Iniziata per la robotica industriale la quarta ondata di innovazione

Analog Devices analizza la quarta ondata di innovazione e trasformazione della robotica industriale che sta ridefinendo il modo in cui le merci sono prodotte, movimentate e gestite. La robotica industriale è nel pieno della sua quarta ondata di innovazione e trasformazione, che sta ridefinendo il modo in cui le merci vengono prodotte, movimentate e gestite. L’ondata iniziale aveva introdotto robot fissi e stazionari focalizzati su precisione e ripetibilità.

Le diverse fasi della robotica industriale

La seconda ha riguardato la mobilità: inizialmente programmata, poi sempre più autonoma. La terza ha combinato i robot multiasse con i robot mobili autonomi, facendo nascere i manipolatori mobili. E l’attuale ondata, tuttora in fase di affermazione, porta con sé robot completamente autonomi con caratteristiche e capacità antropomorfe. Ogni fase ha segnato un salto fondamentale, espandendo le potenzialità delle macchine e dando una chiara indicazione di quanto profondamente la robotica plasmerà il nostro mondo.

L’era dell’automazione fissa

Introdotti a metà del XX secolo, i bracci robotici hanno trasformato le linee di produzione automatizzando operazioni ripetitive e di alta precisione come la saldatura e l’assemblaggio. Guidati da controllori logici programmabili (PLC) e spesso isolati dietro gabbie di sicurezza, eccellevano per velocità, coerenza ed efficienza. Sebbene rigidi e limitati a movimenti pre-programmati e nonostante fossero ciechi rispetto al mondo esterno, hanno gettato le basi per l’odierna economia dell’automazione.

Liberarsi dai vincoli: il passaggio alla mobilità

La seconda ondata della robotica ha introdotto il concetto di mobilità combinato con i robot a guida autonoma. Tra gli anni ’70 e ’80, i veicoli guidati (GV) seguivano percorsi fissi, caratteristiche che ne hanno limitato la flessibilità. Eventuali modifiche ai movimenti comportavano costi aggiuntivi e percorsi pur sempre rigidi; ciò rendeva i GV soggetti a interruzioni e ne limitava la scalabilità. Il terzo step è stato l’avvento dei veicoli a guida automatica (AGV): hanno abbandonato binari e nastri iniziando a utilizzare sensori; sebbene gli AGV seguissero ancora percorsi predefiniti, erano caratterizzati da una maggiore flessibilità e programmabilità.

Robotica industriale – L’ascesa della mobilità autonoma

I robot mobili autonomi (AMR) hanno dato il via a un nuovo capitolo nell’evoluzione dell’automazione industriale. Grazie ai progressi nelle tecnologie dei sensori, nell’intelligenza artificiale e nell’informatica, gli AMR hanno abbandonato i percorsi fissi a favore della percezione in tempo reale e della navigazione adattiva. Rispetto agli AGV, gli AMR hanno costi di installazione inferiori e offrono una maggiore flessibilità. Sfruttando tecnologie come la connettività Ethernet/GMSL affidabile e a bassa latenza, il Depth Sensing/LIDAR e lo SLAM (simultaneous localization and mapping), i robot navigano in ambienti complessi e dinamici. Oggi, Analog Devices (ADI) collabora con Teradyne Robotics per far progredire le operazioni autonome.

I robot autonomi non si muovono solo: pensano!

A differenza degli AGV, gli AMR hanno la consapevolezza del contesto (context-aware) in cui operano. Impiegano una maggiore sensorizzazione e un’elaborazione più avanzata, diventando più adattabili e simili all’uomo. Questa capacità permette loro di rilevare ostacoli, ricalcolare i percorsi dinamicamente e dare priorità ai compiti in base alle esigenze operative. Migliorando così efficienza, versatilità, prestazioni e affidabilità.

Le caratteristiche della quarta ondata di innovazione nella robotica

Gli AMR hanno già iniziato a trasformare i settori industriali attraverso risultati tangibili. Ottimizzando le operazioni di magazzino, come il rifornimento e l’evasione degli ordini, senza necessità di supervisione manuale. Abilitando la produzione just-in-time all’interno dei reparti produttivi e trasportando in sicurezza forniture negli ospedali. Fornendo supporto nella cura di pazienti contagiosi. Inoltre, negli ambienti ad alto rischio, come in caso di fuoriuscite di sostanze chimiche o incendi boschivi, possono arrivare dove l’uomo non può, raccogliendo dati e garantendo la continuità operativa.

