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Fai spazio ai robot
Cambiare il nostro ambiente in modi piccoli e semplici aiuterà i robot a collaborare in modo più efficace (e sicuro) con gli esseri umani.
23 febbraio 2021
Jack Snelling
Intelligenza artificiale che porta a un minor numero di incidenti stradali e a una minore congestione stradale. Sistemi di potenziamento personale che aiutano le persone a prosperare mentre invecchiano. Inservienti robotici che rendono i pronto soccorso più sicuri ed efficienti. Nel loro nuovo libro, Cosa aspettarti quando ti aspetti dei robot , Laura Major, SM '05 e Julie Shah '04, SM '06, PhD '11, immaginano vantaggi simili a quelli di Jetson dalla collaborazione uomo-robot.
Le persone sembrano essere preoccupate se i robot un giorno ci renderanno obsoleti — se diventeranno più intelligenti, più veloci, migliori dei loro creatori umani. Ma la realtà è che i robot e gli umani probabilmente saranno sempre bravi in cose diverse, scrivono. È possibile che alcuni dei nostri problemi sociali più ostinati possano essere affrontati meglio dal tipo di collaborazione che immaginiamo.
Major e Shah sono adatti per esplorare il futuro della collaborazione uomo-robot: Major è CTO di Motional, una joint venture a guida autonoma di Hyundai e Aptiv, e Shah, professore associato di aero-astro, si concentra su uomo-robot industriale collaborazione come direttore dell'Interactive Robotics Lab del MIT. Questo estratto dal loro libro esamina come possiamo adattare l'ambiente in piccoli modi per trasformare i robot in collaboratori efficaci.
Laura Major, SM '05
Julie Shah, '04, SM '06, PhD '11
DENNIS KWAN
È la fine della giornata di venerdì e non sei arrivato al centro commerciale per raccogliere i favori per la festa di compleanno di tuo figlio questo fine settimana. Quindi accedi ad Amazon per vedere cosa è disponibile per la consegna il giorno successivo. Oltre ai favori, trovi lampadine per sostituire quella bruciata nella tua lampada da tavolo e individua un nuovo libro che decidi di acquistare. Fai clic su Effettua il mio ordine e, poco dopo, i robot nei magazzini logistici di Amazon si allontanano sfrecciando per assicurarsi che ti venga consegnato in tempo.
Il magazzino è pieno di robot piccoli e piatti che luccicano sotto gli scaffali carichi di tutto, dai frullatori ai cappotti di lana alle seghe da tavolo. Quando il tuo ordine è in coda, i robot vicino agli scaffali con i tuoi prodotti vengono avvisati. Scivolano sotto gli scaffali necessari, li sollevano e sfrecciano attraverso il magazzino, fermandosi e avviandosi, muovendosi a destra ea sinistra, danzando intorno a tutti gli altri robot che si muovono anche attraverso il magazzino. È davvero uno spettacolo bellissimo.
Potresti essere sorpreso di apprendere, tuttavia, che questi robot sono per lo più ciechi. Dotati di pochi sensori, navigano nel loro mondo guardando direttamente la carta incollata sul pavimento da lavoratori umani. Il magazzino è una grande griglia, con un motivo di carta unico attaccato al pavimento di ogni quadrato della griglia. I robot tracciano semplicemente la sequenza dei modelli di carta che passano per confermare la loro posizione. Quando uno dei pezzi di carta viene strappato dalle ruote dei robot, una persona mette in pausa i robot per entrare nello spazio e riattaccare la carta a terra. Amazon ha 175 centri logistici in tutto il mondo e questi robot attualmente girano in 26 di essi, lavorando con gli esseri umani per evadere i tuoi ordini.
Potrebbe sembrare una soluzione hacky, sviluppata da una startup per portare i robot fuori dalla porta. Ma Amazon, una delle aziende di maggior successo sulla Terra, sceglie ancora di incollare la carta sul pavimento. Come mai? I robot con meno sensori sono meno costosi e hanno meno probabilità di guastarsi. I robot sono molto più affidabili se li programmi in modo che seguano uno schema di fogli a terra piuttosto che se cerchi di indurli a osservare il mondo che li circonda, rilevare ostacoli, pianificare un percorso intorno agli ostacoli e poi continuare a cercare la loro destinazione . A volte è meglio semplice.
Le nostre società non sono attualmente costruite per gestire le esigenze dei robot indipendenti e non è chiaro se possiamo semplicemente creare robot che necessitano solo di ciò che la nostra infrastruttura offre attualmente.
Mentre cose come semafori, segnali di limite di velocità, coni arancioni, rampe interstatali e strisce pedonali aiutano gli esseri umani a coordinare le attività di guidatori e pedoni in modo sicuro ed efficiente, i robot avranno bisogno di ancora più struttura e supporto dall'ambiente. I loro sistemi sensoriali raccolgono molti dati sul mondo che li circonda, ma non sono bravi come noi a trarne significato.
La buona notizia è che possiamo cambiare il nostro ambiente in modi piccoli e semplici che renderanno il mondo molto più facile per i robot e più sicuro per noi. L'aviazione offre un buon esempio.
