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La “Robotica di servizio” comprende la gamma vasta ed emergente di robot e droni applicabili a molti settori, dalla sanità all’agricoltura, alla sorveglianza; questi robot e droni hanno grande vantaggio dall’utilizzare la capacità elaborativa del Cloud e dell’Edge per compiere le attività assegnategli, grazie anche alle reti a bassa latenza ed alta banda quale il 5G. TIM è attiva con una piattaforma di Cloud Robotics, che permette di astrarre per varie categorie di robot e droni le funzionalità in Cloud e massimizzare riuso e valore.

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Piattaforme Cloud Robotics

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La Cloud Robotics, definizione ed evoluzioni

Il termine Cloud Robotics nasce nel 2010 (Google, James Kuffner) come campo della robotica che sfrutta tecnologie quali la cloud computing, il cloud storage e altre tecnologie Internet per condividere risorse fra robot ed esseri umani. La Cloud Robotics può essere definita attraverso tre aspetti fondamentali che la contraddistinguono:

  • processamento remoto: quando connessi al cloud, i robot possono trarre vantaggio da potenti risorse di calcolo centralizzate;
  • astrazione dell’hardware: Il robot viene tipicamente astratto attraverso un’interfaccia software che può essere spostata in cloud;
  • condivisione delle informazioni: i robot connessi al cloud possono condividere le informazioni che altri robot hanno reso disponibili.

L’evoluzione della Cloud Robotics è passata attraverso molteplici progetti che hanno gettato le basi per le attuali implemen tazioni.

RoboEarth e Rapyuta

I primi vagiti della cloud robotics sono emessi dal progetto europeo RoboEarth [1]. L’obiettivo del progetto era la condivisione di esperienze fra robot, attraverso sistemi avanzati di apprendimento con l’intento di creare un database centralizzato per la “Knowhow shared” fra robot. Basato sulla stessa piattaforma di RoboEarth, prende forma durante il progetto, Rapyuta [2], un framework opensource in cui viene proposta per la prima volta l’idea che ogni robot possa essere connesso ad un proprio “clone” in rete che sfrutti la tecnologia di cloud computing e permetta l’interoperatività fra i diversi robot.

Amazon Web Services e Google

Nel settore della cloud robotics si sono affacciati negli ultimi anni anche due colossi, AWS e Google. AWS ha lanciato due soluzioni per costruire, testare e distribuire robot con il cloud: “RoboMaker” [3], servizio di simulazione robotica basato su cloud e “IoT RoboRunner” [4], l’infrastruttura per l’integrazione di flotte di robot con i sistemi di gestione robot. Anche Google si muove nel campo della cloud robotics, con la piattaforma Google Cloud Robotics Core [5], soluzione open-source che fornisce un’infrastruttura per abilitare servizi di gestione flotte robot per soluzioni di business automation. In questo scenario, TIM può giocare un ruolo centrale nella fornitura di soluzioni robotiche per i vari stakeholder di riferimento sia garantendo una rete performante che possa fornire gli adeguati livelli di sicurezza, di bassa latenza e di affidabilità della comunicazione basata sul 5G e l’EDGE Cloud, sia predisponendo nuove soluzioni digitali basate sulla piattaforma di Cloud Robotics sviluppata internamente, la Cloud Robotics Infrastructure (CRI).

La Piattaforma Cloud Robotics di TIM

La Cloud Robotics Infrastructure (CRI) è una piattaforma di TIM che permette di gestire, connettere e far comunicare attraverso la rete flotte di robot di tipologia diversa tra loro (droni, robot terrestri, rover, ...), astraendone le funzionalità specifiche e permettendone l’utilizzo anche coordinato in differenti scenari e use case. La CRI TIM è una piattaforma cloud orizzontale dove i robot di servizio si connettono alla rete radiomobile per realizzare i compiti assegnati, sfruttando funzionalità, risorse e algoritmi intelligenti messi a disposizione in cloud e non gestibili a bordo del robot stesso. L’intelligenza in cloud abilita l’integrazione con enabler/capability/meta piattaforme interne TIM: Video Analysis, Localizzazione, IoT, API Gateway, …
La piattaforma fa leva sullo standard de facto ROS (Robot Operating System) per disaccoppiare l’hardware del robot dalle applicazioni che ne fanno uso permettendo, ad esempio, di orchestrare e supervisionare da remoto robot eterogenei e distribuiti in luoghi diversi che potranno condividere dati, esperienze e informazioni. La soluzione rappresenta la base per ulteriori applicativi verticali sviluppati o integrati su essa per abilitare use case differenti. Nella prima fase è stato sviluppato un servizio d’ispezione e pattugliamento remoto.

