Robot e Intelligenza Artificiale

Si sente parlare ormai tantissimo di Intelligenza Artificiale (IA), il Programma Strategico per l’Intelligenza Artificiale 2022-2024 (vedi documento) la definisce come l’insieme dei modelli digitali, algoritmi e tecnologie che riproducono la percezione, il ragionamento, l'interazione e l'apprendimento. Il portale del Parlamento Europeo (vedi link) definisce l’Intelligenza Artificiale come elemento centrale per la trasformazione digitale della società ed una delle priorità dell’UE.

Sebbene non di rado vengono esternati dubbi e “timori” che può destare una così vasta materia che oggigiorno permea totalmente la società e lo stile di vita, l’IA viene a volte vista come un valore aggiunto nella vita quotidiana e lavorativa ed altre volte come un qualcosa, che per sua natura può introdurre significativi cambiamenti, come ad esempio portare alla scomparsa di molti posti di lavoro. Tra i vari timori ci si chiede spesso infatti: “Con l’intelligenza artificiale, le macchine (i Robot) sostituiranno l’uomo?”

Soffermandoci sulla domanda se i robot e IA sostituiranno totalmente l’uomo, in questo articolo cercheremo di chiarire alcuni aspetti che collegano il “mondo” dei Robot con quello dell’IA.

Per citare i termini che furono di Umberto Eco (Saggista e intellettuale di fama mondiale Alessandria, 5 gennaio 1932 – Milano, 19 febbraio 2016) nel confronto tra i benefici derivanti dall’innovazione tecnologica e le conseguenze che tale processo potrebbe generare troviamo “il confronto tra quanti prevedono un futuro in cui le macchine andranno progressivamente a sostituire il lavoro dell’uomo, che perderà così una delle funzioni vitali in grado di nobilitarne l’esistenza, contrapposti a quanti invece considerano l’automazione di ogni cosa un bene proprio perché consentirà all’Uomo di evolvere le proprie capacità e di dedicarsi alla programmazione e all’integrazione delle macchine che svolgeranno così per lui i lavori più faticosi, ripetitivi e poco interessanti“.

La coesistenza della robotica e dell'AI permette di migliorare lo sviluppo di macchine (robot) in grado di supportare i lavoratori in specifiche mansioni come quelle più ripetitive e/o faticose, in diversi settori d’impiego.

Sempre nel portale del Parlamento Europeo si elenca infatti, tra gli esempi di usi quotidiani ed usi possibili dell’IA, anche quello dei robot nelle fabbriche, sostenendo che: “L’IA aiuterebbe i produttori europei ad essere più efficienti. L’utilizzo dei robot potrebbe aiutare a riportare le fabbriche in Europa. Inoltre, l’intelligenza artificiale può essere usata per pianificare i canali di vendita o le manutenzioni.”

Cominciamo dal chiarire il concetto di robotica e per fare ciò è utile attenersi a fonti ufficiali. Come definito dalla “Robotics Research Group” dell’Università di Oxford, “la robotica è la scienza che studia la connessione intelligente tra percezione e azione nella macchina (robot)”.

Dalla definizione di Wikipedia “La robotica è la disciplina che studia e sviluppa metodi che permettono a un robot di eseguire dei compiti specifici, riproducendo in modo automatico il lavoro umano. Anche se la robotica è una branca dell’ingegneria, più precisamente della meccatronica (meccanica + elettronica), in essa confluiscono approcci di molte discipline sia di natura umanistica, come la linguistica, sia di natura scientifica: biologia, fisiologia, psicologia, elettronica, fisica, informatica, matematica e meccanica”.

La disciplina si sviluppa dal desiderio dell’uomo di realizzare macchine artificiali e autonome, come i robot, che siano in grado di simulare il lavoro umano e dotate di intelligenza artificiale.

Nel contesto multidisciplinare della robotica, l’intelligenza artificiale è solo una delle componenti, tra l’altro la più recente.

