Prospetto della robotica per l’edilizia

Situazione iniziale

I robot non sono più confinati nel mondo dell’industria, ma stanno conquistando gli spazi privati e interagiscono direttamente con le persone. Molteplici sono sia i campi di applicazione che le forme di interazione. Grazie al continuo sviluppo delle tecnologie e dei materiali più moderni, nonché al collegamento in rete globale di oggetti fisici con Internet (Internet of Things), si può certamente presumere che in un futuro non troppo lontano i robot saranno in grado di fare tutto ciò che sa fare un essere umano, ma molto più a buon mercato, con maggiore precisione, forza e rapidità.

La robotica e soprattutto i robot hanno quindi anche il potenziale di innescare un profondo cambia-mento nel settore edile. L’impiego di robot nei cantieri edili è ancora oggi considerato un sogno (incubo) illusorio e visionario tra gli addetti ai lavori. Mentre i pessimisti temono la perdita di posti di lavoro, gli ottimisti sperano in una collaborazione tra esseri umani e robot in cantiere. Ora, la seguente analisi della robotica nell’industria edile vuole dimostrare che i robot sono diventati ormai da tempo una componente reale della vita quotidiana nei cantieri edili. Tuttavia, ci vorrà ancora un po’ di tempo prima che i robot umanoidi per l’edilizia possano sostituire i collaboratori sul cantiere. La ragione di ciò risiede, da un lato, nella profonda maturità tecnologica dei cosiddetti robot umanoidi per l’edilizia e dall’altro nell’ambiente complesso di un cantiere. I lavori edili vengono solitamente eseguiti nelle condizioni più complesse, caratterizzate da frequenti cambiamenti di posizione, fluttuazioni meteorologiche, contatto con una grande varietà di materiali o anche spostamenti su terreni non asfaltati.

Spiegazione dei termini

Il termine robot deriva dalla parola ceca robota e significa «lavoro». Il termine robot, a sua volta, ha le sue origini nelle storie di fantascienza. La sua prima apparizione risale al 1921 in una commedia di Karel Čapek: “Rossum’s Universal Robots”. In questa storia, lo scienziato Rossum e suo figlio sviluppano una sostanza chimica che usano per costruire robot. Il piano era che i robot avrebbero dovuto ser-vire obbedientemente gli esseri umani e avrebbero fatto tutto il lavoro pesante. Beh, senza rivelare altro, la storia andrà a finire male.

Nella letteratura esiste una moltitudine di definizioni per il termine robot. Una definizione generalmente accettata, stabilita dal Robot Institute of America (RIA), è la seguente: «un robot è un manipolatore multifunzione liberamente programmabile per la movimentazione di materiali, parti, utensili e attrezzi speciali. La sequenza di movimenti liberamente programmabile lo rende adatto per un’ampia varietà di compiti». Una definizione simile si trova nella ISO EN 8373:2012, secondo la quale un robot è «un manipolatore multifunzione controllato automaticamente e liberamente programmabile, può essere programmato su tre o più assi e, per l’uso nell’ambito dell’automazione, può essere sia fisso che mobile».

Il tratto comune alla maggior parte delle definizioni è che i robot evidenziano almeno le seguenti caratteristiche:

• sono macchine meccaniche;
• hanno almeno un asse;
• sono controllabili, programmabili e versatili;
• possono essere equipaggiati con pinze, mezzi di produzione o altri strumenti.

La scienza interdisciplinare dei robot è la robotica, che fa riferimento a un’ampia gamma di discipline scientifiche, come la matematica, l’informatica, la biologia e naturalmente l’ingegneria meccanica. Un robot ricorre quindi all’interazione di molte discipline diverse.

Nozioni di base della robotica (per l’edilizia)

Un modello di classificazione dei robot

In letteratura ci sono diversi approcci per descrivere e classificare i robot. Un approccio olistico alla descrizione, alla classificazione e al confronto dei robot si ritrova nel lavoro di Onnasch, Maier e Jürgensohn (2016), secondo cui i robot possono essere descritti sulla base di quattro caratteristiche specifiche (compito, campo di applicazione, morfologia e autonomia) con espressioni diverse. Al fine di garantire una progettazione olistica della robotica per l’edilizia, si considera anche la caratteristica della mobilità per la descrizione dei robot utilizzati in questo settore.

Compiti

La caratteristica del compito si differenzia nel modo in cui il robot esegue un’operazione su un oggetto di lavoro per raggiungere un obiettivo specifico. Per quanto riguarda i campi di applicazione dei robot, si possono individuare tradizionalmente tre compiti concreti Qui di seguito alcuni esempi.

