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E’ cinese il primo robot umanoide capace di comprendere le emozioni umane

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A un anno da CyberDog, Xiaomi ha presentato al mondo CyberOne, un robot umanoide dalle caratteristiche avanzate dal punto di vista meccanico e tecnologico, se non rivoluzionarie da un punto di vista ‘empatico’ potendo addirittura arrivare a comprendere – secondo il suo produttore – le emozioni dell’interlocutore umano.

Xiaomi arriva a questo importante traguardo anticipando di poco più di un mese il debutto del Tesla Bot Optimus che dovrebbe avvenire durante il secondo Tesla AI Day, posticipato dalla data originale del 19 agosto al 30 settembre proprio per dare al produttore americano il tempo di ultimare un prototipo pienamente funzionante. Ameca, CyberOne, Optimus, Sophiama anche iCub, un umanoide Made in Italy con l’aspetto di un bambino: la guerra (commerciale) dei robot umanoidi sta entrando nel vivo. Sembra essere passato più di un secolo da quando, nel 2000, Honda presentò il suo Asimo che ora si scopre essere poco più di una ‘semplice’ macchina antropomorfa.

Xiaomi Group – leader mondiale di elettronica di consumo e terzo produttore di smartphone al mondo – nel 2022 ha conquistato il 266° posto della classifica Fortune Global 500. Entrata in lista nel 2019 alla posizione 468, a soli nove anni dalla sua fondazione, il produttore cinese è salito in classifica per il quarto anno consecutivo. Nel 2020 si trovava alla 422ª posizione; nel 2021 alla 338ª.

Ultima frontiera: la robotica umanoide

Negli ultimi anni, i robot sono diventati la migliore ‘palestra’ per testare i progressi di una Big Tech. Un robot umanoide richiede il massimo grado di integrazione tecnologica (biomeccatronica, audio e video, intelligenza artificiale, machine learning, cloud computing, …) e rappresenta la sfida a oggi più impegnativa nel campo della robotica applicata e il modo migliore per molte aziende tecnologiche onde dimostrare le proprie capacità di ricerca e sviluppo complete.

Da Boston Dynamics a SoftBank, da Hanson Robotics Limited a Engineered Arts, dal ‘nostro’ Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) a Tesla: qual è la differenza tra CyberOne e gli altri robot umanoidi?

Lei Jun, fondatore, presidente e Ceo di Xiaomi ha presentato il suo robot con queste parole: “L’intelligenza artificiale e le capacità meccaniche di CyberOne sono state tutte sviluppate da Xiaomi Robotics Lab. Abbiamo investito molto in ricerca e sviluppo in varie aree, tra cui software, hardware e innovazione di algoritmi. Con l’intelligenza artificiale al centro e una struttura umanoide a grandezza naturale come suo veicolo, questa è un’esplorazione delle possibilità del futuro ecosistema tecnologico di Xiaomi e una nuova svolta per l’azienda”.

 

Affidarsi, quindi, a un umanoide anche per studiare le capacità di percezione umana, di cognizione, il processo decisionale e di esecuzione, in modo da servire al meglio le persone. Se si sottopone CyberOne a un esame ‘biometrico’ completo, l’altezza è di 177cm che è quella standard per un adulto mentre il peso è di soli 52kg. Anche se il corpo dà sul magro, in realtà è una ridondanza del peso per un’ulteriore evoluzione. L’apertura delle braccia può arrivare a 168cm. Per il viso si è optato per una maschera traslucida che ospita uno schermo OLED e un modulo di visualizzazione curvo 2D per esprimere le emozioni del robot in tempo reale.

Prendendo come esempio il motore dell’articolazione dell’arto superiore, Xiaomi ha sviluppato un attuatore ad alta efficienza con un peso di soli 500g e una coppia nominale in uscita fino a 30Nm per garantire la flessibilità. La coppia di picco istantanea del motore principale dell’articolazione dell’anca può raggiungere i 300Nm. Con l’algoritmo di controllo e bilanciamento del movimento bipede, la postura della deambulazione è più stabile. Nel complesso, comunque, l’estremizzazione delle capacità atletiche non è l’obiettivo per cui questo robot è stato progettato.

Poi c’è la ‘mano’, l’umanoide della Xiaomi può sollevare oggetti del peso massimo di 1,5kg. CyberOne utilizza solo sistemi a secco basati su motori miniaturizzati ad alte prestazioni come supporto per le capacità di movimento e non utilizza sistemi idraulici teoricamente molto più potenti. Questa tendenza nella scelta è relativamente radicale e soddisfa l’andamento generale di sostituzione graduale dei sistemi a umido con quelli a secco anche nelle auto intelligenti di nuova generazione.

