All’interfaccia tra robotica e apprendimento automatico

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Il vincitore del premio Marco Hutter insieme a Max R÷ssler. (Immagine: Fondazion
Il vincitore del premio Marco Hutter insieme a Max R÷ssler. (Immagine: Fondazione ETH / Alessandro Della Bella)
Marco Hutter, pioniere della robotica mobile, ha vinto il Premio R÷ssler di quest’anno. Il premio Ŕ il pi¨ importante premio di ricerca del Politecnico di Zurigo.

Dieci anni fa, potevano a malapena muoversi. Oggi, i robot autonomi che camminano sviluppati da Marco Hutter e dal suo team stanno cambiando un intero settore: in futuro, questi robot altamente mobili assisteranno nelle operazioni di ricerca e salvataggio o addirittura esploreranno altri pianeti. Il professore del Dipartimento di Ingegneria meccanica e di processo del Politecnico di Zurigo Ŕ stato insignito del Premio R÷ssler di quest’anno per la sua ricerca. ╚ una pietra miliare, persino una vittoria di tappa, in un percorso che per Hutter Ŕ iniziato con una semplice domanda: "Come dobbiamo costruire i robot in modo che possano muoversi su qualsiasi terreno come un essere umano o un animale?".

╚ apparso subito chiaro: invece di un cingolo o di una ruota, si trattava di gambe. Tuttavia, questa risposta sollevava la questione di come dovesse apparire e funzionare una trasmissione a gambe per un robot. "Abbiamo quindi iniziato a sviluppare nuovi concetti di azionamento e controllo, anche se inizialmente i robot non erano in grado di fare nulla ed erano lontani dall’essere un’applicazione utile", spiega Hutter.

Robot che scalano gli ostacoli - e non solo

Nel corso degli anni, le tecnologie si sono costantemente evolute, tanto che oggi i robot sono in grado di superare i terreni pi¨ difficili e possono essere utilizzati nel mondo reale. Marco Hutter fornisce alcuni esempi: "I nostri robot che camminano sono ora utilizzati in commercio per lavori di ispezione industriale e stiamo ricercando nuove capacitÓ che in futuro consentiranno missioni di esplorazione o di salvataggio in ambienti completamente sconosciuti".


Il team di Marco Hutter si affida da anni all’intelligenza artificiale: l’apprendimento automatico viene utilizzato per insegnare al robot a capire e interagire con l’ambiente circostante. Se il robot che cammina incontra un ostacolo, utilizza una telecamera e una rete neurale artificiale per riconoscere il tipo di ostacolo. Esegue quindi i movimenti che ha imparato in precedenza durante l’addestramento per essere promettente. Quasi come un cane curioso. Non stupisce quindi che il robot a quattro zampe si chiami "ANYmal", una parola artificiale composta da "anywhere" e "animal".

La ricerca di base svolta dal team di Hutter non viene utilizzata solo nel campo della robotica ambulante: "Oggi utilizziamo le tecnologie per l’autonomia, la percezione ambientale e l’apprendimento automatico per il controllo, ad esempio per automatizzare escavatori e macchine forestali, per i robot in agricoltura e per le attivitÓ di logistica", aggiunge Hutter.

Premio per un pioniere

Il lavoro di Hutter sulla mobilitÓ e l’autonomia dei robot deambulanti controllati dall’intelligenza artificiale ha cambiato radicalmente la ricerca sulla robotica e allo stesso tempo ha contribuito ad affermare il Politecnico di Zurigo come istituzione leader a livello mondiale nel campo della robotica. Per questi risultati Hutter riceve il Premio R÷ssler di quest’anno. Il premio non riconosce solo i suoi risultati scientifici pionieristici - il rivoluzionario sistema di controllo della locomozione basato sull’apprendimento automatico Ŕ ora uno standard sviluppato all’ETH. Il premio riconosce anche l’alto livello raggiunto da Hutter nelle aree del trasferimento tecnologico, dell’imprenditorialitÓ e delle iniziative comunitarie e progettuali. Hutter Ŕ riuscito a "creare un’ampia rete di cooperazione", spiega il presidente del Politecnico di Zurigo JoŰl Mesot. "╚ un grande onore ricevere il Premio R÷ssler 2024. Ho conosciuto R÷ssler pi¨ di dieci anni fa, quando ero ancora agli inizi della mia ricerca. Allora non avrei mai pensato di ricevere un tale onore", afferma Marco Hutter.

CreativitÓ e competenza interdisciplinare

Fin da piccolo, Hutter si Ŕ interessato a come vengono costruite le macchine e a come funzionano i meccanismi. Non c’Ŕ da stupirsi che sia stato attratto dal Politecnico di Zurigo, dove ha scritto la sua tesi di laurea sulla microrobotica, seguita da una tesina e da uno stage industriale sui sistemi di controllo. Grazie ai suoi eccellenti risultati nel programma di Bachelor, ha ottenuto una delle prime borse di studio di eccellenza della Fondazione ETH per il Master. Hutter ha scritto la sua tesi di Master sulla modellazione e la robotica della camminata con Roland Siegwart, professore di sistemi autonomi.