Campo di applicazione

In genere i robot si distinguono principalmente in base al loro campo di applicazione e alla loro mobilità. I campi di applicazione sono un’altra caratteristica identificativa dei robot e sono praticamente illimitati: medicina, ambiente acquatico, educazione, agricoltura, silvicoltura, automotive, spazio o anche in cantiere. La norma ISO 8373:2012 distingue i robot in base al loro campo di applicazione in robot industriali e di servizio.

I robot industriali, come suggerisce il nome, vengono utilizzati principalmente nell’industria. Si caratterizzano per il fatto di creare beni materiali per il consumo. Tipicamente, i robot industriali per l’edilizia provengono dall’automotive. I robot di servizio, a loro volta, forniscono servizi agli esseri umani o a una cosa. I robot di servizio sono quindi caratterizzati da una maggiore flessibilità e da una maggiore autonomia rispetto ai robot industriali. Ad esempio si può utilizzare un robot rasaerba intel-ligente.

Morfologia

Un’altra caratteristica distintiva è la cosiddetta morfologia di un robot. La morfologia è lo studio della struttura e delle forme degli organismi. Nella robotica si distingue tra tre morfologie di robot: umanoidi, zoomorfi e robot funzionali. I robot umanoidi si riconoscono spesso dalla loro forma corporea simile a quella umana. I robot zoomorfi prendono i loro tratti dal regno animale. I robot funzionali hanno a loro volta un aspetto puramente funzionale. La morfologia dei robot viene utilizzata principalmente per creare determinate associazioni o per ridurre la paura dell’interazione con gli esseri umani.

Mobilità

Un’altra caratteristica distintiva è la mobilità di un robot.

I robot stazionari sono installati in una posizione fissa e sono caratterizzati da una sequenza di movimenti predefinita. I robot mobili, a loro volta, possono muoversi e quindi lasciare la loro posizione.

Autonomia

L’ultima caratteristica distintiva di un robot è la sua autonomia. Il grado di autonomia descrive il grado di intervento dell’essere umano. Quanto più un robot riesce a lavorare in modo autonomo, tanto meno è necessario l’intervento umano. Il grado di autonomia può assumere quattro forme: autonomia nella ricezione delle informazioni, nell’elaborazione delle informazioni, nel processo decisionale e nella gestione delle azioni.

Robotica per l’edilizia

Campi di applicazione nell’edilizia e nel genio civile

Il campo di applicazione dei robot nel settore dell’edilizia e del genio civile è fondamentalmente indipendente dal modello di business specifico, ovvero non dipende dal segmento, dall’attività e dalle attività lavorative effettive.

Categorie di robot per l’edilizia

Per quanto riguarda le caratteristiche distintive descritte nel capitolo 3, è possibile descrivere un’ampia varietà di robot per l’edilizia. Alan M. Lytle, Jonathan B. O’Brien e Kamel S. Saidi (2008) distinguono le seguenti tre categorie di robot per il settore delle costruzioni.

La prima categoria comprende i cosiddetti robot teleguidati. Sono caratterizzati dal fatto che il robot non fun-ziona in modo autonomo e che gli esseri umani controllano il robot e devono averne il controllo completo in ogni momento. La seconda categoria comprende tutti i robot programmabili e controllati da computer che sono, ad esempio, dotati di sensori. La terza categoria si riferisce ai robot intelligenti che sono in grado di lavo-rare in modo semi o completamente autonomo. Diamo un’occhiata a queste tre categorie di robot per l’edilizia prendendo in considerazione una macchina specifica che soddisfa anche le caratteristiche distintive per i robot (capitolo 2): l’escavatore!

• Un esempio di robot per l’edilizia teleguidato è il classico escavatore, che viene controllato manualmen-te dall’uomo senza aiuti intelligenti di supporto. L’escavatore è quindi intelligente solo quanto l’essere umano che lo aziona.
• Il comando dell’escavatore 3D è un buon esempio di un robot per l’edilizia, ovvero l’escavatore, pro-grammabile. Ad esempio, una stazione permanente GNSS può fornire dati di posizione e correzione per tutte le macchine dotate di GNSS present in cantiere e il comando della macchina 3D nell’escavatore utilizza questi dati per calcolare tutte le informazioni necessarie per lo scavo.
• E cosa distingue un escavatore intelligente? Ebbene, un esempio è fornito dalla società americana Build Robotics con escavatori altamente intelligenti, che possono eseguire i lavori con l’aiuto di computer, sensori e intelligenza artificiale senza l’assistenza umana. In questo caso l’operatore dell’escavatore as-sume il ruolo di supervisore.

