ROBOTICA

ROBOTICA

La r. è quel settore delle scienze dell'ingegneria che ha per oggetto lo studio e la realizzazione dei robot. Il nome ''robot'' deriva da robota, termine con cui s'indicava il lavoro di origine servile imposto dal governo asburgico nei territori slavi dell'Impero. La diffusione nell'accezione attuale si deve allo scrittore cecoslovacco K. Čapek che, nel suo scritto teatrale fantascientifico R.U.R. (1921), chiama robota gli operai creati dall'uomo e destinati al suo servizio.

I robot, strutture meccano-elettriche versatili e adattabili a diverse situazioni, capaci di riprodurre varie attività elementari, rappresentano in un certo senso la materializzazione significativa e tangibile di un antico sogno dell'uomo. A essi l'uomo può trasferire l'esecuzione di attività ripetitive, faticose o pericolose, che richiedono rapidità di movimento, elevata precisione di posizionamento e ripetitibilità di esecuzione. È naturale quindi che le prime macchine a cui è stato attribuito tale nome siano nate in campo industriale. I robot moderni sono un'evoluzione e un'integrazione delle macchine operatrici automatiche (per es. le macchine utensili a controllo numerico), programmate per una specifica lavorazione, con i ''manipolatori'', sofisticati bracci meccanici articolati che vengono azionati direttamente dall'uomo.

Per caratterizzare sufficientemente queste nuove macchine rispetto ad altre convenzionali, la Società Italiana di Robotica Industriale (SIRI) ha dato la seguente definizione di robot: "il robot è un manipolatore programmabile multiscopo per la movimentazione di materiali, di attrezzi e altri mezzi di produzione, capace di interagire con l'ambiente nel quale si svolge il ciclo tecnologico di trasformazione relativo all'attività produttiva". In questa definizione, pur di natura operativa, sono comunque presenti gli attributi principali del robot rispetto ai suoi precursori: la versatilità d'impiego e l'adattabilità a diverse situazioni operative, anche non note a priori. La difficoltà di cogliere in una definizione compiuta tutto quello che s'intende per robot è legata proprio a questa variabilità e flessibilità d'impiego.

I robot industriali hanno conosciuto, in particolare nell'ultimo decennio, uno sviluppo eccezionale sia come diffusione sia in termini di capacità funzionali. Nella fig. 1 è indicato l'andamento del numero di nuove installazioni di robot industriali in Italia nell'ultimo decennio. Il numero totale di robot installati fino al 1993 è di circa 20.000 unità. La fig. 2 mostra la ripartizione percentuale del valore dei robot installati in Italia nel 1993 per settore di impiego (il valore totale è di oltre 300 miliardi), mentre la fig. 3 indica la ripartizione per tipologia dei robot complessivamente installati in Italia fino al 1993. Allo sviluppo della robotica l'industria italiana partecipa in prima linea occupando, in base ai dati del 1993, il terzo posto dopo Giappone e Germania nella classifiche dei maggiori produttori ed esportatori con una quota di mercato pari a circa il 9% del giro d'affari mondiale.

Robot delle generazioni più recenti sono caratterizzati da una maggiore capacità d'interazione bidirezionale con l'ambiente. Attualmente, i robot impiegati nelle industrie hanno raggiunto ottimi risultati nella capacità di sostituire l'uomo, soprattutto in attività di manipolazione. In questo ambito l'aspetto esteriore dei robot è ben lontano dal modello antropomorfo. In realtà la loro architettura, oltre a dover soddisfare dei vincoli ingegneristici, risponde a precise esigenze funzionali. Esistono tuttavia robot sperimentali realizzati nei laboratori di ricerca nei quali vengono riprodotte le singole attività umane: per es., la locomozione mediante gambe, che permette di ampliare il campo di azione del robot e la sua mobilità in terreni accidentati, e il riconoscimento e la sintesi del linguaggio naturale, che permette una diretta interazione tra uomo e robot. L'obiettivo finale mira a ottenere che tali attività vengano svolte, come nell'uomo, in maniera simultanea e coordinata. Il successo del risultato dipende dalla possibilità di stabilire una connessione ''intelligente'' tra la percezione dell'ambiente che circonda il robot e le azioni che il robot stesso è in grado di compiere. Il grado d'intelligenza, rappresentabile dalla qualità e quantità dei programmi memorizzati, necessaria per eseguire correttamente un compito, dipende evidentemente dal contesto, ma un'elevata intelligenza intrinseca sarà comunque l'aspetto discriminante dei robot delle prossime generazioni.

