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Robotica di Sorveglianza - Antonella Giuni -

Una delle leggende più note della storia romana è quella che vede Roma assediata dai Galli di Brenno. Siamo nel 390 a.C. (per alcuni nel 387 a.C). La leggenda narra che i romani affamati furono tentati di banchettare con le grasse oche del Campidoglio, sacre a Giunone. La devozione religiosa ebbe il sopravvento e le oche furono risparmiate. Una notte il generale Marco Manlio e i romani assediati furono svegliati dallo starnazzare delle oche. I Galli stavano per attaccare la città ma, prorpio grazie all’intervento dei  pennuti  l’attacco fu sventato.
Veniamo ai giorni nostri. E’ cambiato il contesto ma non per questo sono cessati i pericoli. Oggi siamo in qualche modo sotto assedio da parte di soggetti diversi che hanno cambiato la modalità ma non le intenzioni. La tecnologia ha fatto passi da gigante. Per conquistare posizioni dominanti e prosperita’ si usano armi e tecniche spesso molto sofisticate. Ci sono strumenti tecnologici per combattere ad armi pari con i moderni Brenno?
La versione più attuale delle oche del Campidoglio è rappresentata da ANSER, traduzione latina di oca,  un veicolo mobile autonomo pensato per compiti di sorveglianza robotizzata. ANSER è l’acronimo di Airport Non-stop Surveillance Expert Robot. Il veicolo è nato da uno studio di fattibilità voluto da alcune PMI liguri che operano con competenze sinergiche nell’ambito della robotica mobile autonoma e dall’Aeroporto di Villanova di Albenga, che ha collaborato alla stesura delle specifiche e ha messo a disposizione il sito aeroportuale per le fasi di validazione. Il progetto è stato finanziato dal Parco Scientifico e Tecnologico della Liguria. Oggi ANSER, diventato un vero e proprio prodotto, che ha acquisto la significativa posizione tanto da essere  da considerato come integrazione fondamentale di sistemi di sorveglianza fissi, che possono essere semplificati rispetto ad una installazione tradizionale standard. Secondo lo scenario disponibile, ANSER può essere l'agente principale di sorveglianza, assistito da sistemi fissi e più semplici. Può sostituire sempre comunque veicoli mobili tele-operati e tradizionali, grazie alle sue autonome e superiori capacità di navigazione. Risulta inoltre idoneo per esplorare aree potenzialmente a rischio anche  in aeree  aperte.   Cioe’  puo’ sorvegliare   aree  pianeggianti in   luoghi aperti ed essere quindi utile  anche per  missioni in specifiche aree militari e non.
Perché dovrebbe essere utile integrare i sistemi di sorveglianza fissi? Quando questi sistemi possono non risultare sufficienti? Queste sono le prime obiezioni che mi pare di sentire da chi legge queste note. Ma i sistemi di sorveglianza fissi, per quanto utili in molti casi, presentano tuttavia alcuni limiti. Ne elencherò alcuni. Proprio in quanto fissi, ogni telecamera ha un limitato campo di vista. Normalmente si usano un numero notevole di telecamere per riuscire a coprire il più possibile le aree di interesse. Usualmente però, nonostante la possibilità di brandeggio, rimangono comunque punti di scarsa o nulla visibilità, a meno di aumentare a dismisura il numero di telecamere installate, facendo lievitare i costi di impianto e manutenzione. Nel caso in cui il punto di interesse sia lontano dalle telecamere disponibili, è possibile zommare l’immagine ma pur sempre entro certi limiti, lasciando quindi margini di incertezza. Vi è un altro aspetto non trascurabile costituito dalla luminosità ambientale che può inficiare la bontà delle immagini acquisite e quindi il riconoscimento di eventuali situazioni degne di attenzione. Se poi si frappone un ostacolo tra la telecamera e la POTENZIALE zona di interesse, la telecamera al più vede l’ostacolo ma non quanto succede al di là di esso. Mentre per conto un robot mobile può quindi essere utile per superare i limiti posti da un sistema tradizionale di sorveglianza perché può avvicinarsi al punto di interesse, recarsi al di là di eventuali ostacoli e di conseguenza  esaminare aree fuori portata delle telecamere.

