Gianluigi Grandesso, Andrea Del Prete, HyQ Blue, Michele Focchi, Gastone Rosati Papini. Foto DII UniTrento 

Innovazione

HyQ Blue il robot amico dell’ambiente

Una collaborazione tra il Dipartimento di Ingegneria Industriale UniTrento e l’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova

18 novembre 2019
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di Andrea Del Prete e Gianluigi Grandesso
Sono, rispettivamente, ricercatore e assegnista di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Trento.

È stato soprannominato ‘mulo robot’, ma il suo vero nome è HyQ Blue, ha quattro zampe e da questa estate ha trovato casa a Trento presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale (DII). Non stiamo parlando di un animale o di un robot qualsiasi, bensì dell’avanzato robot quadrupede, progettato dal laboratorio Dynamic Legged Systems dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova, che è arrivato in Ateneo grazie a un accordo di collaborazione tra gruppi di ricerca.

L’idea di trasferire HyQ Blue a Trento è stata accolta con grande entusiasmo, tanto da spingere il nostro Dipartimento a supportare prontamente l’operazione finanziando l’acquisto del materiale necessario per l’utilizzo e la messa in sicurezza del robot. Un intero laboratorio è stato allestito ad hoc con gru a portale, paranco e pavimentazione in gomma antiurto per permettere al quadrupede di muoversi in sicurezza e testare particolari tecniche di controllo della locomozione.

Questo contagioso entusiasmo lo si comprende appieno se si considerano le forti competenze del laboratorio Dynamic Legged Systems nella progettazione e costruzione di robot quadrupedi: l’intera famiglia di robot HyQ (Hydraulic Quadruped) garantisce performance senza paragoni nel panorama nazionale dei quadrupedi idraulici e viene spesso presa come benchmark dagli altri gruppi di ricerca internazionali che lavorano in questo campo. Basti pensare all’ultimo video dimostrativo in cui un altro robot HyQ, il cui nome è Real (130 kg e 90 cm di altezza), riesce a trainare con relativa semplicità un aereo di oltre 3 tonnellate, cammina in maniera semi-autonoma (viene pilotato da un operatore) ed è in grado di adattare dinamicamente la camminata al terreno.

L’apertura dell’accordo DII-IIT riguardo le attività di ricerca è tale da lasciare al team una grande libertà di esplorazione, testando idee che emergeranno in corso d’opera. La linea guida in cui ci stiamo muovendo è quella di utilizzare tecniche di ottimizzazione numerica per sviluppare controllori “ottimi”, in modo che le capacità della piattaforma hardware vengano sfruttate al meglio.
HyQ Blue è già in grado di camminare, trottare e muoversi su terreni accidentati e con ostacoli. C’è però margine di miglioramento delle sue capacità, così da potersi avvicinare sempre più alle prestazioni necessarie per applicazioni reali. Ciò implica possedere delle spiccate capacità di reazione ai disturbi e agli imprevisti. Per raggiungere questi obiettivi verranno anche usate tecniche di Machine Learning per aiutare gli algoritmi di controllo del robot, basati sull’ottimizzazione numerica, a trovare soluzioni più velocemente. 

E quali potrebbero essere le applicazioni di HyQ? Un robot di questo genere potrebbe avere un forte impatto sulla nostra società. Nel contesto trentino ad esempio, HyQ potrebbe affiancare il Corpo Forestale nelle attività in montagna, per il trasporto di oggetti pesanti su sentieri estremamente accidentati, dove i veicoli con ruote/cingoli non riescono a muoversi. Inoltre potrebbe aiutare il Soccorso Alpino nelle operazioni di salvataggio, quando il luogo da raggiungere metterebbe a rischio la vita stessa degli operatori. Oppure ancora potrebbe essere di grande aiuto ai Vigili del Fuoco, per compiti che vanno dallo spegnimento di incendi in aree di difficile accesso alla rimozione di macerie in zone colpite da un terremoto.

In un futuro non troppo lontano, sarà il robot il migliore amico dell’ambiente?