L'effettiva realizzazione ingegneristica di robot sempre più avanzati e l'esistenza di sistemi automatici sempre più complessi stimola, come nei racconti di P. Levi, a riflettere circa la naturale evoluzione verso l'acquisizione di una capacità di ragionamento autonomo, fino ad arrivare, al limite, alla capacità di rigenerazione di se stesso. A prescindere da sviluppi futuristici, l'impatto dell'introduzione dei robot nella vita quotidiana va valutato con cautela. In ambito industriale, a fronte dei benefici ciò ha avuto come conseguenze la riduzione del numero totale di posti di lavoro e la necessità di riconversione di addetti non specializzati. Più in generale, è importante che vengano garantiti alcuni principi fondamentali per l'effettiva accettabilità della convivenza e della cooperazione tra uomo e robot. Pur sviluppate nel campo della letteratura fantascientifica, le leggi della r. di I. Asimov costituiscono un suggestivo paradigma di tali principi: un robot non deve danneggiare un essere umano, né direttamente né per inazione; un robot deve obbedire agli ordini degli umani, tranne quando ciò contrasta con la prima legge; un robot deve preservare la sua esistenza, tranne quando ciò contrasta con la prima o la seconda legge.

Struttura dei robot. - I robot sono sistemi di notevole e crescente complessità. Per capirne il funzionamento e per procedere inoltre a una loro classificazione, conviene esaminarli da un punto di vista sistemistico in relazione all'aspetto funzionale. Essenzialmente, si possono individuare in un robot quattro unità funzionali interagenti: gli organi meccanici, gli organi di senso, gli organi di controllo e gli organi di memorizzazione e calcolo.

Gli organi meccanici si distinguono in quelli necessari per compiere operazioni in un posto fisso e quelli necessari per spostarsi, similmente agli arti superiori e inferiori nell'uomo. La struttura meccanica più comune è caratterizzata dalla presenza di una o più catene cinematiche composte da corpi rigidi (bracci), connessi da snodi (giunti). La notevole rigidità della struttura permette un posizionamento più accurato. Sia pur pensato in termini di flessibilità totale d'impiego, ogni robot possiede un'architettura meccanica più adatta a una classe di operazioni (fig. 4). Le strutture più semplici sono quelle di tipo cartesiano, in cui il moto dei bracci del robot avviene traslando lungo i tre assi cartesiani x, y, z. Questi robot sono adatti per semplici operazioni di assemblaggio e movimentazione, che richiedono notevole precisione nel posizionamento. Robot meccanicamente più sofisticati sono quelli cilindrici o quelli sferici, nei quali alcuni giunti permettono rotazioni reciproche tra i bracci. Questi due tipi sono adatti a operazioni di riposizionamento (pick-and-place), di carico e scarico di macchine utensili e di saldatura a punti. Le operazioni più complesse, richiedendo particolare destrezza, sono svolte da robot provvisti di bracci meccanici articolati, detti ''antropomorfi'' per la somiglianza con gli arti superiori dell'uomo, in cui tutti i giunti sono rotatori. Questo tipo, sempre più diffuso, s'impiega in diverse operazioni quali la verniciatura, la saldatura continua e l'ispezione di parti. Per quanto riguarda la mobilità dei robot nell'ambiente di lavoro, essa viene comunemente realizzata mediante ruote, carrelli, slitte, o semplici cinematismi. Ben più complessa è la mobilità e la gestione dell'equilibrio statico e dinamico nel caso di robot che si muovono su gambe, emulando il comportamento dell'uomo o degli animali. Questi tipi di robot sono ancora allo stato di prototipi di laboratorio.