Esempi di robot per l’edilizia

Robot per l'ediliza addetti ai mattoni

La costruzione tradizionale di un muro richiede almeno un muratore, malta e mattoni. Un’alternativa viene offerta dai cosiddetti robot muratori, che già ora possono eseguire i classici lavori di muratura nei progetti di costruzione. Un esempio lo si può osservare in Svizzera a Reichenburg nello stabilimento TRIPEMA, dove i robot muratori mettono mattone su mattone incollandoli tra loro e creano quindi in modo completamente automatico pareti di mattoni su misura.

Rover e piccoli robot mobili

La cooperazione tra uomo e macchina ha molti vantaggi, perché le macchine hanno capacità specifiche che gli esseri umani non possiedono e viceversa: gli esseri umani hanno talenti che le macchine non padroneggiano ancora. Singole industrie, come quella automobilistica, si affidano da tempo ai cosiddetti robot collaborativi. Più il tempo passa più si trovano tali approcci anche nell’edilizia. Un esempio è il rover intelligente, dotato di scanner, dell’azienda statunitense DOXEL che si muove autonomamente in cantiere e confronta gli avanzamenti della costruzione con il modello BIM. Tali esperimenti sono comunque già in corso anche in Europa e in Svizzera. D’ora in poi, due «spot» di Boston Dynamics sosterranno i collaboratori di Rhomberg Sersa Rail nei loro cantieri. Anche l’impresa di costruzioni Losinger Marazzi ha già mosso i primi passi con il suo robot «ANY-mal» con particolare attenzione alla «sicurezza in ambito edile».

Robot umanoide per l’edilizia

Come hanno dimostrato le osservazioni precedenti, il progresso tecnologico e digitale non si ferma nel settore dell’edilizia. È immaginabile, tuttavia, che in un futuro non troppo lontano i robot umanoidi per l’edilizia vengano utilizzati nei cantieri edili come forza lavoro alla pari con gli esseri umani? La società di robotica Boston Dynamics sta già mostrando cosa possono fare i robot umanoidi.

Con il robot umanoide per l’edilizia HRP-5P il National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), un istituto di ricerca statale giapponese, ha dimostrato come un robot umanoide per l’edilizia HRP-5P svolga autonomamente i lavori edili.

I robot per l’edilizia teleguidati e programmabili sono oggi onnipresenti nel settore dell’edilizia e del genio civile e vengono continuamente ottimizzati. Tuttavia, sarà il futuro a mostrarci se i robot umanoidi saranno in grado di imporsi in cantiere. È decisamente entusiasmante.

 

 

Da anni Zafer Bakir si occupa del tema della digitalizzazione e dei relativi processi di cambiamento in tutti i settori industriali. Lo sviluppo e l'implementazione di strategie digitali e modelli di business rientrano tra le sue competenze principali. Da gennaio 2018 Zafer Bakir, in quanto responsabile della digitalizzazione, si occupa di «Digital Construction» presso la Società Svizzera degli Impresari-Costruttori SSIC, con la missione di portare avanti la trasformazione digitale nell’edilizia e nel genio civile.

 

 

 

 

 

Bibliografia

Kamel S. Saidi, Jonathan B. O’Brien, Alan M. Lytle. (2008). Handbook of Robotics. Robotics in Construction. Springer Verlag. Berlin.

Dr. Mohamed Oubbati. (2007). Robotik. Skript zur Vorlesung. Universität Ulm

McKinsey & Company. Industrial Robotics. Insights into the Sector’s future growth dynamics. https://www.mckinsey.com/industries/advanced-electronics/our-insights/growth-dynamics-in-industrial-robotics

Edmundas Kazimieras Zavadskas. (2010). Automation and robotics in construction: International research and achievements in Automation in Construction.

Bock Thomas, Lauer Willi Viktor, Linner Thomas, Eibisch Nora. (2010). Automatisierung und Robotik im Bauen. Berlin: Arch-Plus.

Linda Onnasch, Xenia Maier, Thomas Jürgensohn.(2016). Mensch-Roboter-Interaktion - Eine Taxonomie für alle Anwendungsfälle.

Robot Institute of America. 1982. Robot Institute of America Worldwide Robotics Survey and Directory. Dearborn, MI: Society of Manufacturing Engineers.

ISO 8373:2012. (o. J.). Robots and robotic devices – vocabulary.