L’idea di questo nuovo accordo tra Dipartimento di Ingegneria Industriale (DII) e Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova è frutto della pluriennale collaborazione di ricerca tra Andrea Del Prete con Michele Focchi e Claudio Semini, rispettivamente ricercatore e responsabile del Dynamic Legged Systems Lab (DLS Lab) di IIT.
HyQ Blue verrà utilizzato anche nell’ambito del progetto europeo Horizon 2020 “Memmo”, al quale Andrea Del Prete partecipa assieme allo studente di dottorato Luca Olivieri e che coinvolge altri enti come CNRS, Max-Planck Institute, le Università di Oxford e di Edimburgo e IDIAP. Inoltre, il robot sarà usato come piattaforma di validazione degli algoritmi sviluppati in varie attività di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Industriale.


HyQ Blue: the environment friendly robot

A collaboration between the Department di Industrial Engineering of UniTrento and the Italian Institute of Technology in Genova

by Andrea Del Prete and Gianluigi Grandesso
respectively, researcher and postdoc researcher at the Department of Industrial Engineering of the University of Trento.

Last summer, the four-legged HyQ Blue, aka the "robot mule", found a new home in Trento, at the Department of Industrial Engineering (DII). This is not just any robot nor an animal, but a high-tech quadruped designed by the Dynamic Legged Systems Laboratory of the Italian Institute of Technology (IIT) in Genova that arrived to Trento in the framework of a research collaboration agreement.

The idea of moving HyQ Blue to Trento was very well received and our department embraced the project enthusiastically by deciding to fund the purchase of the equipment required to use the robot and keep it in a safe environment. An entire laboratory was set up for that purpose and equipped with hoist, gantry crane, shock absorbing rubber flooring so that the quadruped is free to move around safely and the researchers can test locomotion control techniques.

It is easy to share the enthusiasm of the Dynamic Legged Systems Laboratory, whose members are skilled in the design and construction of four-legged robots: the entire family of HyQ robots offers unparalleled performances at the national level in the sector of hydraulic quadruped robots and it is often used as a benchmark by international research teams in the robotics field. See for yourselves what they are capable of doing in the demonstration video in which Real, a HyQ robot weighting 130 kg and 90 cm tall, easily pulls a 3-tonne plane, takes a semi-autonomous walk (controlled by an operator) and adapts its step to the type of terrain.

The terms of the collaboration agreement between DII and IIT give the research team the freedom to explore different directions in research, discussing ideas as they emerge. As researchers we are currently working on numerical optimization techniques to develop "optimal" controllers for the best possible use of the potentialities of the hardware platform.
HyQ Blue can already walk, trot, move on uneven terrain and avoid obstacles. There is however still room for improvement at the skills level, to move forward to real life applications. This means enhancing the robot's abilities in responding to disturbances and unpredictable events. In the next phase, machine learning techniques will also be used, among others, to speed up the robot's control algorithms, which are based on numerical optimization, to find solutions faster. 

What are the possible applications of HyQ? Robots of this kind can make a difference in our society. In Trentino, for example, HyQ could be used by the Forest Service for mountain work, to transport heavy loads on rough trails, where wheeled/tracked vehicles are unable to operate. It could also be used by the Mountain Rescue Service in its missions, to avoid risks associated with dangerous terrain. Or it could be used by the Fire Department for different tasks, to help extinguish fires or access rubble following an earthquake.

In the near future, will a robot be the environment's best friend?

The agreement between the Department of Industrial Engineering (DII) and the Italian Institute of Technology (IIT) in Genova is the result of the long research collaboration between Andrea Del Prete, and Michele Focchi and Claudio Semini, respectively researcher and head of the Dynamic Legged Systems Lab (DLS Lab) at the IIT. 
HyQ Blue will also be used within the European H2020 project Memmo, to which Andrea Del Prete participates with Luca Olivieri, PhD candidate, and a number of other partners, including CNRS, Max-Planck Institute, the Universities of Oxford and Edinburgh, IDIAP. The robot will also serve as a validation platform for the algorithms developed through other research activities at the Department of Industrial Engineering.

[Traduzione Paola Bonadiman]