Infine, tra le componenti meccaniche di un robot vanno anche considerati gli attrezzi dell'elemento terminale del manipolatore (end-effector). Questi includono semplici pinze o articolate strutture prensili che emulano le funzionalità di una mano umana o che servono a sorreggere uno o più utensili di lavoro.

Gli organi di senso di un robot svolgono la funzione di percezione delle caratteristiche o proprietà dell'ambiente di lavoro. Come nell'uomo, possono essere classificati in due categorie a seconda del fatto di essere in contatto o meno con gli oggetti da analizzare nello spazio di lavoro del robot. Nella prima categoria si va da semplici interruttori che rivelano la presenza o meno di un oggetto, impiegati spesso per segnalare l'ingresso accidentale di un operatore umano nel campo di lavoro del robot, a sofisticati sensori di forze e coppie esercitate sul polso del robot, utili nelle delicate operazioni di montaggio, o a microsensori superficiali con caratteristiche di pelle artificiale. Gli organi sensoriali che non operano per contatto sono costituiti da fotocellule, sistemi a emettitori e rilevatori ultrasonici o infrarossi, raggi laser di bassa potenza, e ancora sistemi di visione mediante una o due telecamere (stereovisione). Questi sensori eterocettivi sono utilizzati per riconoscere la posizione, la forma, le dimensioni, la distanza dal robot, ed eventualmente la composizione materiale degli oggetti nel campo di lavoro, in modo analogo al comportamento umano nell'interagire con l'ambiente attraverso i propri organi di senso. Oltre agli organi di senso eterocettivi, vanno considerati anche i sensori propriocettivi che servono a misurare lo ''stato'' interno del robot, e cioè essenzialmente il suo posizionamento. Ciò avviene per mezzo di sensori elettromeccanici di posizione (potenziometri, encoder ottici, resolver) e di sensori elettromeccanici di velocità (dinamo tachimetriche) che vengono montati sui giunti.

Gli organi di controllo servono ad assicurare che i singoli movimenti del robot, e in particolare i movimenti dei suoi bracci, vengano effettuati con il grado di precisione e di forza desiderato. Gli attuatori necessari a generare questo moto sono di solito motori elettrici a corrente continua, con la relativa elettronica di comando, nei casi di movimentazione rapida o motori di tipo idraulico o pneumatico, quando i carichi trasportati sono elevati. Grande importanza assumono gli algoritmi che vengono implementati per il pilotaggio di tali attuatori in funzione della differenza tra il comportamento desiderato e quello attuale come misurato dai sensori del robot. Tali algoritmi risultano dall'applicazione della metodologia dei ''controlli automatici'' (v. in questa Appendice).

Gli organi di memorizzazione e di calcolo servono a definire il piano di lavoro del robot, dagli specifici movimenti che il robot deve eseguire per effettuare uno spostamento o un particolare compito, all'estrazione di informazioni dai dati esterni raccolti dai sensori, fino al ragionamento deduttivo tipico dell'intelligenza artificiale. Queste funzioni, al pari di quella di controllo, sono realizzate su un hardware opportuno, costituito tipicamente da uno o più microcalcolatori con sufficiente capacità di memoria e velocità di elaborazione, da parte del software di governo del robot, che consiste essenzialmente in algoritmi di calcolo codificati in linguaggi di programmazione standard o dedicati. Spesso l'hardware e il software di governo permettono il colloquio attraverso protocolli di comunicazione con organi di calcolo di altri robot o con organi di supervisione, in modo da effettuare un coordinamento delle azioni in comune e costituire una cella di lavoro robotizzata.

Funzionamento dei robot. - Dopo aver individuato le principali unità costitutive di un sistema robotico, passiamo ora a considerare schematicamente quali sono le logiche del suo funzionamento. A partire da un programma di lavoro (fig. 5), viene generato un comando per gli attuatori del robot, che di conseguenza esegue un'azione il cui risultato sarà una modifica dello stato dell'ambiente di lavoro (per es., l'assemblaggio di due componenti meccaniche di un motore). In tale schema si possono individuare due tipi d'interazione: quella uomo-robot e quella robot-ambiente.