Contestualmente dare una definizione univoca di Robot non è affatto semplice, perché come visto, la sua realizzazione, il suo funzionamento ed utilizzo, coinvolgono molteplici discipline.

L’enciclopedia Treccani definisce i robot come “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 ripetibilità di esecuzione”.

Gli elementi che costituiscono un robot sono quattro:

• sistema meccanico come gli organi di locomozione (ruote, cingoli, gambe);

• sistema di attuazione che anima le parti meccaniche;

• sistema sensoriale ossia i sensori che permettono l’acquisizione delle percezioni dell’ambiente;

• sistema di governo che comanda l’esecuzione delle azioni.

La parola “robot” ha da poco compiuto il primo secolo di vita, avendo esordito nel 1920 vicino Praga. Il termine proviene dalla parola “robota” con il significato di “lavoro pesante” o “lavoro forzato”.

Questo termine venne introdotto dallo scrittore ceco Karel Čapek nel suo dramma teatrale R.U.R. (Rossum's Universal Robots ovvero “I robot universali di Rossum”) dove compariva un umanoide immaginario (foto), identificato come robot per richiamare la parola ceca robota.

L’anno 1920 è anche l’anno in cui nasce Isaac Asimov, scienziato e scrittore, che richiama il termine inglese derivato “robotics” ossia “robotica” nei suoi racconti di fantascienza nel 1940.

Lo stesso Asimov è anche l’inventore delle Tre Leggi della Robotica, enunciate all’interno di una collana di racconti fantascientifici del 1942:

1. Un robot non può recare danno agli esseri umani, né può permettere che, a causa del suo mancato intervento, gli esseri umani ricevano danno;

2. Un robot deve obbedire agli ordini impartiti dagli esseri umani, tranne nel caso che tali ordini contrastino con la Prima Legge;

3. Un robot deve salvaguardare la propria esistenza, purché ciò non contrasti con la Prima e la Seconda Legge.

(Isaac Asimov, Manuale di Robotica, 56a Edizione)

Le tre leggi della robotica vengono ideate da Asimov per governare il suo “robot positronico” ossia creature immaginarie con forme umanoidi che non si ribellano al loro creatore ma sono invece “lieti di poter servire”.

Nel 1956 George Devol e Joseph Engelberger fondano la prima azienda produttrice di robot al mondo, la Unimation Inc. (Universal + Automation).

Nel 1962 viene venduto il primo manipolatore industriale (braccio meccanico) conosciuto come Unimate (foto). Il robot era considerato un “programmable transfer machine”, poiché il suo scopo principale era quello di trasferire oggetti da un punto all’altro.

Unimate è il primo robot progettato per eseguire operazioni ripetitive e/o pericolose su una linea di produzione della General Motors nel New Jersey.

Tra il 1975 e 1978 si deve all’ingegnere meccanico proveniente dall’Università di Standford, Victor Scheinman, la realizzazione di PUMA (Programmable Universal Manipulation Arm). In breve tempo PUMA diventa il robot industriale più diffuso in fabbrica e nei laboratori di ricerca, riusciva a compiere azioni complesse come assemblare e saldare.

Nel 1986 la LEGO (azienda danese produttrice di giocattoli) ed il MIT Media Lab (laboratorio di ricerca presso il Massachusetts Institute of Technology) collaborano alla progettazione di prodotto con lo scopo di portare nelle scuole l’educazione alla tecnologia (Robotica Educativa¹). Nel 1988 LEGO rilascerà il primo kit per la robotica, denominando la gamma di produzione "MINDSTORM".

Il 4 luglio 1997 atterrava sul Pianeta Rosso del nostro Sistema Solare, Marte, nell’ambito della missione della NASA denominata Mars Pathfinder, Rover Sojourner, il primo robot in assoluto della Stazione Spaziale Internazionale, messo in orbita.

Nel 2002 ASIMO, della Honda, è il primo robot che riesce a camminare e salire/scendere le scale in maniera “umana” ed in completa autonomia.

