La robotica è la progettazione, la costruzione, il funzionamento e l’uso di robot. Ma questa definizione è piuttosto poco interessante. Che cos’è un robot? Cosa puoi fare con i robot? E come si può costruire il proprio?

Questo articolo ti mostrerà:

• Come si può iniziare con la robotica
• Dove si possono trovare idee, tutorial, e forniture
• Come si può diventare un partecipante attivo nella comunità robotica.

Una breve storia dei robot

La parola “robot” fu coniata nel 1920 da Josef Capek. Suo fratello, Karel, usò il termine per riferirsi a un umanoide immaginario nella commedia del 1920 R. U. R.

I robot sono macchine in grado di eseguire azioni (o serie di azioni) automaticamente. Il termine comprende una vasta gamma di dispositivi, ma in generale, possono:

• controllare le loro azioni
• ricevere feedback sensoriale
• informazioni di processo.

I robot sono tipicamente programmabili. Possono essere guidati con dispositivi di controllo esterni o incorporati all’interno del robot stesso. Un robot può essere completamente autonomo o può essere completamente asservito al suo meccanismo di controllo.

Nel corso del tempo, i robot sono diventati sempre più complessi. I robot di oggi sono incaricati di lavori che una volta venivano eseguiti dagli esseri umani, ma ora sono ritenuti eccessivamente ripetitivi, pericolosi o che si verificano in ambienti ostili agli esseri umani, come lo spazio esterno o sui fondali marini.

Cosa possono fare i robot?

Ci sono molte applicazioni per i robot, e non tutti sono complessi — alcuni sono semplicemente giocattoli per i più piccoli. Ecco alcuni esempi dei compiti che svolgono:

• Lavorare in ambienti estremi: zone di guerra o nucleari, aree sottomarine e spazio esterno, sono troppo pericolosi per le persone a lavorare. I robot possono svolgere molte delle attività pericolose. Ad esempio, i droni consentono la ricognizione nelle aree occupate dai nemici in tempo di guerra, Curiosity sta esplorando Marte e Wally sta strisciando sul pavimento o sull’oceano.
• Aiuto intorno alla casa: Gli elettrodomestici robotici, come mop e aspirapolvere, svolgono lavori per conto dei loro proprietari.
• Controllo auto autonome: Auto autonome sono stati prototipati dal 1920, ma il facilitatore più comunemente noto della moderna ricerca auto a guida autonoma è probabilmente Google. I veicoli che si guidano da soli stanno diventando più intelligenti, e anche se non sono diventati mainstream, alcuni hanno già preso le strade.
• Leggi e impara: i ricercatori dell’Università di Oxford hanno creato Marge, un robot “letterato” in grado di leggere il giornale e insegnare a se stessa i fatti. L ‘ “intelligenza” di Marge deriva dal suo software e i ricercatori responsabili di lei stanno tentando di insegnarle le capacità di ragionamento che si trovano negli esseri umani.
• Assistere le persone con problemi di salute o disabilità: i robot possono aiutare le persone con disabilità fisiche a svolgere le attività quotidiane. Ad esempio, le sedie a rotelle si sono evolute in macchine multiuso motorizzate; ad esempio, possono aiutare gli utenti con un uso limitato delle loro braccia ad aprire la porta del frigorifero e recuperare un pasto. Oggetti come braccia e gambe protesiche sono passati anche dall’essere semplici dispositivi simili a peg a arti “intelligenti” in grado di comunicare con il cervello umano.

Aziende di robotica

Puoi avere una buona idea per il futuro della robotica guardando a ciò che le aziende di robotica stanno facendo oggi.

Robotics Business Review, una delle principali fonti online di notizie e informazioni sulla robotica, pubblica RBR50. È una lista delle aziende più degne di nota nel settore della robotica. Le aziende in questa lista sono state selezionate in base alle loro innovazioni, applicazioni innovative, e il successo commerciale e potenziale. Stanno affrontando problemi nel settore sanitario, nella logistica e nell’aviazione.

Alcune delle più note aziende sul RBR50 includono:

• Honda Robotics
• Google Alfabeto
• Intel
• LEGO A/S.

iniziamo con Robot

Non tutti i robot sono macchine complesse. Alcuni possono essere abbastanza semplici, come questo giocattolo introduttivo di robotica per bambini. Il cielo è il limite quando si tratta di progetti di robotica elementare, quindi ecco alcune risorse che puoi consultare per le idee:

• Il tuo primo Robot: Instructables offre un elenco di 15 progetti di robotica facile da provare, tra cui un Virbobot scarafaggio solare e un corridore Robot.
• Come costruire un robot semplice: questo tutorial RobotShop ti insegna come creare un robot personalizzato in soli dieci passaggi.
• Making Simple Robots: Esplora la robotica all’avanguardia con Everyday Stuff: Questo libro introduttivo di Kathy Ceceri è scritto in un linguaggio che i non ingegneri capiranno. Ti insegna come costruire semplici robot usando materiali che probabilmente già possiedi.
• Come costruire un robot $10: La rete robotica africana ha lanciato una sfida nel 2012: progettare un robot che costa $10 o meno per costruire. Non tutti sono super semplice, ma questi progetti sono un modo economico per iniziare.

Materiali di Sourcing

Una volta che avete le idee, potrebbe essere necessario acquistare materiali aggiuntivi, come componenti elettronici e microcontrollori. È possibile ottenere questi al vostro hardware locale, hobby, o negozi di elettronica, oppure è possibile ordinare online da rivenditori come Amazon, Maker Shed, Parallax, e Robot Shop.