Architettura HLD della CRI di TIM

La piattaforma è costituita da una serie di microservizi dispiegati in cloud ed è concettualmente suddivisa in due layer:

  • Layer CRI base: astrae le specificità dei singoli robot, rendendoli disponibili alle applicazioni come entità digitali (Digital Twin); le principali componenti software messe a disposizione sono: connessione robot, provisioning Robot, lista Robot connessi (tele-monitoraggio e tele-gestione robot);
  • Layer applicativo dei servizi: sono applicazioni che sfruttano i servizi offerti dalla CRI base per esporre funzionalità e servizi verticali all’utente finale (es Drone Patrolling, UTM Enterprise1, ...).

(1) UTM: Unmanned Aerial Vehicles Traffic Management, ovvero controllo traffico “droni”

Le funzionalità esposte dalla CRI (live streaming delle camere dei robot, telemetria dei robot, missioni, ...) sono accessibili all’utente tramite Web App. Come mostrato in Fig.1 i singoli robot si connettono alla piattaforma attraverso robot connector sviluppati e distribuiti sui robot stessi e/o su dispositivi ad essi connessi (smartphone/tablet).

Figura 1: Architettura della Cloud Robotics Infrastructure

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Funzionalità per abilitare servizi con logica RaaS (Robotic as a Service)

La piattaforma viene messa a disposizione dei clienti come Software as a Service (SaaS) al fine di ridurre il costo e l’effort d’inserimento delle tecnologie robotiche per le aziende, spostando la complessità all’interno delle soluzioni TIM (Robotic as a Service). È stata progettata in logica multi tenant per garantire la sicurezza e la privacy dei dati di ogni singolo cliente. Il design orizzontale della CRI TIM offre un ambiente attrattivo e flessibile per partnerdi settore con cui sviluppare soluzioni verticali che indirizzano differenti use case. A dare valore complessivo all’ecosistema robotico contribuisce anche l’adozione di 5G ed Edge Cloud, abilitatori chiave per servizi a bassa latenza che potranno essere integrati sulla CRI in logica RaaS (Robotic as a Service).

Sperimentazioni Innovative di TIM sulla Robotica connessa

Tra le attività svolte da TIM per sperimentare nuovi scenari di servizio basati sulle sue piattaforme digitali, di seguito se ne riportano due che sfruttano la CRI e hanno permesso di valutare l’applicabilità e utilità anche sociale della robotica di servizio.

Tutela del territorio con l’uso di droni

TIM ha realizzato una sperimentazione sul fiume Po a Torino con l’obiettivo di validare un nuovo strumento, basato sull’uso di droni connessi alla CRI, per migliorare la gestione strategica del rischio connesso alla possibile esondazione del fiume. TIM ha infatti sviluppato, in collaborazione con il partner Seikey, una soluzione innovativa di simulazione degli effetti del passaggio di un ’onda di piena. Grazie ad un’accurata modellazione geospaziale e idraulica ottenuta con l’impiego di un drone attrezzato con un lidar aviotrasportato, è stato possibile creare delle simulazioni, prevedendo quali zone adiacenti siano in pericolo e identificando quali aree potrebbero essere interessate da eventuali inondazioni, soprattutto in corrispondenza degli affluenti e dei ponti. Durante la sperimentazione il drone connesso alla CRI mediante la rete radiomobile di TIM inviava i flussi video live alla Control Room remota dove gli esperti potevano interagire col pilota per indirizzare correttamente e in modo più specifico e dettagliato l’acquisizione delle immagini raccolte (Fig.2).

Figura 2: Overview dell’architettura utilizzata nella Sperimentazione

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Double Robotics per il settore museale

L’obiettivo principale di questo use case, realizzato nell’ambito del progetto europeo Horizon2020 - 5G-TOURS, è stato quello di fornire la possibilità al robot “Double3” della Double Robotics situato all’interno di un museo di essere controllato da un utente remoto sfruttando la connessione alla CRI attraverso una rete 5G. L’utilizzo dei robot di telepresenza nel settore turistico apre diverse possibilità per estendere la fruibilità dei musei nel tempo e nello spazio. Nel progetto si è deciso di mostrare le sue potenzialità con tre casi d’uso particolari:

  • Visita Remota a luoghi inaccessibili;
  • Esperienza di “Gamification” - la Caccia al Tesoro;
  • Telesorveglianza.

Per questi casi d’uso sono state realizzate varie sperimentazioni aperte al pubblico nei musei Torinesi di Palazzo Madama e della GAM (Fig.3), per dimostrare le potenzialità del sistema e per raccogliere i feedback dei visitatori per il miglioramento dell’esperienza offerta.

