Converging technologies from the IT perspective
Bruno Siciliano, University of Naples Federico II
Le tecnologie dell’informazione
La diffusione sempre più rapida delle tecnologie digitali in tutte le attività umane è il fenomeno che meglio caratterizza il XXI secolo. Il computer, nato come strumento di calcolo, è diventato, grazie a Internet, strumento di comunicazione. Nel 1982 la rivista Time dedicava la propria copertina al computer per la sua “grande influenza nella nostra vita quotidiana” assegnando per la prima volta la qualifica di soggetto dell’anno a una “macchina” invece che a una persona. Con quella immagine iconografica, il progresso tecnologico ancor prima dell’avvento di Internet prometteva in qualche modo di rivoluzionare la vita dell’individuo e della collettività, una previsione di fatto realizzata e potenziata dallo sviluppo dell’AI (Intelligenza Artificiale). Con la convergenza e l’integrazione fra gli strumenti digitali e le tecniche di trattamento dei dati, siamo passati a una nuova era tecnologica, quella dell’IT (Information Technology), definita come quelle tecnologie utilizzate nel trattamento dell’informazione, cioè nei processi di acquisizione, elaborazione, archiviazione e invio delle informazioni.
Il termine IT può essere inglobato all’interno del termine ICT (Information and Communication Technology) con cui indichiamo la fusione delle tecnologie dell’informazione con le tecnologie della comunicazione: l’informazione non è elaborata da macchine stand-alone sistemi capaci di funzionare da soli o in maniera indipendente da altri sistemi con cui potrebbero interagire ma viene elaborata in più sedi e scambiata nell’ambito della rete.
L’ICT definisce l’insieme delle tecnologie che consentono di elaborare e comunicare l’informazione attraverso mezzi digitali. Rientrano in quest’ambito lo studio, la progettazione, lo sviluppo, la realizzazione, il supporto e la gestione dei sistemi informativi e di telecomunicazione, anche con attenzione alle applicazioni software e ai componenti hardware che le ospitano. Il fine ultimo dell’ICT è la manipolazione dei dati informativi tramite conversione, immagazzinamento, protezione, trasmissione e recupero sicuro delle informazioni.
Automazione e Robotica
Le tecnologie digitali sono entrate negli anni sessanta nella progettazione e produzione industriale. Sono le macchine utensili a controllo numerico, nelle quali un software guida la lavorazione che la macchina intelligente esegue per ottenere il prodotto richiesto. L’obiettivo dell’automazione industriale è quello di realizzare un nuovo modo di concepire e sviluppare la produzione, integrando la fabbricazione con il sistema informativo gestionale e le altre funzioni aziendali, come l’adattamento del prodotto alle richieste del cliente.
La Robotica è una diramazione dell’automazione industriale. I primi robot sono stati ampiamente utilizzati nell’industria a partire da quel decennio. I primi automi costellano una storia antica, dal medioevo cristiano e arabo al rinascimento italiano, con gli ingegnosi progetti di Leonardo da Vinci, fino al fiorire nel diciottesimo secolo in Europa e Asia di creazioni come la famiglia di androidi di Jaquet-Droz e le bambole meccaniche karakuri-ningyo. La dimensione ludica degli automi affondava le radici in una conoscenza tecnica di frontiera per l’epoca. Nel periodo industriale, con il prevalere del concetto di utilità delle macchine su ogni altra funzione, le mirabilie di questi automi da considerarsi come i genitori dei moderni robot diventano un ricordo di epoche passate.
Il termine robot, di origine slava e sinonimo di lavoro subordinato, nasce dalle pagine dello scrittore ceco Karel Čapek nel dramma R.U.R. (Rossum’s Universal Robots) del 1920 per indicare una macchina antropomorfa progettata e costruita con materiale organico per alleviare le fatiche degli umani. Vent’anni dopo, siamo nel 1940, l’immagine del robot cambia diventando un artefatto meccanico con lo scrittore russo Isaac Asimov. I principali fattori che ne hanno determinato la diffusione nell’industria manifatturiera, in particolar modo quella automobilistica, sono stati la riduzione dei costi di produzione, l’aumento della produttività, il miglioramento degli standard di qualità dei prodotti e, non ultima, la possibilità di eliminare compiti dannosi o ripetitivi per l’operatore.
