Un robot umanoide è un robot con la sua forma fisica costruita per assomigliare al corpo umano. Il design può essere per scopi funzionali, come l’interazione con strumenti e ambienti umani, a fini sperimentali, come lo studio di locomozione, o per altri scopi. In generale, i robot umanoidi hanno un tronco, una testa, due braccia e due gambe, anche se alcune forme di robot umanoidi possono modellare solo parte del corpo, ad esempio, dalla vita in su. Alcuni robot umanoidi hanno anche teste progettate per replicare caratteristiche facciali umane come occhi e bocche. Gli androidi sono robot umanoidi costruiti per sembrare esteticamente umani.

Scopo
I robot umanoidi sono ora utilizzati come strumenti di ricerca in diverse aree scientifiche. I ricercatori studiano la struttura e il comportamento del corpo umano (biomeccanica) per costruire robot umanoidi. Dall’altra parte, il tentativo di simulare il corpo umano porta a una migliore comprensione di esso. La cognizione umana è un campo di studio incentrato su come gli esseri umani imparano dalle informazioni sensoriali per acquisire abilità percettive e motorie. Questa conoscenza viene utilizzata per sviluppare modelli computazionali del comportamento umano e sta migliorando nel tempo.

È stato suggerito che la robotica molto avanzata faciliterà il miglioramento degli umani comuni. Vedi il transumanesimo.

Sebbene lo scopo iniziale della ricerca umanoide fosse quello di costruire ortesi e protesi migliori per gli esseri umani, la conoscenza è stata trasferita tra le due discipline. Alcuni esempi sono la protesi di gamba motorizzata per l’ipertrofia neuromuscolare, l’ortesi del piede caviglia, la protesi di gamba realistica biologica e la protesi dell’avambraccio.

Oltre alla ricerca, sono stati sviluppati robot umanoidi per svolgere compiti umani come l’assistenza personale, attraverso la quale dovrebbero essere in grado di assistere i malati e gli anziani, e lavori sporchi o pericolosi. Gli umanoidi sono anche adatti per alcune vocazioni basate sulla procedura, come gli amministratori delle reception e i lavoratori della linea di produzione automobilistica.Essenzialmente, dal momento che possono usare strumenti e azionare attrezzature e veicoli progettati per la forma umana, gli umanoidi potrebbero teoricamente svolgere qualsiasi compito che un essere umano possa svolgere, purché dispongano del software appropriato. Tuttavia, la complessità di farlo è immensa.

Stanno anche diventando sempre più popolari come intrattenitori. Ad esempio, Ursula, un robot femminile, canta, suona musica, balla e parla al suo pubblico presso gli Universal Studios. Diverse mostre sul parco a tema Disney utilizzano robot animatronic che guardano, si muovono e parlano molto come gli esseri umani. Sebbene questi robot sembrino realistici, non hanno cognizione o autonomia fisica. Vari robot umanoidi e le loro possibili applicazioni nella vita quotidiana sono presenti in un film documentario indipendente chiamato Plug & amp; Prega, che è stato rilasciato nel 2010.

I robot umanoidi, in particolare quelli con algoritmi di intelligenza artificiale, potrebbero essere utili per future missioni di esplorazione spaziale pericolose e / o distanti, senza la necessità di tornare indietro e tornare sulla Terra una volta completata la missione.

sensori
Un sensore è un dispositivo che misura alcuni attributi del mondo. Essendo uno dei tre primitivi della robotica (oltre alla pianificazione e al controllo), il sensing svolge un ruolo importante nei paradigmi robotici.

I sensori possono essere classificati in base al processo fisico con cui lavorano o in base al tipo di informazioni di misurazione che forniscono come output. In questo caso, è stato utilizzato il secondo approccio.

Sensori propriocettivi
I sensori propriocettivi rilevano la posizione, l’orientamento e la velocità del corpo umanoide e delle articolazioni.

Negli esseri umani gli otoliti e i canali semicircolari (nell’orecchio interno) sono usati per mantenere l’equilibrio e l’orientamento. Inoltre, gli esseri umani utilizzano i propri sensori propriocettivi (ad es. Tocco, estensione muscolare, posizione degli arti) per aiutare con il loro orientamento. I robot umanoidi usano gli accelerometri per misurare l’accelerazione, da cui la velocità può essere calcolata mediante integrazione; sensori di inclinazione per misurare l’inclinazione; sensori di forza posizionati nelle mani e nei piedi del robot per misurare la forza di contatto con l’ambiente; sensori di posizione, che indicano la posizione effettiva del robot (da cui la velocità può essere calcolata per derivazione) o persino i sensori di velocità.