Nel 2009 viene presentato il robot-bambino iCub, sviluppato e costruito dall’Istituto italiano di Tecnologia di Genova. iCub è una piattaforma completamente open-source (sia software che hardware) per lo studio della cosidetta embodiment cognition^2.

Nel 2012 Arriva sul mercato Baxter della start-up Rethink Robotics. Baxter ha una faccia animata ed è pensato per lavorare su linee di produzione in stretta collaborazione con l’uomo.

Tra il 2013 ed il 2016 Boston Dynamics³, azienda software fondata quasi 30 anni fa nelle vicinanze di Boston, sviluppa il robot umanoide ATLAS. È tra i più avanzati al mondo, capace di operare sia in ambienti interni che esterni, di camminare su svariati terreni, manipolare oggetti, il tutto con elevata stabilità.

Ad oggi gli ambiti di applicazione dei robot spaziano dal Robot Chirurgo che consente ai medici di controllare a distanza alcune procedure chirurgiche, gli Shopping Assistance Robot, i Robot domestici e social impiegati in ambito domestico ed in grado di riconoscere volti ed espressioni dei componenti della famiglia grazie al riconoscimento biometrico, i Robot impiegati nel settore agricolo, i Robot geminoidi ossia robot “gemello” di un essere umano, costruito cioè in modo da assomigliare, sia nell’aspetto fisico che nei movimenti, ad un uomo, ed il più recente Tesla Bot (foto), presentato ad agosto 2021 il cui attesissimo prototipo verrà svelato invece il 30 settembre 2022, un robot alto circa 1,75 m, del peso di poco più di 50 kg, in grado di muoversi a circa 8 km/h e di trasportare pesi fino a 20 kg.

Sulla base del percorso evolutivo presentato, ad oggi si riconoscono convenzionalmente quattro generazioni di robot:

• Prima Generazione: Macchine programmabili senza possibilità di controllo delle modalità reali di esecuzione e senza interazione con l’ambiente esterno. L’impiego di questi tipi di robot è prevalentemente industriale, infatti in quegli anni venivano utilizzati per operazioni di carico e scarico di merci o per effettuare semplici spostamenti di materiali;

• Seconda Generazione: Macchine programmabili con possibilità di riconoscimento dell’ambiente esterno e con possibilità di spostamenti da punto a punto. Essi dispongono di software specifici dedicati ad applicazioni specifiche. Quindi, se il robot era destinato a svolgere un determinato compito, come ad esempio il carico di una macchina, era molto difficile impiegarlo per un’altra operazione come per esempio la saldatura. Per poterlo fare bisognava cambiare il sistema di controllo;

• Terza Generazione: Macchine auto programmabili con possibilità di interagire con l’ambiente esterno ed in grado di auto istruirsi per l’esecuzione di un compito assegnato;

• Quarta Generazione: Sono i robot autonomi capaci di svolgere funzioni e prendere decisioni attraverso l’apprendimento automatico (machine learning).

Possiamo sicuramente affermare di trovarci nella quarta generazione di robot: i robot autonomi, ed è in questo contesto che troviamo il collegamento tra il “mondo” dei Robot e quello dell’IA. Per lo scopo della presente trattazione possiamo soffermarci su due tipi di robot: non autonomi e autonomi.

I robot non autonomi sono rappresentati dalle macchine comandate (programmate) a priori da un software ed impiegate per lo svolgimento di un determinato compito. Sono utilizzati per lo più nelle produzioni industriali lungo le catene di montaggio ed impiegati per svolgere compiti molto spesso ripetitivi. Possono essere anche gestiti direttamente dall’uomo mediante sistemi di controllo remoto. Un esempio classico è costituito dai droni controllabili a distanza, dai robot artificieri impegnati per ispezionare luoghi a rischio e disinnescare eventuali minacce potenzialmente letali per l’uomo.

