Come Visual SLAM consente ai robot di "vedere"

Come può un robot percepire un ostacolo imminente? Tecnicamente non lo può fare, poiché i robot non possiedono occhi. Tuttavia, sono in grado di determinare la loro posizione nello spazio tramite una combinazione di tecnologie avanzate. In questo senso, sebbene non si tratti di visione vera e propria, il risultato è sorprendentemente simile e, se ci pensiamo, straordinariamente innovativo. Infatti, senza una forma di "visione", anche il robot più sofisticato non sarebbe in grado di svolgere il suo compito.

Per questo motivo, la robotica rimane una delle sfide tecnologiche più stimolanti e cruciali del nostro tempo. La realizzazione di un robot autonomo richiede una sinergia di competenze provenienti da numerosi settori, dalla robotica all'ingegneria meccanica ed elettronica, fino allo sviluppo software, alla scelta dei materiali, alla meccatronica e così via. Ogni componente del sistema deve lavorare in modo integrato, creando un equilibrio estremamente preciso. Per esempio, il movimento del robot dipende dai materiali con cui è costruito, dall'interazione tra i vari elementi, dal loro funzionamento coordinato e dalle modalità di alimentazione. Tuttavia, se l'obiettivo è rendere il robot indipendente nei suoi spostamenti, come può muoversi senza un sistema che gli permetta di "vedere" e comprendere l'ambiente circostante?

Le tecnologie ottiche e di imaging sono il nostro punto di eccellenza, e non sorprende che Canon stia sviluppando soluzioni avanzate in questo campo della robotica da molto tempo. Da oltre trent'anni, a dirla tutta. Oggi, questa innovazione prende il nome di Visual SLAM, un termine ironico, dato che la sua funzione principale è proprio quella di prevenire qualsiasi tipo di impatto o collisione ["slam" significa "urto" in inglese, NdT]. SLAM, acronimo di "Simultaneous Localization and Mapping" (Localizzazione e mappatura simultanee), è un sistema in grado di stimare simultaneamente la posizione e la struttura dell'ambiente circostante di un robot. Il concetto originale di Visual SLAM è nato per fondere il mondo reale e quello virtuale in un display montato sulla testa, una tecnologia che oggi conosciamo come "realtà mista". Oggi, Visual SLAM trova applicazione in molteplici attività automatizzate, spaziando tra settori come quello manufatturiero, alberghiero, sanitario ed edile.

Come funziona la tecnologia Visual SLAM?

I robot mobili, come gli AGV (Veicoli a guida automatica) e gli AMR (Robot mobili autonomi), sono ormai una presenza consolidata nei magazzini e negli impianti logistici, spesso guidati da percorsi a nastro magnetico fissati al suolo. Come facilmente intuibile, queste soluzioni comportano costi elevati, tempi di installazione lunghi e, soprattutto, limitazioni a livello di flessibilità. Se gli AGV e gli AMR sono vincolati a un percorso predefinito, che cosa accade quando è necessario modificarlo? O se l'azienda deve essere in grado di adattare rapidamente le sue operazioni? In un contesto in cui tutto è in continua evoluzione, un approccio "senza guida" diventa fondamentale.

La soluzione è utilizzare uno dei due tipi di SLAM. Il primo è LiDAR (Light Detection and Ranging, Rilevamento e misurazione della luce), che impiega impulsi laser per determinare distanze e forme delle strutture circostanti. Pur essendo particolarmente vantaggiosi in ambienti scarsamente illuminati, i sistemi LiDAR generalmente si avvalgono di sensori che eseguono scansioni orizzontali, limitando così le informazioni che un robot può raccogliere a superfici bidimensionali. Ciò non significa che sia impossibile ottenere dati tridimensionali: semplicemente, comporta costi molto più elevati. Un ulteriore limite del sistema LiDAR è che, qualora l'ambiente non offra abbastanza riferimenti visivi, è necessario inserire oggetti tridimensionali lungo il percorso del robot.

La tecnologia Visual SLAM di Canon, invece, impiega le telecamere come sensori, offrendo una soluzione più economica rispetto a LiDAR, ma comunque capace di garantire misurazioni estremamente precise. Attraverso una combinazione di immagini video e una tecnica di analisi avanzata, vengono identificate le forme tridimensionali delle strutture circostanti. Questo insieme di informazioni contribuisce alla "localizzazione", una delle funzioni fondamentali di SLAM. Sorprendentemente, questa tecnologia si applica anche a oggetti con superfici piatte, come i poster sui muri, eliminando la necessità di installare oggetti tridimensionali aggiuntivi, come avviene con la tecnologia LiDAR. Questo amplia notevolmente i possibili ambiti di utilizzo, rendendo Visual SLAM adatto a una vasta gamma di ambienti. Inoltre, grazie alla capacità di riconoscimento delle immagini, Visual SLAM si presta anche ad altre applicazioni, come i droni o i robot di servizio.

Come percepisce i cambiamenti?

Poiché gli ambienti in cui operano gli AGV e gli AMR sono in continua evoluzione, Visual SLAM deve essere in grado di adattarsi rapidamente. Le immagini provenienti da telecamere stereo laterali vengono costantemente elaborate dal software di navigazione visiva per AGV di Canon, che converte le immagini in mappe 3D in tempo reale, aggiornandole automaticamente. Nonostante l'elevato volume di dati da processare, il sistema è progettato per operare in tempo reale, anche su dispositivi a bassa potenza. La capacità di acquisire ed elaborare continuamente i dati consente ai robot dotati di Visual SLAM di navigare in autonomia.

Questo li rende particolarmente adatti a operare in ambienti diversi, inclusi quelli in cui gli esseri umani potrebbero essere esposti a rischi. Un esempio tipico è il trasporto di materiali pericolosi all'interno di impianti chimici o in qualsiasi scenario che richieda movimenti "senza contatto" per tutelare le persone. Si è ipotizzato che i robot equipaggiati con Visual SLAM possano essere impiegati nelle strutture sanitarie per la distribuzione di cibo e medicinali, in modo da ridurre al minimo il contatto con pazienti ad alto rischio durante i trattamenti. Poiché tali ambienti sono dinamici e in rapida evoluzione, la capacità del robot di "apprendere" mentre opera diventa un elemento essenziale.

Come per tutte le tecnologie interdisciplinari, i progressi in un campo aprono la strada a nuove opportunità in altri ambiti, e questo vale anche per la visione robotica. Dopotutto, le nostre tecnologie ottiche, dei sensori e di elaborazione delle immagini sono state perfezionate grazie allo sviluppo dei nostri prodotti fotografici e ottici. Lo sviluppo di "occhi" robotici accessibili ed economici per tutte le industrie rappresenta un passo importante verso soluzioni automatizzate che migliorano la sicurezza, il comfort e la convenienza nella vita quotidiana di tutti.

Per saperne di più sulle tecnologie Visual SLAM di Canon, visita il sito Web globale di Canon.