In questo modo, ha acquisito competenze importanti per esplorare nuove questioni nel campo della robotica. "Quando qualcuno mi chiede cosa faccio, spesso rispondo: gioco per gli adulti. Credo che sia necessario giocare per sviluppare creativamente nuove idee e, allo stesso tempo, il lavoro Ŕ molto divertente", spiega Hutter. Una solida base teorica Ŕ essenziale, che si tratti di matematica, ingegneria del controllo o apprendimento automatico. La robotica Ŕ un campo interdisciplinare. "Lavoriamo con scienziati ambientali, architetti, geologi, esperti del settore edile e di molte altre discipline. Questo rende il lavoro molto interessante. Bisogna avere una mentalitÓ aperta e saper lavorare in modo interdisciplinare", aggiunge.

"Marco Hutter Ŕ una figura ben nota nella comunitÓ di ricerca mondiale e una persona con qualitÓ di fare".

Trasferimento tecnologico e spirito imprenditoriale

Dieci anni fa, Marco Hutter ha ricevuto una borsa di studio per pionieri dalla Fondazione ETH e l’ha utilizzata per fondare l’allora start-up ANYbotics insieme al suo team di ricerca. La borsa di studio per pionieri ha contribuito a portare la tecnologia dei robot deambulatori dalla ricerca all’applicazione commerciale. Il trasferimento della tecnologia dalla scienza alla pratica Ŕ un elemento importante del lavoro di Hutter. Hutter non si limita a ricerche teoriche, basate su simulazioni o concettuali, ma va oltre la prova di concetto e dimostra soluzioni che funzionano in scenari realistici. Hutter Ŕ titolare di sei brevetti e ha sviluppato un forte spirito imprenditoriale nel suo gruppo, dal quale sono nati finora otto spin-off dell’ETH.

"╚ bello vedere che il nostro lavoro non Ŕ solo di importanza scientifica, ma ha anche un impatto pi¨ ampio sulla societÓ e sull’economia, soprattutto attraverso le start-up".


Un esempio attuale di reality check Il robot pu˛ prendere a comando una mela dal tavolo e consegnarla a qualcuno per mangiarla, aprire una porta o prendere qualcosa dalla cassetta delle lettere. Finora, per questi compiti era sempre necessaria una persona in pi¨.

Questo apre nuove possibilitÓ per l’autonomia e l’autodeterminazione delle persone con limitazioni fisiche, e gli esempi sono sempre pi¨ numerosi. Tuttavia, Hutter ridimensiona un po’ le aspettative: nonostante questi progressi, i sistemi sono ancora molto semplici rispetto agli esseri umani o agli animali. "L’obiettivo Ŕ quindi quello di collegare sempre pi¨ i robot con una migliore comprensione del loro ambiente. Ad esempio, un robot in un edificio deve sapere cos’Ŕ una porta e come funziona, o che molto probabilmente dovrÓ andare in cucina a prendere una mela", aggiunge Hutter.

Dalla bonifica delle munizioni a Marte

Marco Hutter e il suo team sono impegnati in vari settori in cui possono utilizzare i loro sistemi, spesso in aree troppo pericolose per l’uomo, come la bonifica delle munizioni nell’ex deposito di Mitholz.

Hutter nutre da tempo il desiderio di utilizzare i robot del PF nello spazio. Nel corso degli anni ha ripetutamente dimostrato che i robot che camminano possono superare pendenze e ostacoli molto meglio di quelli con cingoli o ruote. "Sebbene sia complesso, la tecnologia Ŕ ormai cosý avanzata da poter superare queste sfide", afferma Hutter. Per questo motivo Ŕ ora possibile pensare a nuove applicazioni. Ad esempio, i robot potrebbero arrampicarsi sui crateri di Marte o della Luna, effettuarvi esplorazioni e fornire dati a cui prima non avevamo accesso.

Nel 2008 Max R÷ssler ha lasciato in ereditÓ alla Fondazione del Politecnico di Zurigo dieci milioni di franchi. Utilizza gli interessi di questa fortuna per istituire un premio annuale per i professori del Politecnico nella fase di espansione della loro carriera di ricerca. Con un valore di 200.000 franchi, il premio Ŕ il pi¨ importante per la ricerca del Politecnico di Zurigo e viene consegnato in occasione dell’evento "Thanks Giving" della Fondazione del Politecnico di Zurigo. Il donatore del premio ha studiato matematica al Politecnico di Zurigo e ha conseguito il dottorato sul calcolo delle orbite nei viaggi spaziali. Dopo un soggiorno di ricerca all’UniversitÓ di Harvard, Ŕ tornato al Politecnico di Zurigo e dal 1967 al 1978 Ŕ stato scienziato senior e docente presso l’Istituto di ricerca operativa. In seguito ha lavorato nella gestione patrimoniale prima di ritirarsi dalla vita professionale. Nel 2013 il Politecnico di Zurigo gli ha conferito il titolo di Consigliere onorario.

Ulteriori informazioni sul Premio R÷ssler.
Deborah Kyburz