L'interazione tra uomo e robot avviene al livello di pianificazione e apprendimento dei compiti da svolgere. Il programma di lavoro è costituito in genere da una successione di posizionamenti, che devono essere assunti dall'estremità attrezzata del robot, e dai movimenti che collegano tra loro tali posizioni in modo da costituire una traiettoria di moto di riferimento. La sequenza di posizioni può essere memorizzata mentre si guida manualmente o attraverso un teach-box il robot nell'esecuzione del compito. Per es., in un'operazione di verniciatura si tratta letteralmente di far eseguire al robot una verniciatura ''tipo'' guidata da un operatore esperto; il robot ripeterà poi in modo autonomo le traiettorie apprese. Questo modo di generazione del programma di lavoro viene chiamato ''per insegnamento''. In alternativa, i movimenti possono essere descritti per via matematica e poi trasformati in un programma. In questo caso si tratta di comunicare all'organo di calcolo i dati del compito da svolgere in modo efficiente e sintetico, e di elaborarli per la generazione dei comandi di moto. Si utilizzerà quindi un linguaggio di programmazione dedicato alla descrizione delle tipiche operazioni svolgibili da un robot. Questo modo di funzionamento sta diventando sempre più diffuso.

L'interazione tra robot e ambiente può invece avvenire in maniera unidirezionale, quando l'azione viene svolta senza la verifica del risultato, o in maniera bidirezionale, quando il robot utilizza i suoi sensori per rilevare le mutazioni dell'ambiente in seguito alla sua azione. Nei casi più semplici non viene prevista un'interazione di ritorno tra ambiente e programma di lavoro appreso. Si dice allora che il sistema robot funziona o viene comandato ad ''anello aperto''. Spesso però per eseguire con successo un dato compito occorre una forma di retroazione dall'ambiente sul programma di lavoro. Ciò risulta necessario sia per contrastare gli effetti di disturbi e anomalie occasionali o persistenti che tendono a degradare le prestazioni del sistema robotico, sia per compensare le inevitabili inesattezze dei modelli che vengono utilizzati per descrivere e interpretare il mondo reale. Occorre allora elaborare le informazioni che provengono attraverso gli organi sensoriali e definire opportune regole di correzione e modifica del programma di lavoro originario. Il comando che ne deriva per gli attuatori del robot è detto ''ad anello chiuso'' o in feedback. L'unità di calcolo, attraverso comandi inviati a o ricevuti da sensori e attuatori, avrà il compito di governare il funzionamento complessivo del robot, coordinando le attività, reiterando in cicli la singola sequenza di azioni, verificando il completamento del lavoro.

Aspetti scientifici della robotica. - Come disciplina scientifica, la r. si occupa principalmente dell'analisi del comportamento cinematico e dinamico dei robot manipolatori e del controllo del loro movimento. Di questi aspetti diamo qui di seguito una breve sintesi.

Come si è visto, un robot manipolatore è in genere costituito da una catena di corpi rigidi connessi tra loro da giunti, ognuno dei quali fornisce un grado di libertà di movimento relativo, o di tipo rotatorio o di tipo traslatorio. Una struttura a n giunti avrà quindi n gradi di libertà utilizzati per posizionare e orientare l'elemento terminale (end-effector) nello spazio tridimensionale. Poiché per posizionare e orientare ad arbitrio un corpo nello spazio è necessario specificare sei grandezze indipendenti, la gran parte dei robot industriali attuali ha una struttura a sei giunti. Per un robot antropomorfo, cioè con tutti i giunti rotatori, i primi tre giunti sono detti di piantone, spalla e gomito, mentre gli ultimi tre sono detti di polso (fig. 6).