Robot Design and Construction

Non esiste uno standard stabilito per come dovrebbero apparire i robot, quindi il cielo è il limite quando si tratta di design. I progetti di robot possono variare da ultra-funzionali (come quelli utilizzati sulle linee di produzione di automobili) a macchine eleganti che sono il più esteticamente gradevoli possibile senza sacrificare la funzione (come la linea di aspirapolvere iRobot).

Quando si progetta il robot, è necessario identificare:

• Lo scopo del tuo robot
• I requisiti per il tuo robot (come dimensioni, forma, fonte di energia e così via).

Per un trattamento approfondito su come progettare il robot migliore per le tue esigenze, vedi Robotics Design Process.

I parametri che identifichi influenzeranno il design finale del tuo robot dopo che è stato costruito.

Robot di controllo

Il controllo è una delle cose più grandi che dovrai affrontare durante la progettazione e la costruzione di un robot.

Esistono molti modi per controllare i robot, ognuno dei quali offre al robot stesso un diverso grado di autonomia:

• Ad un’estremità dello spettro, è possibile mantenere il pieno controllo del robot, consentendo di muoversi solo quando dato istruzioni esplicite (ad esempio con un telecomando).
• Dall’altra parte, potresti programmare il robot per decidere da solo quali saranno le sue prossime mosse in base all’input sensoriale (come la luce o il suono) che riceve.

Si potrebbe anche trovare un equilibrio tra entrambi gli approcci.

Telecomandi e radiocomandi

Collegare un controller esterno a un robot è il modo più semplice per iniziare. Usando il controller, emetterai istruzioni al robot, che risponderà ai tuoi comandi. Un robot controllato in questo modo in genere ha poca o nessuna intelligenza.

Per fare un ulteriore passo avanti, è possibile passare da un controllo legato a uno wireless, che riduce la necessità di una connessione fisica tra la persona che controlla il robot e il robot stesso. Tali implementazioni in genere coinvolgono trasmettitori a infrarossi e ricevitori, che richiede linea di vista tra i due.

Tuttavia, se non si desidera questo tipo di limitazioni, è possibile utilizzare altri metodi di comunicazione, come le unità di controllo remoto (R/C) o Bluetooth. Quest’ultimo offre anche la comunicazione bidirezionale.

Risorse

• Manuale del robot di controllo cablato di Instructable
• RobotShop vende una selezione di telecomandi wireless
• Society of Robots offre un tutorial sulla costruzione di robot telecomandati
• Trossen Robotics ha una selezione di kit di controllo robot.

Programmazione del robot

Includendo un microcontrollore e un controller motore nel robot, è possibile programmare il robot per svolgere compiti specifici.

Pensa a un microcontrollore come a un piccolo computer in grado di leggere ed eseguire un programma. Il controller del motore funge da intermediario tra il microcontrollore e il robot poiché quest’ultimo non è in grado di fornire potenza sufficiente ai motori del robot.

Programmando il tuo robot, puoi costruire macchine sempre più autonome. Il controllo autonomo può essere pre-programmato per non accettare feedback sensoriali, feedback sensoriali limitati o feedback sensoriali complessi.

Risorse

• Impara a programmare con la linea di prodotti Mindstorms di LEGO.
• Il Raspberry Pi è un computer piccolo e conveniente che puoi utilizzare con i tuoi robot. È molto popolare e quindi facile trovare tutti i tipi di tutorial utili. I creatori del Raspberry Pi hanno anche un curriculum solido che è un ottimo punto di partenza.
• Robocode è un gioco di programmazione in cui puoi imparare a programmare i robot in Java o utilizzando.NET framework.
• Di Toptal Un tutorial introduttivo di programmazione robot ha un sacco di consigli utili.

Per i giovani (e giovani nel cuore)

Ci sono un sacco di robot destinati ai bambini. Sono prodotti eccellenti per gli adulti che cercano un’introduzione delicata ai robot, anche:

• Engino: Engino produce kit di costruzione modulari che incorporano componenti robotici; puoi pensare ai suoi articoli come a un incrocio tra robotica, LEGO e k’nex.
• LEGO: L’azienda offre molti prodotti nel campo della robotica. Oltre alla consolidata linea Mindstorms, LEGO sta lanciando il suo programma Boost, progettato per insegnare ai bambini la programmazione e la robotica di base.
• Ozobot: robot tascabili progettati per insegnare la robotica ai bambini dai 6 ai 14 anni.
• Robotis: Un produttore di robot e kit di robot da hobbisti e professionisti STEM. Hanno diverse linee di robot; alcuni sono appropriati per bambini di appena cinque anni, mentre la serie Bioloid è il kit più comunemente usato per le competizioni di robotica.

Conferenze, Meetup e fiere

Mentre la robotica può essere un’attività solista, non deve esserlo. Conferenze e fiere sono ottimi modi per incontrarsi con hobbisti che la pensano, ricercatori e altri appassionati. Sono anche ottimi modi per ottenere informazioni sulle innovazioni:

• Robots for Roboticists mantiene un calendario di tutte le prossime conferenze ed eventi di robotica, anche se la maggior parte degli eventi sono rivolti a un pubblico accademico o professionale
• Per incontrare hobbisti e appassionati vicino a te, guarda attraverso gli annunci su Meetup, Eventbrite o Facebook
• Puoi anche unirti a un club locale.

Concorsi

Se vuoi cimentarti nelle competizioni di robotica, puoi inserire le tue creazioni a RoboCup, la competizione per veicoli autonomi di SparkFun, RoboGames o SRS Robothon.

Domande frequenti sulla robotica per gli studenti