In termini di sensori, l’IA ottiene informazioni esterne dall’udito e dalla vista. La telecamera di profondità collabora con la telecamera AI per aiutare il robot a creare ricostruzioni virtuali tridimensionali del mondo reale. Il sensore uditivo e l’algoritmo audio possono riconoscere 45 tipi di discorsi emotivi umani fra sei categorie, oltre a 85 tipi di riconoscimento dei suoni ambientali. Inoltre, il robot è anche in grado di memorizzare e apprendere. Gli ingegneri sperano di utilizzare queste funzioni per fare in modo che l’umanoide simuli il processo di apprendimento degli esseri umani.

Molto di più di una ‘semplice’ macchina

Indipendentemente dalla velocità d’azione, dalla forza di presa, dall’eccezionale capacità di interazione e dal riconoscimento e giudizio della semantica ambientale da parte dell’algoritmo IA, si può notare che CyberOne è direttamente orientato al servizio delle persone e non difetta di empatia: dona un fiore al padrone di casa, scherza con il suo ospite, esegue alcune mosse di Kung Fu e si mette in posa per alcuni selfie scattati dallo stesso Lei Jun con il nuovo Mix Fold 2 (uno smartphone pieghevole destinato, per ora, solo al mercato cinese) presentato anch’esso durante la convention di Pechino ma passato in secondo piano con l’arrivo di futuristico robot.

Gli umanoidi rappresentano o, comunque, rappresenteranno certamente una delle soluzioni più efficienti per risolvere problemi globali e sono attualmente riconosciuti come l’ultima frontiera nel campo della robotica e anche la più tecnicamente complessa per la cui realizzazione sono richiesti i maggiori investimenti. Un ramo della robotica, quella umanoide, che si pone l’ambizioso compito di riprodurre le capacità fisiche e cognitive degli umani, andando addirittura a migliorarle ove possibile con tutte le implicazioni tecniche, etiche e morali del caso.

Non più, quindi, ’solo’ protagonisti di pellicole fantascientifiche. Questi robot ora ‘vivono’ e lavorano tra noi compiendo quotidianamente azioni non banali mentre missioni ben più complesse si possono ora progettare prevedendo un loro utilizzo (come, a esempio, lo sfruttamento delle materie prime degli asteroidi).

In termini ‘evolutivi’, gli esseri umani camminano eretti su due piedi e utilizzano strumenti con entrambe le mani dopo milioni di anni di selezione naturale. Se – in termini di mobilità, comportamento e processo decisionale – si pensa che i robot umanoidi debbano ‘migliorare’ i loro creatori per contribuire a risolvere problemi molto complessi, le difficoltà ingegneristiche divengono a tutti palesi. Queste ‘creature’, frutto della più avanzata ricerca applicata, sono molto di più di una evoluzione dei robot antropomorfi (ad esempio, ai bracci robotizzati) che vengono oramai comunemente impiegati all’interno delle aziende in sostituzione o in affiancamento agli uomini lungo tutto il ciclo della catena produttiva per ridurre i rischi e l’affaticamento, velocizzarne i processi e liberare gli umani dall’alienazione della ripetitività. Nulla a che fare con i robot camerieri, attrazione di futuristici ristoranti oramai non solo in Giappone, o con i sempre più evoluti esoscheletri: robot ‘indossabili’, ortesi robotiche utilizzabili nella riabilitazione, nella produzione industriale e – in molti progetti in fase avanzata – in ambito militare.

Un umanoide è, quindi, definibile come un robot ‘autonomo’, dalle sembianze umane, capace di interagire con l’ambiente circostante: comprensione dello spazio, ragionamento multimodale e capacità di apprendimento ne sono le caratteristiche distintive. Oltre alla vista e all’udito, altri sensi – olfatto, tatto, ecc. – dovranno essere implementate per il raggiungimento degli obiettivi desiderati.

L’industria dei robot umanoidi non è ancora matura. Xiang Diyun, direttore del Robotics Lab Team di Xiaomi e responsabile del progetto, chiarisce bene le difficoltà da superare e l’impossibilità di prevedere l’evoluzione del progetto. In generale, la questione ‘evolutiva’ nella progettazione/realizzazione di robot umanoidi può essere approssimativamente suddivisa in quattro passaggi del percorso di iterazione del prodotto: 1. stare in piedi sulla parte inferiore del corpo; 2. camminare sfruttando il movimento della parte inferiore; 3. assemblare la parte superiore; 4. sinergizzare i movimenti.

