Gigliotta, Onofrio

Nolfi, Stefano

Sperati, Valerio

PUblication MAnagement

Titolo capitolo 
 
1 
Capitolo primo 
Robotics Attack! 
Onofrio Gigliotta (corresponding author) 
Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione, CNR 
 Via San Martino della Battaglia, 44 00185 Roma, Italy 
Tel. +39 0644595277, Fax +39 0644595243 
onofrio.gigliotta@istc.cnr.it 
 
Valerio Sperati 
Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione, CNR 
 Via San Martino della Battaglia, 44 00185 Roma, Italy 
Tel. +39 0644595277, Fax +39 0644595243 
valerio.sperati@istc.cnr.it 
 
Stefano Nolfi 
Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione, CNR 
 Via San Martino della Battaglia, 44 00185 Roma, Italy 
Tel. +39 0644595277, Fax +39 0644595243 
stefano.nolfi@istc.cnr.it 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Titolo volume 
 
 
2 
Arrivano i robot, tanti robot 
 
Il dipartimento si statistica della federazione internazionale di robotica  
(IFR Statistical Department1) ha previsto che nel 2011 più di 18 milioni 
di robot popoleranno il nostro pianeta: una vera invasione ripresa dai 
media con preoccupazione. Il dato interessante, tuttavia, riguarda la 
proporzione di robot industriali e di robot di servizio. Questi ultimi, ov-
vero i robot progettati per migliorare la qualità della vita degli utenti, 
saranno nelle previsioni più di 17 milioni. Al contrario dei robot indu-
striali fissati inesorabilmente e saldamente all’interno di fabbriche, i ro-
bot di servizio saranno sguinzagliati per le città e per le nostre case con 
svariati ruoli e differenti forme. In realtà molti di loro sono già presenti 
in ambiente domestico, il più famoso è l’aspirapolvere Roomba 
dell’azienda americana IRobot, ma non mancano tagliaerba, robot che 
puliscono le piscine e robot di intrattenimento come il fortunato Robo-
sapien o il simpatico dinosauro Pleo (Fig. 1). La paventata invasione dei 
robot sarà quindi una marcia pacifica e allegra di robot che giocheranno 
un ruolo fondamentale nei servizi ed in particolare nel settore educati-
vo. In questo ultimo campo, in particolare, ci aspettiamo l’avvento di  
Fig. 1 Robot di servizio e di intrattenimento 
 
una robotica sottoforma di materie prime (sensori, servomeccanismi, 
micorocontrollori etc.) assemblabili facilmente, ovvero senza alcuna 
nozione specialistica. Proprio come in un attacco d’arte, un attacco di 
robotica porterà gli utenti a creare in pochi semplici passi un robot e in 
altrettanti semplici passi sarà possibile dar loro un cervello  o  in altri 
termini un ricco bagaglio comportamentale.  
 
 
 