Imparare dai cieli amichevoli
Il passeggero medio di un aeroplano probabilmente non si rende conto che gli aerei volano in corsia, seguendo una scia virtuale di briciole di pane progettata attorno a una rete di fari a terra fissa che ha rivoluzionato la sicurezza aerea. Questi aiuti alla navigazione aiutano il pilota e i controllori del traffico aereo a tracciare la posizione dell'aereo e sono stati utilizzati da molto prima che esistesse il GPS. Lo spazio aereo è stato anche suddiviso in diversi livelli di volo e binari che si comportano come corsie su un'autostrada, tranne per il fatto che queste corsie sono molto larghe (e alte) per adattarsi all'elevata velocità degli aerei, potenziali errori nelle stime di posizione e altri fattori, come il vortici di scia creati da ciascun piano. Oggi le corsie verticali sono separate l'una dall'altra da 1.000 piedi. Queste corsie nel cielo riducono al minimo il potenziale per gli aerei di incrociarsi tra loro inaspettatamente e scontrarsi. Semplificano inoltre le procedure di gestione del traffico aereo. Ad esempio, se due aerei sono in rotta di collisione, invece di cercare di calcolare esattamente quando ognuno arriverà al punto di collisione, o di raccomandare una leggera manovra a uno dei piloti per prevenire la collisione, i controllori del traffico aereo in genere chiedono a uno di scalare 1.000 piedi, e quindi è garantito che i due aerei non si avvicinino l'uno all'altro, perché sono su corsie separate.
Strutturare lo spazio aereo in questo modo ha avuto un enorme impatto sull'efficienza e sulla sicurezza del trasporto aereo, perché offre regole chiare che regolano il comportamento di ogni aereo nel cielo.
Oltre a considerare come lo spazio aereo è condiviso in modo sicuro, la storia della navigazione aerea offre altre lezioni per imparare a lavorare efficacemente con i robot. Fin dai primi giorni dell'aviazione, gli aeroplani dovevano essere accuratamente coordinati. All'inizio, di notte, usavamo semplicemente i falò alla fine delle piste e i piloti cercavano la luce sfolgorante per trovare dove atterrare. Successivamente, sono stati installati i fari e gli aerei possono utilizzare la navigazione radio per trovare la pista anche in una giornata nuvolosa. I trasmettitori trasmettono un segnale modulato, che viene ricevuto sull'aereo. La posizione del trasmettitore viene calcolata utilizzando il tempo di volo tra i segnali ricevuti e questi dati vengono utilizzati per determinare la posizione dell'aeromobile. Inizialmente questo è stato calcolato a mano; ora è automatizzato ed estremamente robusto. La seconda guerra mondiale ci ha portato la sorveglianza radar, consentendo ai controllori del traffico aereo di tracciare gli aerei senza fare affidamento sui trasmettitori, specialmente nello spazio aereo congestionato come l'area intorno agli aeroporti.
Ma la vera rivoluzione del traffico aereo avvenne nel 1956, in seguito alla collisione di due aerei sul Grand Canyon. Gli aerei operavano in uno spazio aereo non controllato, dove i piloti dovrebbero vedere ed evitare altri aerei senza alcun aiuto esterno. Entrambi i piloti stavano manovrando attorno a nubi cumuliformi sparse per avere una visione migliore del canyon, ed entrambi sono entrati nella stessa nuvola, rendendo impossibile per loro vedersi. Tutti i 128 passeggeri sono stati uccisi.
Questa collisione a mezz'aria, avvenuta durante l'ascesa dell'aviazione commerciale, creò il panico. Le regole dell'aviazione all'epoca non avevano un buon modo per proteggere gli aerei da tali conflitti. La soluzione era centralizzare la gestione dello spazio aereo. Il Congresso degli Stati Uniti ha stanziato 250 milioni di dollari per aggiornare il sistema delle vie aeree della nazione e ha creato la Federal Aviation Administration (FAA), conferendole un'ampia autorità per combattere i rischi dell'aviazione. La FAA ha imposto un'ampia separazione tra gli aerei e le super skyways pianificate per collegare le principali città della costa orientale e occidentale, ritagliandosi lo spazio aereo con regole separate per facilitare i pesanti viaggi attraverso il paese.
Avremo un giorno bisogno di un'agenzia così centrale per creare regole, sviluppare supporto esterno per la navigazione e regolare altri aspetti del funzionamento e del controllo dei robot? Possibilmente. Ma per lo meno, la cooperazione del settore per la negoziazione delle risorse condivise che utilizzeranno questi robot (le nostre strade, marciapiedi, corridoi e corridoi) sarà fondamentale.
Lavorare in sicurezza, fianco a fianco
Le fabbriche stanno imparando a lavorare con i robot ormai da qualche anno. Oggi, le fabbriche automobilistiche sono piene di grandi bracci robotici in rapido movimento che operano solo in ambienti altamente controllati confinati da gabbie. Le parti che i robot stanno movimentando devono essere posizionate con precisione: se sono fuori posto anche di pochi millimetri, l'intera operazione si interrompe. E i robot non possono percepire le persone nelle vicinanze. Se qualcuno dovesse entrare nel loro spazio, sarebbe un rischio significativo per la sicurezza.