Attraverso l’esperienza tecnologica nella produzione di IA e di precedenti progetti (tra cui i cani robot CyberDog), Xiaomi ha quindi deciso di far avanzare contemporaneamente lo sviluppo della parte inferiore e di quella superiore del corpo e il progetto è progredito rapidamente.

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L’evoluzione della specie

L’aspetto meccanico corrisponde alla parte ‘esecutiva’ del comportamento umano, generalmente controllata dal cervelletto. Ma, anche se raggiunge eccellenti capacità atletiche antropomorfe, per il robot possiamo continuare a parlare al massimo di una ‘macchina’.

Solo con la capacità cerebrale percettivo-cognitivo-esecutiva si può davvero passare a considerarlo un robot umanoide bionico a tutti gli effetti.

CyberOne è dotato del modulo di visione della profondità Mi-Sense combinato con l’algoritmo interattivo di IA, in modo che non solo abbia una completa capacità di percezione dello spazio tridimensionale, ma possa anche realizzare l’identificazione dell’interlocutore, il riconoscimento dei suoi gesti e delle sue espressioni.

Tutti i componenti dei robot umanoidi di Xiaomi – dall’hardware, come le telecamere e i sensori LiDAR, ai software sensoriali e al machine learning che consentirà alle macchine di prendere decisioni in autonomia sulla base delle condizioni al contorno – saranno, nel limite del possibile, progettati e realizzati in-house. L’azienda vuole ridurre al minimo la dipendenza da aziende terze. Rispetto ai cani robot, la quantità di informazioni del mondo umano che i robot umanoidi devono essere in grado di acquisire ed elaborare rappresenta un grande balzo in avanti. Prendendo ad esempio il solo movimento bipede, oltre a risolvere il problema dello spostamento del robot dal punto A al punto B, la pianificazione intelligente del percorso autonomo deve anche eseguire la calibrazione semantica per varie situazioni del processo.

Non è un caso che Xiaomi continua a puntare molto sui sistemi di guida autonoma (Xiaomi ‘Pilot’) e sull’automotive, un settore che in Cina sta raggiungendo una fase di grande maturità con test in fase avanzata in diverse grandi città. L’azienda non ha mai nascosto l’ambizione di voler diventare il leader di riferimento anche in questo settore e di volerlo fare già entro il 2024. Sebbene CyberOne abbia ricevuto assistenza tecnica dal team dedicato, la guida autonoma del robot è ancora una tecnologia in fase embrionale. Nell’automotive la pianificazione di percorso avviene in scenari di traffico stradale ‘limitato’ mentre i robot umanoidi debbono/possono pianificare il loro percorso in tutti gli scenari, affrontano le situazioni più diverse e devono quindi comprendere l’ambiente. È molto più complicato.

Va dove ti porta il cuore (e il denaro)

CyberOne ha anche percezione emotiva e capacità cognitive, e questa parte dell’abilità è stata invece sviluppata dal Team interno Xiao Ai. Lo stesso Xiang Diyun ha comunque affermato che le abilità che CyberOne è in grado di mostrare al pubblico sono solo la punta di un iceberg essendo, come tutti i robot umanoidi, in un processo di continua evoluzione sia in termini di hardware – con il miglioramento della flessibilità delle dita e l’apprendimento dell’uso di strumenti utensili – sia in termini di architettura del software. Tuttavia, i problemi che l’industria della robotica mondiale deve affrontare non sono mai stati limitati alla sola tecnologia. I robot umanoidi hanno costi di investimento elevati e lunghi periodi di ammortamento e la commercializzazione ha subìto oscillazioni negli ultimi anni. Boston Dynamics – nonostante la notorietà planetaria data ai suoi robot (soprattutto come ballerini) dai video divenuti immediatamente virali – è passata di mano ben tre volte negli ultimi sette anni. Il volume delle vendite del suo cane robot Spot è di poche centinaia di unità e il robot umanoide Atlas è ancora inferiore. Il robot umanoide di SoftBank, Pepper, è stato posto fuori produzione lo scorso anno. Insomma, superata la fase di verifica tecnica, anche Xiaomi ha ancora molta strada da fare per fare del suo robot umanoide qualcosa di più di un prototipo. Ma se è così difficile, perché farlo?