 
1 http://ifr.worldrobotics.org.    
Titolo capitolo 
 
3 
 
 
Robotica di intrattenimento ed educativa 
 
Molti robot  giocattolo presenti sul mercato, è il caso dei su citati Robo-
sapien e Pleo ricadono sotto la categoria omnicomprensiva di robotica 
di intrattenimento, che racchiude tutti quei robot che hanno come prin-
cipale target i bambini e che si presentano come naturale evoluzione 
della vecchia funzione del giocattolo e dell’animale domestico. Dove 
prima era la fantasia a far muovere il giocattolo o immaginare relazioni 
affettive, il peluche come classico sostituto di un animale vero, adesso ci 
pensano dei servomeccanismi e dei sensori a regalare ai bambini espe-
rienze di gioco più immersive. Benché l’industria dell’intrattenimento, 
nelle sue molte incarnazioni, rappresenta senza dubbio una grande op-
portunità di business, recludere la robotica per bambini al solo intratte-
nimento, tuttavia, è molto restrittivo, il suo ruolo educativo, infatti, può 
essere molto più significativo e potenzialmente molto più interessante. 
Le discipline in cui la robotica può dare un valido apporto sono tante, 
un breve elenco può essere il seguente: fisica, elettronica, biologia, in-
formatica e psicologia. Ogni disciplina di questo elenco, facilmente e-
stendibile, può avvantaggiarsi dell’uso di supporti robotici, specie se 
questi supporti siano liberamente configurabili, che non abbiano quindi 
delle forme immutabili ma si prestino a vari tipi di assemblaggi. Questi 
ultimi normalmente sono disponibili sottoforma di kit robotica (robot 
che l’utente deve montare da solo con l’aiuto di un manuale o un sof-
tware) presenti sul mercato in un buon numero,  ma il più ben riuscito, 
senza dubbio è il kit Mindstorms NXT Robotic Invention System, pro-
dotto e distribuito dall’azienda danese Lego2  per poche centinaia di eu-
ro. Sia la struttura, altamente configurabile (da sempre baluardo della 
filosofia dei mattoncini Lego), che la presenza di un set vario di sensori 
ne rende duttile l’utilizzo. Si possono, infatti, costruire robot di diverse 
forme: dai robot dotati di ruote a quelli dotati di gambe, avendo sempre 
la massima libertà di posizionare i sensori in qualunque parte del corpo 
del robot. 
 
 
 
 
 
 
2 http://shop.lego.com 
Titolo volume 
 
 
4 
Robotics Attack! 
 
Art Attack3 è un fortunato format televisivo distribuito in tutto il mon-
do e destinato ai bambini. Lo scopo della trasmissione è quello di inse-
gnare ai bambini come realizzare facilmente delle piccole opere d’arte 
partendo da semplici strumenti quali carta, matite colorate, pennelli, 
materiali reperibili in casa e soprattutto tanta colla vinilica. Con Attac-
co di Robotica (Robotics Attack) intendiamo proporre questo approc-
cio alla robotica educativa. Con pochi strumenti e un kit di robotica 
come quello lego è possibile, infatti, cominciare ad esplorare il mondo 
della robotica a differenti livelli: dal più semplice di tutti, e anche quello 
meno interessante, che è costituito dalla robotica teleguidata a quello 
più interessante rappresentato dalla robotica autonoma, ovvero quel 
campo della robotica  che si occupa dei robot che non necessitano di al-
cun intervento umano. Nel nostro caso il collante, la nostra colla vinili-
ca, sarà la Robotica Evolutiva [1], un campo di studio della ricerca ro-
botica che trae ispirazione dalla teoria dell’evoluzione. 
Noi abbiamo deciso di farci prendere da un attacco di robotica e di por-
tare il risultato alla prossima edizione di Futuro Remoto che si terrà 
questo anno alla Città della Scienza di Napoli. Gli strumenti nel nostro 
caso sono semplici e facilmente reperibili: un kit Lego Mindstorms 
NXT, tre sensori infrarossi, una telecamera capace di estrarre blob di 
colore ed infine Evorobot*4, un potente simulatore sviluppato al Laral 
(Laboratory of Autonomous  Robotics and Artificial Lifedell’istituto di 
scienze e tecnologie della cognizione del CNR, da Stefano Nolfi e Ono-
frio Gigliotta. Grazie ad Evorobot* non è richiesta ai bambini o utenti 
aspiranti progettisti di robot nessuna particolare conoscenza informati-
ca, né tanto meno è necessaria nessuna competenza elettronica per co-
struirsi un robot con il kit Lego. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.2 Kit Lego Nxt, camera e sensore infrarosso 
 
3 http://:www.hitentertainment.com/artatack/ 
4 http://laral.istc.cnr.it/evorobotstar 
Titolo capitolo 
 