Sensori esterocettivi
Le matrici di tactels possono essere utilizzate per fornire dati su ciò che è stato toccato. The Shadow Hand utilizza una serie di 34 tactel disposti sotto la sua pelle di poliuretano su ogni punta delle dita. I sensori tattili forniscono anche informazioni sulle forze e le coppie trasferite tra il robot e altri oggetti.

La visione si riferisce all’elaborazione dei dati da qualsiasi modalità che utilizza lo spettro elettromagnetico per produrre un’immagine. Nei robot umanoidi è usato per riconoscere oggetti e determinare le loro proprietà. I sensori di visione funzionano in modo molto simile agli occhi degli esseri umani. La maggior parte dei robot umanoidi utilizza telecamere CCD come sensori di visione.

I sensori sonori consentono ai robot umanoidi di ascoltare suoni vocali e ambientali e di esibirsi come orecchie dell’essere umano. I microfoni vengono solitamente utilizzati per questo compito.

attuatori
Gli attuatori sono i motori responsabili del movimento nel robot.

I robot umanoidi sono costruiti in modo tale da imitare il corpo umano, quindi usano attuatori che si comportano come muscoli e articolazioni, anche se con una struttura diversa. Per ottenere lo stesso effetto del movimento umano, i robot umanoidi utilizzano principalmente attuatori rotanti. Possono essere elettrici, pneumatici, idraulici, piezoelettrici o ultrasonici.

Gli attuatori idraulici ed elettrici hanno un comportamento molto rigido e possono essere fatti solo per agire in modo conforme attraverso l’uso di strategie di controllo di feedback relativamente complesse. Mentre gli attuatori elettrici coreless sono più adatti per applicazioni ad alta velocità ea basso carico, quelli idraulici funzionano bene a basse velocità e applicazioni con carichi elevati.

Gli attuatori piezoelettrici generano un piccolo movimento con un’elevata capacità di forza quando viene applicata la tensione. Possono essere utilizzati per il posizionamento ultra-preciso e per generare e gestire forze elevate o pressioni in situazioni statiche o dinamiche.

Gli attuatori ultrasonici sono progettati per produrre movimenti in ordine micrometrico a frequenze ultrasoniche (oltre 20 kHz). Sono utili per controllare le vibrazioni, le applicazioni di posizionamento e la commutazione rapida.

Gli attuatori pneumatici funzionano sulla base della comprimibilità del gas. Mentre sono gonfiati, si espandono lungo l’asse e mentre si sgonfiano si contraggono. Se una estremità è fissa, l’altra si muoverà in una traiettoria lineare. Questi attuatori sono concepiti per applicazioni a bassa velocità e con carichi bassi / medi. Tra attuatori pneumatici ci sono: cilindri, soffietti, motori pneumatici, motori pneumatici passo-passo e muscoli artificiali pneumatici.

Pianificazione e controllo
Nella pianificazione e nel controllo, la differenza essenziale tra umanoidi e altri tipi di robot (come quelli industriali) è che il movimento del robot deve essere simile a quello umano, usando la locomozione con le gambe, soprattutto l’andatura bipede. La pianificazione ideale dei movimenti umanoidi durante la camminata normale dovrebbe comportare un consumo energetico minimo, come nel corpo umano. Per questo motivo, gli studi sulla dinamica e il controllo di questo tipo di strutture sono diventati sempre più importanti.

La questione della stabilizzazione dei robot bipedi sulla superficie è di grande importanza. La manutenzione del centro di gravità del robot sul centro dell’area del cuscinetto per fornire una posizione stabile può essere scelta come obiettivo del controllo.

Per mantenere l’equilibrio dinamico durante la camminata, un robot ha bisogno di informazioni sulla forza di contatto e sul suo movimento attuale e desiderato. La soluzione a questo problema si basa su un concetto importante, lo Zero Moment Point (ZMP).