Al generico giunto (diciamo l'i-esimo) si associa una variabile q_i che caratterizza la posizione relativa dei due corpi collegati dal giunto stesso. Se il giunto i-esimo è rotatorio allora q_i è un angolo, altrimenti è una grandezza lineare. Se si vuole determinare la localizzazione dell'estremità distale del braccio robotico, è necessario calcolare ricorsivamente le posizioni e gli orientamenti relativi dei singoli corpi, a partire dalla base del robot fino all'ultimo braccio. Questo problema geometrico costituisce la cosiddetta cinematica diretta del robot. In formule, detto p il vettore contenente le informazioni di posizione e orientamento dell'elemento terminale, si ha

p=f(q)=f(q₁,q₂,...,q_n)

dove f è una funzione vettoriale delle variabili di giunto, specifica del particolare robot. Il problema cinematico diretto ha sempre una e una sola soluzione per robot costituiti da catene di corpi senza maglie chiuse. Accanto a questo problema di analisi c'è quello di sintesi nel quale si richiede di determinare i valori di tutte le variabili di giunto che realizzano una data posizione e un dato orientamento dell'elemento terminale del robot. Questo problema inverso può non avere soluzione, per es. se la posizione richiesta è al di fuori dello spazio di lavoro raggiungibile dal braccio robotico, oppure averne una molteplicità finita o addirittura infinita (robot cinematicamente ridondanti). Nel caso in cui la soluzione si possa ottenere in forma chiusa

q=f⁻¹(p)=h(p)

la funzione h è detta cinematica inversa del robot. Un robot antropomorfo a sei gradi di libertà possiede fino a sedici soluzioni cinematiche inverse distinte.

Differenziando rispetto al tempo la funzione cinematica diretta si ottiene una relazione tra le velocità di rotazione o traslazione dei giunti e le velocità lineari e (indirettamente) quelle angolari dell'elemento terminale

p′=∂(q)/∂q·q′=J(q)q′

La matrice di derivate parziali J(q) si dice Jacobiano del robot. Esistono in generale configurazioni q che rendono tale matrice deficiente di rango (il numero di righe o colonne linearmente indipendenti non è il massimo possibile). Tali configurazioni dei giunti si dicono singolarità cinematiche del robot; in corrispondenza a esse la mobilità istantanea della struttura è ridotta.

Per descrivere matematicamente le forze o le coppie motrici necessarie a movimentare il manipolatore lungo una traiettoria desiderata, è necessario ricavare il modello dinamico del robot. A tale scopo si possono utilizzare diversi formalismi della meccanica classica: le equazioni di Newton-Eulero, basate sul bilanciamento di forze e coppie, incluse quelle inerziali, e le equazioni di Lagrange-Eulero, basate su un approccio energetico. Nella loro applicazione ai robot si sfrutta in generale la presenza di ricorsività connesse alla particolare struttura dei robot stessi, costituiti da catene di bracci assunti rigidi. È possibile infine arrivare a un'espressione in forma chiusa per le equazioni del moto, del tipo

B(q)q″+c(q,q′)+g(q)=u

dove la matrice B(q) è l'inerzia generalizzata del particolare robot, e quindi il suo prodotto per l'accelerazione q″ rappresenta le forze inerziali, c(q,q′) è il vettore delle forze centrifughe e di Coriolis alle quali è soggetto il robot durante il suo moto, mentre il vettore g(q) contiene le forze dovute alla gravità. Il termine u a destra dell'uguaglianza è il vettore di forze o coppie attive applicate dall'esterno ai singoli giunti. Nel caso comune di robot con tutti giunti rotatori, il vettore u è costituito dalle coppie motrici generate dagli attuatori (per es., motori elettrici).

Le suddette equazioni si possono utilizzare in due modi complementari. Se si sostituisce nei termini di sinistra l'andamento desiderato nel tempo q_d(t) dei singoli giunti del robot, ossia il moto complessivo desiderato del robot, assieme alla sua derivata prima q_d′(t) e seconda q_d″(t), si ottiene un insieme di equazioni algebriche

B(q_d(t))q_d″(t)+c(q_d(t),q_d′(t))+g(q_d(t))=u_d(t)

dove a destra si legge l'andamento nel tempo delle coppie u_d(t) necessarie al movimento. Questo impiego del modello è relativo alla cosiddetta dinamica inversa del robot. Viceversa, se si applicano delle coppie arbitrarie u(t) ai giunti per un intervallo di tempo tε[0,T] e si vuole conoscere quale sarà il movimento del robot, rappresentato dall'evoluzione nel tempo delle variabili di giunto, è necessario anzitutto isolare l'accelerazione

q″(t)=B−¹(q(t))[u(t)− c(q(t),q′(t))−g(q(t))]