5 
 
Evorobot* 
 
Evorobot* è un simulatore sviluppato principalmente per fare ricerca 
attraverso le tecniche della robotica evolutiva. Nella robotica evolutiva 
il controllore di un robot, in pratica l’oggetto che in base all’attivazione 
dei sensori deve decidere l’attivazione dei motori, è caratterizzato da un 
insieme di parametri, questi ultimi vengono posti in evoluzione proprio 
come in natura si evolvono gli esseri viventi. In Evorobot*, in particola-
re, il controllore è rappresentato da una rete neurale che imita, in qual-
che modo, il funzionamento del cervello. La rete, infatti, è composta da 
neuroni sensoriali (input), neuroni interni e neuroni motori (gli output) 
collegati tra loro da sinapsi il cui valore, detto peso sinaptico, rappre-
senta la forza della connessione tra unità neuronali.  
 Il processo evolutivo parte dalla produzione di una popolazione (per 
esempio di 100) casuale di insiemi di  parametri (nel nostro caso pesi si-
naptici), ogni insieme quindi viene testato, ovvero messo dentro 
l’oggetto controllore, per un certo periodo di tempo (misurato in time 
steps) definito tempo di vita. Ogni time step prevede un ciclo di in-
put/output del robot, la relazione tra input (per es. sensori infrarossi) ed 
output (per es. motori) dipenderà dal particolare insieme di parametri 
usato. Le valutazioni del comportamento del robot vengono fatte attra-
verso una funzione di fitness che ci dice quanto è efficace il robot in un 
determinato comportamento. Una volta valutati tutti gli insiemi di pa-
rametri, che possiamo definire individui, questi vengono ordinati in ba-
se al loro punteggio, ovvero la loro fitness, i primi n individui (per e-
sempio 20) vengono allora selezionati e riprodotti in modo da riformare 
la popolazione iniziale. La riproduzione,  proprio come avviene in natu-
ra, è caratterizzata da mutazioni in modo da permettere l’emergenza di 
individui più adatti al particolare compito scelto, come per esempio 
quello dell’evitamento di ostacoli o di fuga da un predatore colorato. 
Per fare evolvere un comportamento quindi è sufficiente una conoscen-
za informatica di base. L’utente deve soltanto riportare in un apposito 
file di configurazione le caratteristiche del robot che si vuole simulare 
(al momento sono disponibili Khepera, E-puck e Lego NXT) e dopodi-
chè scegliere quale funzione di fitness utilizzare. Un utente esperto, 
comunque, ha sempre la possibilità di scrivere una sua particolare fun-
zione di fitness, ma per il resto degli utenti basterà utilizzare le funzioni 
di fitness già presenti nel simulatore. Combinandole insieme, infatti, si 
possono ottenere un serie molto vasta di comportamenti. In alternativa 
l’utente potrà sempre utilizzare un forma di selezione artificiale come 
Titolo volume 
 
 
6 
avviene in BreedBot[2], ovvero un processo di selezione diretta basata 
sull’osservazione degli individui 
 
