McGyver, un robot "ingegnoso" dal Georgia Tech

Un gruppo di ricercatori del Georgia Institute of Technology, coordinati dal professor Mike Stilman, sta lavorando ad un'attività di ricerca che ha lo scopo di elaborare algortimi e sistemi cognitivi che consentano ai robot di poter utilizzare oggetti comuni e combinarli tra di loro per realizzare semplici strumenti in grado di eseguire compiti più o meno complessi. La ricerca è supportata inoltre dall'Office of Naval Research, che ha stanziato una sovvenzione di 900 mila dollari per la durata di tre anni.

I robot, in varie forme e configurazioni, vengono sempre di più impiegati al posto degli esseri umani per l'esplorazione di ambienti pericolosi o di difficile accesso ma, per quanto questo tipo di impiego risulti particolarmente funzionale ed utile per varie attività, essi non sono ancora in grado di interagire con questi ambienti e con gli oggetti in essi presenti al pari degli umani. Anche il più sofisticato robot impiegato oggi, non sarebbe capace di individuare una via di fuga se fosse in "pericolo" o dovesse restare intrappolato in un ambiente.

Spiega Stilman: "Il nostro obiettivo è lo sviluppo di un robot che si comporti come McGyver, il personaggio televisivo che dal 1980 ha risolto problemi complessi e si è tratto in salvo da situazioni pericolose utilizzano oggetti comuni e materiali trovati estemporaneamente. Vogliamo comprendere i processi base cognitivi che permettono agli esseri umani di trarre vantaggio da oggetti casuali ed usarli come strumenti. Raggiungeremo questo obiettivo progettando algoritmi per robot che rendano possibili per un robot con strumenti quei compiti altrimenti impossibili da affrontare per un robot da solo".

La ricerca procederà dai precedenti lavori di Stilman sulla navigazione tra ostacoli mobili che ha permesso ai robot di riconoscere autonomamente la presenza di ostacoli posti sul percorso pianificato dal punto A al punto B e di evitarli per giungere a destinazione.

"E' un progetto impegnativo e stimolante dal momento che esiste una differenza fondamentale tra lo spostare gli oggetti al di fuori di un percorso ed utilizzare gli oggetti per costruire un percorso. I ricercatori nel campo della pianificazione del robot motion hanno di norma impiegato sistemi di visione computerizzata per identificare oggetti in un ambiente affollato e pianificare percorsi senza collisioni, ma a questi sistemi non sono state somministrate informazioni riguardanti le funzioni degli oggetti" prosegue Stilman.

Allo scopo di realizzare un robot che sia in grado di utilizzare oggetti casuali trovati nell'ambiente per eseguire un determinato compito, Stilman ha intenzione di sviluppare un apposito algoritmo che consentirà ad un robot di identificare e localizzare un dato oggetto in una stanza, determinarne le potenziali funzioni per trasformarlo in uno strumento utile al completamento di un azione. Queste azioni comprendono dall'impiego di una sedia per raggiungere una posizione elevata, al puntellare una scala contro uno scaffale di una libreria, all'impilare scatole per arrampicarsi verso qualcosa fino alla costruzione di leve o ponti utilizzando detriti e oggetti casuali.

Nel momento in cui il robot viene istruito con una conoscenza base della meccanica dei corpi rigidi e delle macchine semplici, esso potrebbe sviluppare la capacità di determinare autonomamente le proprietà di un determinato oggetto ed elaborare un piano di impiego per utilizzarlo allo scopo di eseguire compiti di alto livello. Ad esempio la fuga da una stanza in fiamme con una porta ostruita costringerebbe il robot ad individuare un percorso per evitare il fuoco e a localizzare un oggetto nella stanza che gli consenta di applicare una sufficiente forza per sbloccare ed aprire la porta.

Abilità di questo tipo sarebbero di estremo valore, in ottica futura, nell'impiego dei robot fiano a fianco con personale militare per l'esecuzione di missioni. A tal proposito commenta Paul Bello, responsabile del programma Cognitive Science dell'Office of Naval Research: "La marina è orgogliosa del reclutamento, allenamento e sviluppo degli uomini e donne più intelligenti ed intraprendenti del Paese. Ora che i sistemi robotici stanno diventando più pervasivi come compagni di missione nelle operazioni militari, dobbiamo assicurarci che siano intelligenti ed ingegnosi. Il lavoro del professor Stilman sul "McGyver-bot" è il primo della sua specie e sta già iniziando a mantenere la promessa di compagni di missione meccanici capaci di comportarsi in maniera creativa in situazioni dove la posta in gioco è elevata".

Per affrontare la complessità del ragionamento umano, necessario per questo tipo di scenario, Stilman sta collaborando con i ricercatori Pat Langley e Dongkyu Choi: il prmo è direttore dell'Institute for the Study of Learning and Expertise, mentre il secondo è assistente professore presso il Department of Aerospace Engineering dell'University of Kansas. Langley e Choi potranno contribuire alla ricerca grazie all'impiego e allo sviluppo della loro architettura cognitiva chiamata ICARUS, che offre un'infrastruttura capace di modellare nei robot varie capacità umane, come la percezione, la deduzione, l'interpretazione e l'apprendimento.

Commenta Stilman: "Crediamo che un sistema di ragionamento ibrido che incorpori i nostri algoritmi basati sulla fisica con un'architettura cognitiva possa creare un sistema di controllo efficiente e strutturato per il nostro robot, che può portare più benefici rispetto all'impiego di uno solo dei due approcci".

Dopo che i ricercatori avranno sviluppato e ottimizzato il sistema di ragionamento utilizzando delle simulazioni al computer, l'algoritmo verrà implementato e testato utilizzando Golem Krang, un robot umanoide progettato e costruito nei laboratori di Stilman per studiare ed approfondire le soluzioni di controllo e pianificazione per un intero corpo robotico.