Tuttavia, la verità è che relativamente poco lavoro nella maggior parte delle fabbriche, anche nelle fabbriche automobilistiche, può essere strutturato in modo così accurato per i robot. Una carrozzeria può essere costruita quasi interamente da robot, ma il resto del lavoro, l'installazione di cablaggi, sedili ed elementi del cruscotto, è ancora svolto quasi interamente da persone. Questo lavoro non può, e non sarà, svolto esclusivamente da robot per il prossimo futuro, perché richiede abilità che i robot non hanno ancora. Ma gli ingegneri di produzione si stanno rendendo conto che il lavoro già svolto dai robot, come l'assemblaggio, la saldatura e l'imballaggio, può essere svolto meglio e più velocemente se i robot vengono liberati dalle loro gabbie per lavorare insieme alle persone. Piuttosto che cercare di riprodurre i compiti di un lavoratore umano, i robot possono assistere attivamente l'uomo, consegnando la parte giusta al momento giusto, ad esempio, e quindi migliorare drasticamente la produttività della linea. In effetti, i nostri studi e altri mostrano che con una collaborazione ravvicinata tra esseri umani e robot, le attività possono essere eseguite in modo molto più efficiente, fino all'85% più velocemente, rispetto a quando gli esseri umani svolgono attività di assemblaggio senza l'assistenza del robot.
Avremo un giorno bisogno di un'agenzia centrale come la FAA per creare regole, sviluppare supporto esterno per la navigazione e regolare altri aspetti del funzionamento e del controllo dei robot? Possibilmente.
Le aziende stanno quindi affrontando la sfida di gestire queste macchine complesse in modo sicuro per le persone che le circondano. L'intelligenza robotica richiesta per monitorare i progressi degli esseri umani e anticipare ciò di cui hanno bisogno è ben lontana dal robot industriale cieco in una gabbia, o anche dai robot nei magazzini di Amazon che navigano usando pennarelli di carta. Le fabbriche oggi hanno bisogno di una tecnologia che consenta una danza più intima di umani e macchine, proprio come la moderna e complessa coreografia degli aerei che attraversano i cieli. E per far funzionare questa tecnologia, abbiamo bisogno di metodi sicuri per garantire che i robot non possano danneggiare i loro colleghi.
Di recente, gli scienziati hanno creato nuovi modi dinamici per contrassegnare lo spazio personale per persone e robot, e ciò consente una stretta collaborazione fisica nella produzione senza mettere in pericolo i lavoratori. Al posto di una demarcazione statica tra robot e spazio umano, l'ambiente industriale è dotato di nuovi sensori che funzionano efficacemente come recinti virtuali.
Se una persona si avvicina a un robot e attraversa la recinzione virtuale, il robot smette immediatamente di muoversi. Negli ambienti più avanzati, i sensori vengono utilizzati per creare zone di sicurezza dinamiche, in cui viene attivamente monitorata la distanza tra la persona e il robot. Quando la persona si avvicina al robot, il robot rallenta, dando alla persona il tempo di reagire prima che il robot si fermi completamente.
Proprio come gli aerei hanno regole diverse per la separazione nell'aria, i robot industriali devono conformarsi a quelli che sono noti come standard di monitoraggio della velocità e della separazione, mantenendo distanze specifiche dalle persone in base alla loro velocità. Più velocemente si muove il robot, più lontano deve stare dalle persone e quando una persona si avvicina al robot, deve rallentare e fermarsi. Uno dei primi sistemi di questo tipo è stato implementato in uno stabilimento BMW a Monaco di Baviera nel 2017. Un collaboratore umano ha lavorato sotto un gigantesco robot industriale arancione, da due a tre volte la sua altezza, mentre negoziavano in sicurezza lo spazio condiviso della fabbrica per costruire automobili.
Questi semplici interruttori, dalle gabbie fisiche alle recinzioni virtuali e dalla demarcazione statica dello spazio sicuro all'adeguamento dinamico delle zone sicure, rendono più facile per gli esseri umani e i robot collaborare alle attività di produzione, completandole in modo più efficiente o con uno standard più elevato rispetto a quello umano o il robot potrebbe raggiungere il lavoro da solo.
Le regole della strada per lavorare con i robot non devono essere statiche. Possono adattarsi nel tempo man mano che i robot diventano più capaci e noi ci abituiamo a loro. Man mano che i robot si evolvono, possiamo liberarli dalle loro corsie fisse. Attraverso una negoziazione più dinamica delle risorse condivise, possiamo fare grandi passi avanti verso l'integrazione dei robot negli ambienti umani.
Adattato da Cosa aspettarti quando ti aspetti i robot: il futuro della collaborazione uomo-robot, di Laura Major e Julie Shah. Diritto d'autore 2020. Disponibile da Libri di base , un'impronta di Hachette Book Group.