BBot, come assemblare un robot in pochi passi 
 
Costruire un robot nell’immaginario collettivo richiede molte compe-
tenze, molto tempo e soprattutto molti soldi. La realtà, fortunatamente, 
è molto più semplice. Abbiamo cominciato col costruire una base per 
un robot dotato di due ruote, noi abbiamo progettato una base nuova 
per motivi di spazio, ma sul manuale Lego una vale l’altra. Successiva-
mente abbiamo posto sul rostro tre sensori infrarossi (DIST-Nx-Short-
v2 con un range che va da 4 a 40 cm) e una camera(NXTCam-v2). I sen-
sori infrarossi, utili per percepire gli ostacoli, sono stai posti in modo da 
coprire un angolo di 90 gradi sul rostro del robot mentre la camera è 
stata posta proprio al centro del robot. Per dare a tutto una forma più 
piacevole, infine, abbiamo coperto il tutto con una carrozzeria di vetro-
resina. A parte la vetroresina, il resto si assembla nel giro di un’ora.  
Il robot è pronto e adesso? Adesso è il momento di farlo muovere, far-
gli fare qualcosa di interessante, di divertente e di educativo ovviamen-
te.  Per fare tutto ciò ci avvalleremo della robotica evolutiva [1]. 
La robotica evolutiva applica le gli strumenti  dell’evoluzione alla robo-
tica. Come ogni essere vivente, anche il nostro BBot, avrà un suo parti-
colare codice genetico che codificherà indirettamente (attraverso una 
rete neurale) il suo repertorio comportamentale. Per testare i vari codi-
ci genetici ci avvalleremo del software Evorobot*. Attraverso Evoro-
bot*, infatti, è possibile simulare facilmente il nostro robot Lego (basta 
selezionare la corretta posizione della camera e degli infrarossi e il gio-
co è fatto). A questo punto sarà l’utente, attivando le varie funzioni di 
fitness, a selezionare i robot simulati più interessanti. Le funzioni di 
fitness servono come valutatori per attivare il processo evolutivo. I ro-
bot, infatti, vengono valutati in base a quanto sono bravi a mostrare un 
dato comportamento, per es. evitare gli ostacoli, andare verso il blue o 
scappare dal rosso etc. 
Per il nostro BBot abbiamo scelto la funzione di fitness “cattura il ros-
so”. Gli individui vengono premiati per la loro capacità di raggiungere 
un target di colore rosso. Nel giro di poche generazioni, circa 20 impie-
gando 5 minuti di un normale computer da tavolo, il nostro robot è 
pronto. A questo punto basta semplicemente scaricare il BBtot virtuale 
sul BBot reale e il gioco è fatto. 
BBot a questo punto è pronto a spiegarci come funziona l’evoluzione e 
anche come può funzionare un cervello, visto che il suo sistema di con-
Titolo capitolo 
 
7 
trollo è una rete neurale, ovvero una serie di neuroni artificiali connessi 
tra di loro, coniugando il versante educativo a quello di intrattenimento 
della robotica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.3 BBot in fase di assemblaggio 
 
 
Conclusioni 
 
La robotica di intrattenimento prima e quella educativa dopo, sono en-
trate negli ultimi anni a far parte del nostro mondo. Ancora in punta di 
piede stanno sugli scaffali dei giocattoli o nei negozi di elettronica, ma 
sicuramente nei prossimi anni avranno un maggiore impatto nelle no-
stre vite. La robotica evolutiva, unitamente all’uso di kit robotici libe-
ramente assemblabili, renderà più accessibile il mondo robotico  ai non 
professionisti del settore,  portando la robotica autonoma ad una ampia 
diffusione. I robot come Robosapien o Pleo saranno ricordati come 
semplici pupazzi animati. Grazie agli sviluppi della robotica interna [3], 
inoltre, sarà anche possibile, permettere ai robot di mostrare stati emo-
tivi che non siano semplici espressioni pre-programmate ma strettamen-
te legate all’interazione controllore-robot-ambiente. Questo che stiamo 
vivendo, per concludere, si appresta ad essere il secolo della robotica 
[4] e la robotica evolutiva potrà essere una valida interfaccia per questa 
era tecnologica permettendo a tutti di avere degli Attacchi di Robotica 
divertenti ed educativi. 
 
 
 
Titolo volume 
 
 
8 
Bibliografia 
1. Nolfi, S., Floreano, D.:  Evolutionary Robotics. The Mit Press, Cambridge 
(2000)  
2. Miglino, O., Gigliotta, O., Ponticorvo, M., Nolfi, S.: Breedbot: an 
evolutionary robotics application in digital content. The Electronic Library 
26, 363—373 (2008) 
3. Parisi, D.: Internal Robotics. Connection Scirnce, 16, 325—338 (2004) 
4. Gates, B.: A Robot in Every Home, Scientific American Magazine, January 
(2007) 


Robotics Attack!

http://puma.isti.cnr.it/rmydownload.php?filename=cnr.istc/cnr.istc/2009-B2-007/2009-B2-007.pdf

Robotics Attack!

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

PUblication MAnagement