I sistemi robotici sono già stati introdotti in numerosi contesti del mondo reale, inclusi alcuni impianti industriali e manifatturieri. In queste strutture, i robot possono assistere gli addetti alle catene di montaggio e ai magazzini, assemblando alcune parti dei prodotti con elevata precisione e consegnandoli poi ad agenti umani incaricati di eseguire azioni aggiuntive.
Negli ultimi anni, robotici e scienziati informatici hanno cercato di sviluppare sistemi sempre più avanzati che potrebbero migliorare queste interazioni tra robot e esseri umani in ambienti industriali. Alcune soluzioni proposte si basano sui cosiddetti sistemi “gemelli digitali”, modelli virtuali progettati per riprodurre accuratamente un oggetto fisico, come prodotti o componenti specifici in fase di produzione.
I ricercatori dell’Università di Aeronautica e Astronautica di Nanchino in Cina hanno recentemente introdotto un nuovo sistema di gemello digitale che potrebbe migliorare la collaborazione tra agenti umani e robotici negli ambienti di produzione. Questo sistema, introdotto in un articolo pubblicato nel Robotica e produzione integrata dal computer, possono creare una mappa virtuale degli ambienti del mondo reale per pianificare ed eseguire comportamenti adeguati dei robot mentre collaborano con gli esseri umani su un determinato compito.
"Negli ambienti industriali, gli attuali metodi per costruire un modello di gemello digitale umano si basano su dispositivi di motion capture che richiedono al personale di indossare attrezzature ingombranti, il che va contro il principio di interazione flessibile sostenuto per HRC", hanno scritto Zequn Zhang, Yuchen Ji e i loro colleghi nel loro giornale.
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“Inoltre, i metodi attuali non modellano esseri umani e robot in uno spazio unificato, il che è poco intuitivo e scomodo per percepire e comprendere l’ambiente complessivo. Per affrontare queste limitazioni, questo documento propone un sistema di gemello digitale per HRC”.
Il sistema di gemello digitale creato da Zhang, Ji e dai loro colleghi crea una replica virtuale di una scena in cui un agente umano e un robot collaborano. Successivamente, pianifica strategie di collaborazione efficaci e le esegue in un ambiente reale.
È stato riscontrato che i sistemi gemelli digitali proposti in precedenza che si basano sui dati raccolti dai sensori di acquisizione del movimento talvolta ottengono risultati insoddisfacenti in presenza di occlusioni (ovvero, quando oggetti o agenti di interesse sono al di fuori del campo visivo dei sensori o sono nascosti dietro ostacoli ). I ricercatori hanno così sviluppato un algoritmo di recupero della mesh umana, una tecnica computazionale che può aiutare a ricostruire i corpi umani occlusi.
Inoltre, Zhang, Ji e i loro colleghi hanno introdotto nel loro sistema una tecnica di stima dell’incertezza. Questa tecnica consente loro di migliorare le prestazioni dell’algoritmo di riconoscimento delle azioni, un componente del loro sistema addestrato a riconoscere diverse azioni umane, controllando il rischio che questo algoritmo commetta errori.
I ricercatori hanno valutato il loro nuovo sistema di gemello digitale in una serie di esperimenti in ambienti di laboratorio, utilizzando un robot progettato per essere utilizzato in ambienti industriali. Si è scoperto che il loro sistema migliora la collaborazione tra questo robot e un agente umano in vari compiti, compresi compiti che prevedevano la lucidatura, la raccolta, l'assemblaggio e il posizionamento di oggetti.
"I risultati sperimentali dimostrano la superiorità dei metodi proposti rispetto ai metodi di base", hanno affermato Zhang, Ji e i loro colleghi. “Infine, la fattibilità e l’efficacia del sistema HRC vengono convalidate attraverso un caso di studio che coinvolge l’assemblaggio dei componenti”.
Il sistema di gemello digitale sviluppato da Zhang, Ji e dai loro colleghi potrebbe presto essere implementato su altri robot per uso industriale e testato ulteriormente in ulteriori esperimenti. Infine, potrebbe essere introdotto in contesti del mondo reale, per migliorare la collaborazione tra robot e esseri umani. su vari compiti produttivi e industriali.