Figura 3: Robot Double3 durante la sperimentazione 5G-TOURS

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Soluzioni robotiche per il mercato

TIM ha arricchito il proprio ecosistema di servizi con Soluzioni robotiche e droni, pilotate a vista o in BVLOS connesse in 4G/5G alla piattaforma Cloud Robotics Infrastructure, in quanto abilitatori di nuovi scenari di business negli ambiti più diversi, dal Turismo all’Agricoltura di precisione, dal Monitoraggio del territorio alle Ispezioni di Infrastrutture.
Vediamone alcuni.

Valorizzazione del territorio e promozione turistica

Foto e riprese di punti di interesse artistico, turistico e naturalistico realizzate da droni, sono integrati a servizi turistici con l’obiettivo di incrementare appealing e visibilità sul web e pagine social dei luoghi ripresi, o a servizi predittivi a supporto della pianificazione di opere di restauro dei beni artistici.

Agricoltura di precisione

La soluzione si avvale dell’utilizzo di droni, equipaggiati con camera multispettrale, per determinare lo stato di salute di un’area agricola basandosi sulle immagini elaborate sotto forma di mappa NDVI correlate ai dati provenienti dalla sensoristica di campo ed all’analisi professionale di un agronomo. Il report prodotto fornisce indicazioni sulle aree risultate “sofferenti” e a rischio patologie, aiutando così l’imprenditore agricolo nel decidere quando e dove intervenire in modo mirato.

Tutela del territorio e analisi del rischio idrogeologico

La soluzione consente il monitoraggio e l’analisi di aree geograf iche esposte a rischio geologico (frane in terra, caduta massi) ed idraulico (piene fluviali, allagamenti urbani, colate detritiche) a scopo di simulazione, prevenzione e mitigazione dei rischi avvalendosi di un’analisi basata su banche dati pubbliche e rilievi Lidar effettuati da droni equipaggiati con laser scanner e collegati alla CRI. Quanto raccolto può essere utilizzato dal SW di simulazione 3D per una visione immersiva degli effetti sul territorio di eventi naturali.

Monitoraggio delle infrastrutture

L’impiego di droni e della tecnologia 5G fornisce una dettagliata ed immediata visibilità dei parametri strutturali più significativi dell’infrastruttura, con la possibilità di confrontare i dati raccolti con analisi pregresse, in modo da determinare eventuali danni causati da deterioramento o eventi naturali.
Significativa in quest’ambito l’esperienza maturata da TIM con il progetto 5G Smart G (Fig.4), la sperimentazione su tecnologia 5G finalizzata al controllo delle infrastrutture stradali nell’area territoriale di Genova, con lo scopo di migliorare la mobilità e la sicurezza stradale.

Figura 4: Rilievo del Ponte Palleggiati (Comune di Busalla)

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Sorveglianza/Ispezione di aree estese o pericolose

Servizio che si avvale di azioni congiunte Drone-robot terrestre con immagini inviate in tempo reale ad una centrale operativa.

Conclusioni

L’avvento della robotica di servizio in combinazione con le nuove reti radiomobili 5G-EDGE porterà a una rapida innovazioneche ha il potenziale per migliorare notevolmente l’esperienza del cliente, la qualità del servizio e la produttività allo stesso tempo. Molte filiere hanno bisogno di riadattarsi alle nuove esigenze per abbattere sempre di più i costi, elevare l’efficienza e assicurare qualità sempre maggiori. L’evoluzione della Robotica di servizio necessita quindi di partnership fra diversi attori che spaziano dai costruttori di robot agli operatori di telecomunicazioni, al mondo industriale ed Enti locali. Essendo i robot “oggetti mobili” possono operare attivamente nell’ambiente, anche con algoritmi di AI e logiche autonome in Cloud Computing, e pertanto è sempre più importante quanto auspicabile una proficua collaborazione con i vari Enti normativi Nazionali ed Europei.

Acronimi

AGV     Automated Guided Vehicle

API     Application Programming Interface

AWS     Amazon Web Service

BVLOS     Beyond Visual Line of Sight

CRI     Cloud Robotics Infrastructure

DDS     Data Distribution Service

EOL     End Of Life

GAM     Galleria Civica d'Arte Moderna e Contemporanea

GCP     Google Cloud Platform

IoT     Internet of things

LAN     Local Area Network

LXC     Linux container

NDVI     Normalized difference vegetation index

QoS     Quality of Service

ROS     Robot Operating System

SW     Software

UTM     Unmanned Traffic Management

WMS     Warehouse Management System