Gli AMR eccellono in contesti dinamici dove l’automazione tradizionale mostra i propri limiti. Rappresentano una vera svolta nei siti brownfield e nelle attività che richiedono frequenti riconfigurazioni. La loro capacità di condividere in sicurezza gli spazi con gli operatori umani ha aperto nuove possibilità in molteplici settori: dalla logistica ai centri di distribuzione, fino ai laboratori di ricerca.

Le sfide da affrontare per la robotica

Nonostante i traguardi raggiunti nell’operatività autonoma degli AMR, rimangono ostacoli significativi. Gli ambienti ad alta variabilità richiedono percezione e ragionamento avanzati, oltre a sensori affidabili, AI ed elaborazione dati. Vi sono inoltre limiti nell’autonomia della batteria, nella capacità di carico e nell’interoperabilità rappresentano un freno alla diffusione su larga scala. Superare queste sfide richiede innovazioni audaci e uno sviluppo potenziato nei seguenti di tecnologie come:

Movimento. Il motion control per motori BLDC, l’hardware avanzato di navigazione e localizzazione, il software e l’AI permettono ai robot di mantenere la posizione e navigare in ambienti complessi. Ciò grazie a sensori di angolo (encoder) e unità di misura inerziale (IMU) che misurano con precisione accelerazione, orientamento e velocità angolare.

Percezione. Le telecamere Time-of-Flight (ToF), progettate per un rilevamento preciso della profondità, e i sensori audio, ideati per rilevare la voce umana, la presenza e l’attività, migliorano l’interazione e la coordinazione uomo-robot.

Alimentazione:.Un’efficace gestione dell’energia e delle batterie è essenziale per garantire un funzionamento continuo, tempi di fermo minimi e prestazioni affidabili. Il monitoraggio dell’energia in tempo reale assicura che i robot abbiano carica sufficiente per completare i compiti e tornare alla stazione di ricarica. Gestendo inoltre i flussi energetici tra la base mobile e i bracci robotici installati su di essa.

Gli obiettivi di ADI per la robotica

ADI collabora con i produttori di robot e gli utenti finali industriali per affrontare le sfide operative dei robot mobili autonomi. Il coinvolgimento diretto con gli utenti finali fornisce ad ADI informazioni fondamentali sugli ostacoli attuali e sui requisiti emergenti. Accelerando l’implementazione, migliorando la scalabilità e riducendo il time-to-market per i clienti.

I manipolatori mobili

I manipolatori mobili (MoMa), la terza ondata di innovazione, combinano bracci robotici articolati con robot mobili autonomi (AMR). Trasformando così le piattaforme mobili da semplici sistemi di trasporto in automazioni adattive e interattive. Con sei gradi di libertà, i MoMa possono posizionare e orientare gli strumenti con precisione nello spazio tridimensionale, consentendo una manipolazione affidabile di componenti con posizioni, altezze e orientamenti variabili. Questa flessibilità riduce la dipendenza da attrezzature fisse e tolleranze ristrette, accelera l’implementazione e abilita un’automazione scalabile tra layout e mix di prodotti differenti. Sbloccando flussi di lavoro la cui automazione era precedentemente impraticabile o antieconomica.

Sono arrivati i robot umanoidi

Stiamo entrando nella quarta ondata: i robot umanoidi autonomi. Queste macchine bipedi, su ruote o multi-arto, operano in ambienti umani svolgendo compiti che richiedono destrezza e capacità decisionale. Ciò rappresenta un epocale passaggio, da un’automazione specializzata a una forza lavoro per scopi generali. ADI collabora con i principali sviluppatori di robot umanoidi a livello mondiale, fornendo capacità percettive avanzate. Inoltre sviluppando una AI fisica per consentire agli umanoidi di interagire senza problemi con le controparti umane nei settori automotive, industriale e healthcare.

La sua tecnologia ADMT4000, multi-giro a consumo zero, è un fattore abilitante fondamentale per gli umanoidi di prossima generazione, poiché traccia rotazioni multiple senza alcuna alimentazione elettrica. È la soluzione ideale per gli attuatori dei robot umanoidi, eliminando la necessità di re-homing all’accensione, dopo un’interruzione di corrente o la sostituzione della batteria.

Il futuro della robotica è mobile e autonomo

La direzione è chiara: l’autonomia è ormai la norma, non più l’eccezione. Gli AMR si sono evoluti da prodotti di nicchia a componenti core che guidano le operazioni intelligenti. Con oltre 100.000 unità vendute ogni anno, rappresentano il segmento del settore a più rapida crescita. Mentre guardiamo a un futuro con robot umanoidi sempre più avanzati, la mobilità e l’autonomia non sono solo le fondamenta di operazioni industriali efficienti; sono la pietra miliare di ciò che verrà.