Un’altra caratteristica dei robot umanoidi è che si muovono, raccolgono informazioni (usando sensori) sul “mondo reale” e interagiscono con esso. Non restano immobili come manipolatori di fabbrica e altri robot che lavorano in ambienti altamente strutturati. Per consentire agli umanoidi di muoversi in ambienti complessi, la pianificazione e il controllo devono concentrarsi sul rilevamento di collisione, sulla pianificazione dei percorsi e sull’elusione degli ostacoli.

I robot umanoidi non hanno ancora alcune caratteristiche del corpo umano. Includono strutture con flessibilità variabile, che forniscono sicurezza (al robot stesso e alle persone) e ridondanza dei movimenti, ovvero più gradi di libertà e quindi ampia disponibilità di compiti. Sebbene queste caratteristiche siano desiderabili per i robot umanoidi, porteranno più complessità e nuovi problemi alla pianificazione e al controllo. Il campo del controllo di tutto il corpo affronta questi problemi e affronta il corretto coordinamento di numerosi gradi di libertà, ad esempio per realizzare contemporaneamente più compiti di controllo mentre si segue un determinato ordine di priorità.

Ricerca e sviluppo
Lo sviluppo di robot umanoidi si basa su due motivi principali:

Intelligenza artificiale
Oggi molti scienziati credono che la costruzione di un robot umanoide funzionale sia la base per la creazione di intelligenza artificiale (AI) umana. Secondo questa visione, l’intelligenza artificiale non può essere facilmente programmata ma risulta da un processo di apprendimento. Questo punto di vista si basa sulle osservazioni della psicologia dell’apprendimento. Il robot con intelligenza artificiale dovrebbe partecipare attivamente alla vita sociale dell’uomo e imparare dall’osservazione, dall’interazione e dalla comunicazione. La base della comunicazione è una motivazione alla base di entrambe le parti, che almeno inizialmente assomiglia a quella nella relazione genitore-figlio.L’intelligenza artificiale del robot può svilupparsi in modo ottimale solo se è già riconosciuta nella sua funzionalità minima come essere equivalente. Per questo deve avere una forma umana, mobilità e sensori. L’obiettivo attuale è quindi una copia tecnica di alta qualità della fisiologia umana. Questa particolare sfida tecnologica porta alla separazione dei gruppi di ricerca che lavorano insieme per sotto-aspetti complessi. Gli esempi includono il Leg Lab del Massachusetts Institute of Technology, il progetto robotico umanoide COG e il progetto AI Kismet.

Macchina da lavoro multifunzionale
I progetti di robot umanoide a costo commerciale o sponsorizzati dal governo dimostrano un’alta aspettativa della futura redditività economica di tali sistemi. L’habitat umano (edifici, mezzi di trasporto, strumenti o dispositivi) è orientato economicamente per ragioni di costo ed è particolarmente orientato alla fisiologia umana. Un robot robotico di apprendimento umanoide prodotto in serie e multifunzionale elimina la necessità di produrre, distribuire e intrattenere molti robot specializzati. Soprattutto le attività che consistono in diverse operazioni complicate, potrebbero essere fatte facilmente. Le persone dovrebbero essere aiutate da un aiutante multifunzionale che risparmia tempo, lavoro o tempo nel loro ambiente o che offre intrattenimento. Il Giappone, come la Germania, ha una forte popolazione che invecchia. Si spera, Attraverso l’uso coerente di questi tuttofare per sostenere gli anziani nella vita quotidiana o per alleviare il personale infermieristico. Per aumentare l’accettazione dei robot nella società, ricerca il Laboratorio di macchine socialmente intelligenti dell’Istituto di tecnologia georgiano sulle abilità sociali dei robot umanoidi.

Cronologia degli sviluppi

Robot umanoidi ritratti nei film e negli spettacoli televisivi del 21 ° secolo
Nei film e nei programmi televisivi selezionati del 21 ° secolo vengono raffigurati robot umanoidi (a volte chiamati anche “umani sintetici” o “replicanti”) che possono trascendere la “valle misteriosa”.Alcuni di questi film e spettacoli televisivi raffigurano un futuro in cui chiunque può acquistare un robot umanoide, che ha portato a presunti miglioramenti in molte aree, tra cui assistenza agli anziani e compagnia sociale. Questi film e programmi televisivi hanno ottenuto un punteggio superiore al 60% per il Tomatometro medio su Rotten Tomatoes. I robot umanoidi possono essere considerati una minaccia dagli umani, specialmente se diventano capaci di simulare la coscienza umana.