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Negli ultimi anni nel campo della robotica sono stati fatti passi da gigante. Gli hardware moderni però sono progrediti molto più velocemente rispetto ai processi di elaborazione delle informazioni da parte dei robot. Il risultato è robot che possono muoversi rapidamente, ma vengono limitata dalla relativa lentezza dei loro “pensieri”, cioè dei processi di elaborazione dei dati. Colmare questo divario è l’obiettivo dei ricercatori del Massachussetts Institute of Technology (MIT) guidati dalla dottoressa Sabrina Neuman, laureata in informatica e intelligenza artificiale, che per farlo hanno utilizzato il metodo chiamato "calcolo robotico”, ossia chip per computer personalizzati che offrano ai robot l’accelerazione hardware per ottenere tempi di risposta più rapidi. Ecco come funzionano.
Cosa sono i chip personalizzati
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I chip personalizzati utilizzati dai ricercatori del MIT non sono esattamente una novità, dato che si tratta di componenti che vengono personalizzate affinché svolgano un compito in modo molto specifico. Ad esempio, chi utilizza un iPhone, sta utilizzando questa tecnologia senza nemmeno rendersene conto. Il loro impiego consente di eseguire l’elaborazione locale su dispositivi che presentano vincoli di elaborazione e potenza, piuttosto che trasferire i dati ai grandi data center sfruttando le connessioni di rete. L’esecuzione e l’elaborazione dei dati in locale consente quindi di velocizzare i tempi di risposta e questa tecnologia viene sempre più utilizzata per le applicazioni più disparate, sia scientifiche che industriali.
Chip personalizzati, le applicazioni: dalla GPU alla robotica
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Per comprendere meglio l’importanza dei chip personalizzati bisogna introdurre il concetto di accelerazione dell’hardware. Si pensi alle unità di elaborazione grafica o GPU, che non sono altro che chip personalizzati, poiché processori progettati con il compito specifico di gestire operazioni di elaborazione grafica come il rendering e la riproduzione di video. Tutti i computer più moderni oggi sono equipaggiati con potenti GPU che permettono di ottenere il massimo dell’esperienza in termini di grafica.
Con l’affinamento della tecnologia di produzione di questi chip, negli anni si è aperta la possibilità di personalizzarli per ottenerne di dimensioni sempre più piccole, ma con efficienza migliore. Nel caso di robot, gli scienziati possono creare dei chip personalizzati che siano iper-specifici per un task che le componenti hardware devono eseguire. Ad esempio, ogni chip sarà specifico per diversi aspetti del robot: dalla percezione dell’ambiente circostante, alla mappatura e comprensione della sua posizione all’interno di quell’ambiente, fino alla pianificazione del movimento che risulta da tale mappatura e alle azioni richieste per eseguirlo. L’uso di questi chip consente di aumentare notevolmente l’efficienza dell’ultima fase, integrando gli algoritmi software e consentendo l’accelerazione dell’hardware.
Calcolo robotico: come funziona
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Il team di ricercatori guidato dalla Neuman ha sviluppato un metodo di calcolo robotico che punta all’ottimizzazione dei chip personalizzati per il controllo hardware del robot. Il sistema messo a punto dagli scienziati consente di creare un design hardware personalizzato sulle esigenze di elaborazione di un particolare robot. L’utente inserisce quindi i parametri del robot, come ad esempio la disposizione degli arti meccanici, le articolazioni di cui sono composti e la capacità di movimento. Queste informazioni che riguardano le proprietà fisiche vengono “tradotte” in formule matematiche dette matrici da cui il sistema progetterà un’architettura hardware specializzata per eseguire solo i calcoli specifici a quell’arto.
I chip vengono così progettati e personalizzati in modo da massimizzare l’efficienza di calcolo e avvicinare le velocità di elaborazione dei dati e quella di esecuzione del movimento da parte dell’hardware. Confrontando i chip così realizzati e ottimizzati con delle CPU standard, i ricercatori del team della Neuman hanno ottenuto performance di movimento dei robot migliori, aprendo la strada verso chip personalizzati per velocizzare i robot.
I robot sono davvero troppo lenti?
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I robot moderni sono davvero troppo lenti? Per chi a dicembre è rimasto stupito nel vedere l’abilità di movimento dei robot “ballerini” della Boston Dynamics, comprendere il concetto di lentezza dei robot potrebbe apparire un giudizio troppo severo. Aumentare la velocità di esecuzione dei movimenti di un robot però aumenta anche i livelli di efficienza nella produzione e di sicurezza, ad esempio negli impianti dell’industria 4.0 dove uomo e macchina sono pensati per lavorare fianco a fianco e in sinergia. Velocizzare i robot è quindi il prossimo passo per la diffusione più ampia della robotica nella vita quotidiana, per un futuro di co-esistenza di uomo e robot che appare sempre più una vicina realtà che una lontana fantascienza.