Da un punto di vista puramente economico/finanziario, la ricerca e lo sviluppo di nuove tecnologie sarebbe più degna di investimento quando indirizzata a costruire ‘semplici oggetti’ di guida autonoma e telecomunicazione il cui mercato è certo e in continua evoluzione. Per cui, qual è il motivo per l’allocazione di così ingenti risorse, umane e materiali, per la realizzazione di un robot umanoide così complesso? A questa domanda, la risposta di Xiaomi è che CyberOne non era previsto, anche se…. I robot umanoidi sono, sotto due aspetti, la naturale evoluzione di quell’“ecosistema tecnologico di Xiaomi” di cui ci parla Lei Jun. Il primo, quello tecnico, è consustanziale alla fondazione stessa dell’azienda cinese. Sin dalla sua origine, Xiaomi ha iniziato, come sappiamo, a realizzare i più disparati dispositivi elettronici allo scopo di innovarli: smartphone, domotica, IA, veicoli elettrici intelligenti e robot. Un insieme di sistemi tecnologici che si integrano e si evolvono continuamente. Tale evoluzione delle fusioni compartimentali dell’azienda significa che quando una tecnologia apparentemente matura è introdotta in un nuovo campo di applicazione, vengono alla luce nuovi problemi e quindi ci sono opportunità interdisciplinari per apportare miglioramenti. Il secondo, non secondario, è un aspetto di scenario e non solo di reputazione. Il comportamento delle persone può essere suddiviso in quattro stati: 1. vita domestica; 2. lavoro e ufficio; 3. mobilità; 4. riposo e sonno. Quindi un buon modello dovrebbe coprire il più possibile questi quattro stati per arrivare a comprendere le diverse esigenze degli utenti nei in modo da fornire loro servizi migliori.

La robotica è per la Cina una sfida di sistema. Nel progetto di sviluppo dell’industria dei robot, emesso congiuntamente dal Ministero dell’Industria e della Tecnologia dell’informazione e da altri quindici dipartimenti – previsto dal XIV Piano quinquennale della Repubblica Popolare della Cina (2021-2025) – è affermato che si faranno in massimi sforzi per affrontare le esigenze dell’industria manifatturiera, mineraria, edile, agricola e di altro tipo. Nonché servizi per la famiglia, servizi pubblici, assistenza medica e sanitaria, assistenza agli anziani e disabili, operazioni ambientali speciali e altri campi. Inoltre, si raccoglieranno risorse superiori e si concentrerà sulla promozione di prodotti chiave di robot industriali, robot di servizio e sviluppo e applicazione di robot ‘speciali’. Sarà espansa la serie di prodotti robotici, si miglioreranno le prestazioni, la qualità e la sicurezza e si promuoverà lo sviluppo intelligente di prodotti di fascia alta.

Robot umanoidi: un futuro ancora da scrivere

Quanto oggi possiamo ritenere che i robot umanoidi si stiano avvicinando al comportamento umano? Dei tre fattori: superare gli umani intellettivamente, sostituirli ‘attivamente’ in lavori ripetitivi, pericolosi e/o faticosi e porsi al loro servizio per aumentarne la qualità di vita (sana e non), quale è il più vicino a realizzarsi? Per ora possiamo solo affermare che parlare di un reale mercato per la commercializzazione di questi ‘prodotti’ è ancora prematuro. Tuttavia, da un lato le esperienze in ambito di prototipizzazione e sperimentazione di questi ultimi anni, i progressi della meccatronica di precisione e della miniaturizzazione insieme all’esponenziale evoluzione delle capacità dell’IA lasciano presagire un futuro prossimo ed entusiasmante (anche da un punto di vista commerciale). Dall’altro c’è la non secondaria questione dell’alimentazione di questi robot, anch’essa in via di soluzione. I produttori di batterie – anche loro impegnati su diversi fronti di applicazione – sono concentrati sulla realizzazione di accumulatori sempre più piccoli, leggeri e performanti. La batteria del futuro sarà poco ingombrante, duratura e dalla ricarica ultra-veloce il che renderà anche i robot umanoidi più efficienti. Le missioni spaziali, l’esplorazione dei fondali marini e del sottosuolo terrestre – sui quali si sa meno della sfera in cui si trovano la Terra e la Luna. L’esplorazione di Marte. Sono tutti obiettivi perseguibili di medio/lungo periodo le cui basi si stanno ponendo ora e per il raggiungimento dei quali i robot umanoidi rappresentano la chiave di volta.

Giancarlo Elia Valori è Honorable de l’Académie des Sciences de l’Institut de France; President of International World Group

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