I robot autonomi sono invece i robot che impiegano l’IA. Sono caratterizzati dalla capacità di apprendimento, attraverso l’esperienza e l’interazione. I robot autonomi hanno la capacità di acquisire autonomia tramite le capacità sensoriali e lo scambio di dati con l’ambiente in cui si trova ad operare nonché capacità di analisi dei dati raccolti. Ciò è reso possibile da una serie di processori, che eseguono degli algoritmi di intelligenza artificiale e operano effettuando delle scelte servendosi delle reti neurali.

Il sistema sensoriale, uno dei quattro elementi costituenti i robot come visto precedentemente, viene largamente impiegato nei robot autonomi per l’acquisizione delle più svariate informazioni dall’esterno come il riconoscimento delle immagini, basato su AI e reti neurali e dotato di varie telecamere.

L’introduzione dell'intelligenza artificiale nella robotica avviene specialmente nel settore della robotica industriale con lo scopo di affinare e migliorare l’autonomia nei processi di automazione. Si parla in questo contesto di COBOT ossia COllaborative roBOT.

I COBOT sono robot dotati di forti doti di autonomia ed in grado di percepire e interpretare l’ambiente in cui si trova per distinguere un pezzo meccanico da un altro, per muoversi in sicurezza attraverso l’ambiente (ad esempio per consegnare un pezzo a un operatore umano senza entrare in collisione con altri esseri umani), per decidere quali compiti svolgere e in che modo, tenendo conto delle esigenze delle persone con cui interagisce (capacità di intelligenza artificiale), per capire quale punto sorreggere di una macchina in fase di montaggio ed infine per saper gestire gli imprevisti durante l’esecuzione delle sue azioni.

Da quanto emerge è possibile affermare che i robot autonomi richiedono una combinazione di molte aree dell'AI come:

• la visione computerizzata ed il riconoscimento vocale per rilevare l'ambiente;

• il Natural Language Processing (NLP), il recupero delle informazioni e il ragionamento in condizioni di incertezza per l’elaborazione di istruzioni e previsione delle conseguenze di azioni potenziali;

• il Senitment analysis (sistemi che rispondono a espressioni delle emozioni umane o che imitano le emozioni) per interagire e lavorare con gli esseri umani.

In conclusione, nel collegamento tra mondo dei robot e dell’IA possiamo sottolineare che:

• l’IA e la robotica hanno in comune la capacità di compiere azioni al posto degli umani;

• l’IA viene usata nella robotica per azionare robot, per attivarli al fine di metterli in funzione e quindi per disattivarli;

• l’IA impiegata nella robotica ne rappresenta solamente una parte di un ambito che abbiamo visto essere multidisciplinare.

Il mondo dell’Intelligenza Artificiale è destinato ad evolversi nel prossimo futuro. Conoscere l’espansione del fenomeno è un modo per arrivare preparati e sfatare i falsi miti che portano a guardare con sospetto l’IA.

Sicuramente i robot autonomi ed i COBOT sono dotati di un certo livello di autonomia e non sempre sono provvisti di agenti di sicurezza atti a limitare i rischi cyber che potrebbero presentarsi e sfociare in veri e propri attacchi cibernetici. È al contempo fondamentale capire come prepararsi ad affrontare i rischi che si potrebbero presentare al fine di garantire un adeguato livello di sicurezza.

Nel connubio Robot e IA bisogna dire che il timore che i robot possano sostituire l’uomo in tutte le attività è del tutto irrazionale in quanto, sebbene ci siano già i computer che in molti ambiti superano di gran lunga la velocità computazionale del cervello umano, questi sono ancora lontani da un livello di intelligenza pari a quello dell’essere umano tale da potersi sostituire a noi.

A tal proposito la migliore conclusione per l’articolo è la seguente citazione di Albert Einstein:

“I computer sono incredibilmente veloci, accurati e stupidi.

Gli uomini sono incredibilmente lenti, inaccurati e intelligenti.

L'insieme dei due costituisce una forza incalcolabile.”