settore dei robot quadrupedi è il robo-cane Vision 60 di Ghost Robotics, da poco testato nella Scott Air Force Base della U.S. Air Force in Illinois come parte di un programma di prova pilota di un anno. Realizzato per ridurre i rischi dei piloti dell’Air Force, Vision 60 integra un fucile installato sul lato posteriore all’interno di un apposito pod ed è dotato di sensori che gli consentono di operare in molti terreni instabili. Tra le sue funzionalità anche l’imaging termico, la configurazione degli infrarossi e lo streaming di video ad alta definizione.

Vision 60 può trasportare massimo 14 chilogrammi e può spostarsi a una velocità di 5,75 chilometri orari. È considerato un robot semiautonomo a causa del fucile integrato; sebbene sia in grado di mirare a un obiettivo autonomamente e con precisione, non può sparare senza l’intervento di un operatore umano (in osservanza della politica sui sistemi autonomi dell’esercito degli Stati Uniti che vieta le interazioni automatiche nei combattimenti).

Sviluppatore: Ghost Robotics

Impiego: operazioni militari e di sicurezza interna

2021: CyberDog

In un momento in cui un numero crescente di aziende decide di sviluppare quadrupedi, Xiaomi Global non ha voluto essere da meno e ha creato la propria versione, chiamata CyberDog. CyberDog è un robot sperimentale open-source ritenuto sia un amichevole compagno degli esseri umani sia una risorsa per l’impiego nelle forze di polizia e nel settore militare. CyberDog è più snello e più piccolo dei suoi predecessori robo-cani, può trasportare un carico utile di appena 3 chilogrammi e correre a oltre 3 metri al secondo.

CyberDog è dotato di svariate fotocamere e sensori di immagine posizionati sulla struttura, tra cui sensori touch e un obiettivo fisheye ultra-grandangolare. CyberDog può archiviare 128 gigabyte di dati ed è alimentato dalla piattaforma Jetson Xavier AI di Nvidia per effettuare analisi in tempo reale dei dintorni, creare percorsi, programmare l’arrivo ed evitare ostacoli. CyberDog può inoltre fare una capriola all’indietro e rispondere ai comandi vocali grazie ai suoi sei microfoni.

Rendendo CyberDog un progetto open-source, Xiaomi spera di ampliare il suo raggio d’azione nel futuro dello sviluppo e dell’innovazione robotica. La piattaforma open-source vuole spingere gli appassionati di robotica a scrivere di propria mano il codice per CyberDog, offrendo al progetto una maggiore esposizione e consolidando l’immagine di Xiaomi nella community della robotica.

Sviluppatore: Xiaomi Global

Impiego: piattaforma open-source che gli sviluppatori possono migliorare

Mentre il mercato dei robot a quattro zampe si trova ancora nelle prime fasi, l’interesse per questo settore si sta destando costantemente in una vasta gamma di industrie. Per quanto riguarda i timori che i robot possano eliminare l’esigenza dei lavori tradizionalmente svolti dall’uomo, queste macchine sono state concepite più per essere d’aiuto agli esseri umani e al loro lavoro, che per poterli rimpiazzare completamente.

Dall’altra parte, non bisogna ignorare le preoccupazioni in materia di privacy correlate ai robot. Come per qualsiasi dispositivo tecnologico, l’hackeraggio è sempre possibile, in particolare per quei modelli di robot open-source che possono generare rischi per i dati personali degli utenti. Questo non riguarda soltanto i quadrupedi descritti in precedenza, bensì i più comuni sistemi robotici di stampo commerciale come ad esempio i baby monitor, gli impianti di sicurezza e altri dispositivi connessi a reti Wi-Fi. È fondamentale garantire che la rete domestica sia il più possibile efficiente e sicura, dotandola di una piattaforma domestica antivirus.

L’evoluzione dei robo-cani