A partire da uno stato iniziale assegnato, espresso dalla posizione q(0) dei giunti e dalla loro velocità iniziale q′(0), occorre integrare due volte questo sistema di n equazioni differenziali non lineari. Tale operazione viene effettuata solo numericamente e costituisce la cosiddetta dinamica diretta del robot. Tale risultato è utilizzato, assieme alla cinematica diretta e inversa, ogni qual volta si vuole simulare al calcolatore o su stazioni grafiche computerizzate il comportamento fisico di un robot, per es. per la pianificazione fuorilinea dei compiti e la verifica a priori dell'assenza di collisioni tra robot e altri oggetti nella cella di lavorazione.

Se il robot è in contatto con una superficie ambientale tramite un utensile montato sulla flangia dell'elemento terminale, come nelle operazioni di finitura di parti meccaniche, anche le forze e le coppie F scambiate nel contatto a livello cartesiano confluiscono, opportunamente trasformate, nelle forze attive ossia nel termine a destra del modello dinamico. Il legame di trasformazione delle forze e coppie cartesiane costituisce la cosiddetta statica del robot. In base al principio dei lavori virtuali si ha

u=J^T(q)F

in cui compare la matrice trasposta dello Jacobiano del robot.

Il sistema di n equazioni differenziali del secondo ordine che regola la dinamica dei robot è non lineare, mentre le singole equazioni risultano fortemente accoppiate tra loro. Pertanto, il problema del comando e controllo del movimento risulta particolarmente complesso, soprattutto per gli effetti delle incertezze sulla conoscenza dei parametri meccanici del robot e del carico trasportato e per la presenza di disturbi quali attriti e frizioni ai giunti. Le leggi di controllo vengono progettate a controreazione (feedback) per due situazioni tipiche: il movimento da punto a punto, in cui interessa essenzialmente la precisione con la quale viene raggiunta la posizione finale (regolazione di posizione), e il moto lungo una traiettoria prefissata, in cui è importante la riproduzione sia del cammino geometrico che della legge oraria con la quale si desidera percorrere il cammino (asservimento di traiettoria).

Per problemi di regolazione, il riferimento di posizione è dato o direttamente in termini di valore costante q_d delle variabili di giunto oppure a livello cartesiano come p_d e poi trasformato mediante la cinematica inversa per fornire q_d=h(p_d). La scelta più diffusa nei robot industriali consiste nell'applicare, tramite gli attuatori, una coppia ai giunti definita dalla legge di controllo PID (Proporzionale-Integrale-Derivativa) in funzione dell'errore di posizionamento e=q_d−q,

u_PID(t)=K_Pe(t)+K_Ie(τ)dτ+K_De′(t)

dove il termine proporzionale, pesato dalla matrice di guadagno K_P, assicura la prontezza di risposta, il termine integrale (guadagno K_I) annulla l'errore a regime dovuto alla gravità o a disturbi costanti, mentre il termine derivativo (guadagno K_D) ha un effetto di stabilizzazione contro le oscillazioni del moto. Le tre matrici sono scelte diagonali con elementi positivi, ottenendo un controllore decentralizzato, che utilizza cioè solo informazioni e misure locali ai singoli giunti.

Per problemi di asservimento, la traiettoria desiderata dev'essere una funzione q_d(t) derivabile almeno due volte, eventualmente ottenuta per inversione della cinematica differenziale a partire da un riferimento di traiettoria cartesiana. I due schemi di controllo più diffusi sono quello PID con compensazione in avanti della coppia nominale calcolata mediante la dinamica inversa

u(t)=u_PID(t)+u_d(t)

oppure, a livello avanzato, la legge di controllo non lineare basata sul modello dinamico

u(t)=B(q)[q_d″+K_Pe(t)+K_De′(t)]+c(q,q′)+g(q)

La caratteristica principale di quest'ultima legge di controllo del moto è quella di modificare la dinamica non lineare del robot imponendo al sistema ad anello chiuso una dinamica desiderata arbitraria, descritta in genere da n equazioni differenziali del secondo ordine lineari e indipendenti (disaccoppiate). In tal modo il robot manipolatore ha un comportamento uniforme in tutto il suo spazio di lavoro. Leggi di comando analoghe a quelle già viste valgono anche per robot in contatto con l'ambiente, caso in cui occorre controllare sia il movimento dell'estremità terminale del robot che lo scambio di forze e coppie sulle superfici di contatto.