Ma la dipendenza dalla luminosità dove la mettiamo, direte voi. Il punto è che il robot, pur avendo telecamere a bordo, non le usa principalmente  ma solo in caso di necessita’, per riconoscere eventuali situazioni di allerta. E’ infatti equipaggiato con una serie di sensori, tra cui laser scanner, sensori ultrasuoni, lettori RFID (Radio Frequency Identification)  - Con questo termine si indicano quelle tecnologie che permettono di creare dispositivi di dimensioni paragonabili a una carta di  credito o una SIM, anche privi di batteria. Tali dispositivi possono essere identificati a breve distanza in modo sicuro e univoco., in grado di rilevare varchi impostati in modo errato, oggetti sospetti, persone autorizzate in aree sensibili se fornite di identificatore RFID (se sprovviste dello stesso vengono riconosciute come potenziali intrusi), fumo, fuoco, gas, valori inaspettati di temperatura o di rumore, in modo indipendente dalle condizioni di luminosità, di giorno come di notte, con il sole o con la pioggia. Il sistema può montare diversi tipi di telecamere con brandeggio,  zoom e sistema di motion detection (un sistema che rileva in automatico scene in movimento, per es. un intruso che si muove in un’area che dovrebbe essere deserta) per visione diurna e notturna. Quindi le sue  telecamere di norma vengono attivate quando il sistema rileva un’anomalia e la segnala al servizio di sorveglianza. In tal modo, il sistema consente agli addetti alla sicurezza di scegliere l'azione corretta: ad esempio, la tele-esplorazione dell'area circostante con una maggiore accuratezza (il personale può, se lo ritiene opportuno, comandare il robot manualmente), comunicando via voce con l’eventuale persona incontrata, o attivando una corretta perlustrazione umana.

Come il sistema utilizza le telecamere per riconoscere situazioni di allerta? Il robot può essere equipaggiato anche con una telecamera 3D che consente la massima accuratezza nel riconoscimento di eventuali intrusi sostanzialmente in modo indipendente dalle condizioni di luminosità. Questo tipo di telecamera infatti non rileva le immagini in senso tradizionale ma, utilizzando la visione stereo, consente di ricostruire i volumi. Se per esempio ci fosse un intruso con un abbigliamento poco contrastato con l’ambiente circostante (una persona in tuta mimetica in una boscaglia oppure vestito con abiti scuri in un ambiente a scarsa luminosità) la singola immagine potrebbe trarre in inganno sia un osservatore che un sistema di rilevazione automatico. In questo caso, la ricostruzione 3D della scena permette di riconoscere molto più efficacemente la sagoma della persona. E’ altresì in essere un dispositivo che utilizza un laser scanner pan-tilt. Il laser scanner è un dispositivo utilizzato per garantire la sicurezza di macchine utensili in ambiente industriale. Se l’addetto infila inavvertitamente una mano per esempio sotto una taglierina, il laser scanner blocca istantaneamente la macchina, evitando così gravi infortuni sul lavoro. Ed e’ uno dei migliori metodi per evitare  incidenti  sul lavoro.   Questo dispositivo genera un fascio laser che scansiona un piano e rileva così qualunque oggetto si trovi a intercettare quel piano entro una distanza stabilita. Funzionano allo stesso modo i sistemi di protezione di opere d’arte di grande rilievo. Per le loro caratteristiche sono attualmente montati su tutti i veicoli mobili, ANSER ne e’ ovviamente dotato, per impedire che investano persone o oggetti che si possono trovare sul loro percorso. Il laser scanner può quindi essere usato per bloccare il veicolo di fronte ad un ostacolo improvviso o rallentarne la marcia se il veicolo si trova in un ambiente affollato. Utilizzando un laser scanner pan-tilt la lama laser, di per sé planare, effettua una scansione tridimensionale. In questo modo, analogamente a quanto si fa con una telecamera 3D, è possibile ricostruire i volumi presenti nella scena osservata. In questo caso l’indipendenza dalle condizioni di luminosità è totale.

Posso affermare che e’ veramente sicuro perche’ il laser scanner utilizzato è certificato come dispositivo di sicurezza ed è utilizzato dalla quasi totalità dei costruttori di AGV (Automated Ground Vehicles), robot mobili ormai molto consolidati in automazione industriale. Il sistema di bordo è inoltre ridondato, per garantire la massima sicurezza anche in caso di temporaneo malfunzionamento di questo o quel dispositivo. In caso di guasti, il robot comunica il suo stato al sistema di supervisione, in modo che si possano prendere tempestivamente le misure adeguate. C’è inoltre un’evidenza sperimentale. Il veicolo nelle sue diverse fasi di prototipazione, sperimentazione e validazione ha incontrato migliaia di persone in diversi contesti e non ha mai urtato nulla, né persone né oggetti, nemmeno in ambienti estremamente affollati quali quelli fieristici nei momenti di maggiore affluenza di pubblico.