Sviluppi futuri. - La nuova generazione di robot, in un futuro non lontano, sarà costituita da macchine sempre più intelligenti in cui la programmazione da parte dell'uomo sarà ridotta a mera indicazione di massima, dotate di mani antropomorfe in grado di manipolare oggetti con attrezzi ridottissimi rispetto alle pinze portautensili attuali, e con una capacità autonoma di movimento in ambienti non noti a priori. Da un punto di vista applicativo, gli impieghi di robot non si limiteranno a quelli tradizionali dell'officina e della fabbrica, ma copriranno richieste di automazione nei campi e ambienti più diversi. Le attuali tendenze mostrano uno sviluppo della r. spaziale, dove il costoso lavoro umano degli astronauti viene già svolto con l'aiuto di telemanipolatori, qual è lo SSRMS (Space Shuttle Remote Manipulation System) montato sulle navette spaziali USA. Si prevede che l'uomo sarà del tutto sostituito dai robot nelle operazioni di manutenzione e recupero di satelliti e di montaggio automatico di componenti di stazioni spaziali orbitanti. Analogamente, le attività di esplorazione sottomarina sono già intraprese da robot mobili con possibilità di navigazione in profondità. È anche sempre più diffuso l'utilizzo di robot per interventi di emergenza in occasioni di disastri ambientali. In campi più tradizionali di servizio per l'uomo, i robot verranno impiegati in attività domestiche, nell'aiuto dei disabili, per la raccolta di prodotti agricoli e nell'edilizia. Un'altra interessante area di sviluppo riguarda la microrobotica, ossia la realizzazione di strutture robotiche di ridottissime dimensioni dotate di sistemi di visione e di micromanipolazione. L'uso principale è di natura medica, per interventi di chirurgia a basso grado d'invasività.

Il progresso nello sviluppo di robot procede evidentemente di pari passo con lo sviluppo tecnologico dei settori di base della r.: la meccanica, l'elettronica, l'informatica, nonché quel settore trasversale che va sotto il nome di automatica (v. in questa Appendice). Strutture e materiali sempre più leggeri ma con elevata rigidezza consentono di avere robot di peso analogo al carico trasportabile. La miniaturizzazione di componenti elettronici ed elettro-meccanici permette l'uso di attuatori e sensori di grandi prestazioni quali motori compatti in grado di fornire coppie elevate a basso numero di giri e pelli artificiali con predefinite possibilità tattili. Microprocessori economici ma di altissima velocità aprono le porte alla possibilità d'implementare in tempo reale algoritmi di comando e controllo sempre più sofisticati.

Poiché i robot dovranno essere in grado di svolgere compiti complessi che normalmente richiedono un'integrazione elevata di capacità di percezione, ragionamento e azione, è essenziale capire quale sia la natura fondamentale dei meccanismi cognitivi, dell'apprendimento e dell'intelligenza. Una maturazione ingegneristica di discipline scientifiche quali quella dell'intelligenza artificiale, ossia di quell'insieme di tecniche di ragionamento e di organizzazione della conoscenza che attribuiamo al sistema robot, costituisce la base per l'effettiva realizzazione di robot con caratteristiche comportamentali ''intelligenti'' di norma e finora non attribuite alle macchine (Vedi tav. f.t.).

Bibl.: K.S. Fu, R.C. Gonzales, C.S.G. Lee, Robotics: control, sensing, vision and intelligence, New York 1987; J.J. Craig, Introduction to robotics mechanics and control, ivi 1989; J.C. Latombe, Robot motion planning, Boston 1991; M.W. Spong, F.L. Lewis, C.T. Abdallah, Robot control: dynamics, motion planning and analysis, New York 1993; Y. Xu, T. Kanade, Space robotics: dynamics and control, Boston 1993.