E’ inoltre noto quanto sia complicato far muovere in modo autonomo un robot senza che questo si perda o sbagli percorso. Mentre per contro la nostra soluzione garantisce la massima sicurezza anche su questo aspetto usando tecnologie differenti a seconda che si muova all’esterno o in ambienti chiusi, entrambe coperte da brevetti internazionali. All’esterno sintetizza le informazioni provenienti dall’odometria (l’informazione è legata al numero di giri delle ruote: può essere errata se il veicolo slitta o se sopravviene un malfunzionamento del robot), da un laser scanner utilizzato per rilevare i profili tipici dell’ambiente in cui si muove (per es. edifici) e da un GPS convenzionale. L’errore all’esterno è inferiore al metro anche dopo che il robot percorre svariati chilometri e i percorsi, se impostati in modo ciclico, si ripetono identici. All’interno, oltre al controllo sull’odometria, viene effettuato in prima battuta un confronto tra le mappe dell’ambiente in cui il robot si deve muovere e cio’ che rileva con il laser scanner. Se deve fare lunghi percorsi, vengono installati in punti opportuni dispositivi da noi ideati chiamati “boe” che consentono al robot di avere un riscontro sulla sua  posizione  comunicando in modo attivo tramite le stesse boe con il sistema di supervisione. Gli stessi dispositivi possono essere  anche utilizzati a gruppi di tre dove serve una notevole precisione di manovra, quando per esempio il robot deve entrare in una stanza dove la porta è di poco più larga o deve prendere un ascensore. Sì, avete capito bene. Il robot può prendere l’ascensore. Lo chiama e gli dice, non premendo il tasto corrispondente ma tramite le boe, a quale piano è diretto. Le boe possono essere infatti utilizzate anche per comandare dispositivi automatici di diversa natura: per es. porte, cancelli e sbarre automatiche. Se l’ambiente è configurato in modo opportuno, il robot può effettuare con continuità la sua ispezione all’esterno e all’interno o in aree con diversi livelli di accesso. Il robot comunica inoltre con il sistema di supervisione via wireless sia per segnalare eventuali problemi sia nel caso in cui sia necessario modificarne la missione.

Se le aree da sorvegliare sono molto vaste i robot ANSER possono muoversi in flotta perlustrando lungo percorsi pre-definiti oppure per maggior sicurezza  definiti in modo random dal supervisore sulla base dei punti critici noti (es. la stazione di carburante, gli hangar, la torre di controllo, l’area bagagli, il perimetro, ecc., in modo da garantire la copertura delle aree “a rischio”.

L’autonomia  e’ totale. Per gli spostamenti interni il robot è fornito di batterie ad elevata capacità in modo da operare in modo continuativo, prevedendo cicli di ricarica entro il 20% del tempo di esercizio, e può essere abbinato ad apposite stazioni di ricarica automatica. Per le missioni all’aperto può essere dotato di un gruppo elettrogeno che il sistema stesso provvede ad accendere e spegnere a seconda di dove si trova, aumentandone così ulteriormente l’autonomia. Ha inoltre un sistema di controllo della carica che gli consente di rilevare lo stato e di comunicarlo al sistema di supervisione. Questo è in grado di decidere se possa sospendere la missione per recarsi al punto di ricarica più vicino ed essere sostituito da un altro robot oppure possa andare a ricaricare le batterie una volta terminata la missione in corso.

L’installazione non è per nulla complicata all’esterno è sufficiente l’acquisizione delle mappe e l’identificazione delle aree più a rischio che devono essere sorvegliate con maggiore attenzione. Per gli ambienti chiusi, non servono interventi edili. E’ sufficiente posizionare le boe che, in termini di dimensioni, sono simili ai normali PIR, i sensori di movimento a infrarossi utilizzati nei normali impianti anti-intrusione anche domestici. Le boe tra loro e con il sistema di supervisione sono connesse tramite un cavo equivalente ad un doppino telefonico. Anche per l’interno è necessario acquisire le mappe e la definizione delle missioni è facilitata da una semplice interfaccia grafica. La stessa interfaccia è altresì utilizzata per visualizzare i percorsi che i robot stanno seguendo e la posizione in cui si trovano momento per momento. Questa è la ragione per cui il sistema può essere anche utilizzato in un contesto poco o per nulla strutturato, come agente principale di sorveglianza, assistito da sistemi più semplici fissi o mobili (per es. in un’area in fase di allestimento in cui non vi sono telecamere fisse).

Per altro un sistema così sofisticato non costa tantissimo. Vi posso tranquillizzare anche su questo aspetto. Tenete presente che un robot lavora 24 ore al giorno senza ferie né pausa caffè. Inoltre consente di organizzare al meglio l’eventuale intervento umano, riducendo i rischi per il personale addetto alla sicurezza.
 
Il robot ANSER è stato realizzato da Genova Robot, grazie alla collaborazione con il DIST (Dipartimento di Informatica, Sistemistica e Telematica) dell’Università di Genova e un gruppo di PMI facenti parte del Polo della Robotica. Si tratta di un’associazione che raggruppa imprese che operano nell’ambito della robotica industriale e di servizio tra cui la stessa Genova Robot, quattro dipartimenti dell’Università di Genova (DIST - Dipartimento di Informatica, Sistemistica e Telematica, DIMEC - Dipartimento di Meccanica, DIBE – Dipartimento di Ingegneria Biofisica ed Elettronica, DIE – Dipartimento di Ingegneria Elettrica) , il SIIT (Distretto ligure di Sistemi Integrati Intelligenti per la Tecnologia), la Camera di Commercio di Genova, l’Associazione Industriale della Provincia di Genova, il DIXET (associazione ligure di imprese hi-tech).