Rispetto al passato, oggi, le azioni del robot non sono più una sequenza prestabilita di movimenti, ma sono eseguite in maniera automatica grazie a un sistema di controllo che governa il moto in relazione a ciò che avviene nell’ambiente. Da qui, la definizione comunemente accettata dal 1980 a oggi secondo cui la Robotica è la “connessione intelligente tra percezione e azione” con una dimensione cognitiva, in relazione alla possibilità di decisione e pianificazione delle azioni da svolgere; una dimensione sensoriale, intesa come conoscenza della realtà attraverso l’analisi di dati; infine, una dimensione attuativa con le azioni da compiere per raggiungere lo scopo desiderato.
L’azione è offerta da un sistema meccanico dotato di organi di locomozione per muoversi (ruote, cingoli, gambe meccaniche) e/o di organi di manipolazione per intervenire sugli oggetti presenti nell’ambiente circostante (braccia meccaniche, mani artificiali, utensili). La percezione è affidata a un sistema sensoriale in grado di acquisire informazioni sul sistema meccanico e sull'ambiente (sensori di posizione, telecamere, sensori di forza e tattili). La connessione intelligente è affidata a un sistema di controllo che governa il moto in relazione a ciò che avviene nell’ambiente, secondo lo stesso principio del feedback (retroazione) che regola le funzioni del corpo umano.
La grande sfida: mente vs corpo
Il ben noto paradosso di Moravec è la scoperta, da parte dei ricercatori di AI e Robotica, che, contrariamente alle supposizioni tradizionali per un computer, una capacità di ragionamento di alto livello richiede risorse di calcolo modeste, mentre un basso livello di capacità senso-motorie richiede enormi risorse di calcolo: è relativamente facile fare sì che i computer abbiano prestazioni paragonabili a quelle degli adulti nei test d’intelligenza o giocando a dama, ma è impossibile attribuirgli le capacità percettive e motorie di un bambino di un anno
Un modo ampiamente adottato per visualizzare l’importanza dei sensi umani è il così detto cortical homunculus, che è una rappresentazione particolare del corpo umano basata su una mappa neurologica delle aree e proporzioni del cervello umano dedicate a processare le funzioni motorie, o funzioni sensoriali, per differenti parti del corpo. L’homunculus sensoriale rivela che il senso del tatto nelle mani è quello più sviluppato nell’essere umano. Parlando di mani e intelligenza, questa dicotomia ha profonde radici filosofiche. Secondo Anassagora, l’uomo è il più intelligente degli animali perché ha le mani, mentre Aristotele afferma che l’uomo ha le mani perché è il più intelligente. Un bambino impara ad afferrare un giocattolo con il suo cervello (intelligenza), ma anche meccanicamente usando la struttura muscoloscheletrica della sua mano. Questo concetto è chiamato embodiment che ha condotto alla teoria della embodied cognition. Sulla stessa scia è il paradigma che motiva le capacità dell’artigiano secondo cui il lavoro della mano informa il lavoro della mente.
Sulla base di questo paradigma, i robot da macchine statiche e ripetitive diventano agenti autonomi e mobili, con capacità di apprendimento e adeguamento all’ambiente. Non solo menti e sensori come nell’AI, con cui spesso la Robotica viene erroneamente identificata, ma anche corpi meccanici in grado di intervenire nel mondo reale che può essere un ambiente umano (per i robot sociali), una strada cittadina (per un veicolo a guida autonoma), una casa di cura o un ospedale (per un robot che si occupa di assistenza o di vita assistita), o un luogo di lavoro (per un robot compagno di lavoro).
Le tecnologie dell’interazione
Siamo protagonisti di una rivoluzione tecnologica in cui la Robotica è destinata ad avere un ruolo trainante per una nuova generazione di dispositivi autonomi che, attraverso la capacità di apprendimento, potranno collaborare con l’uomo e interagire con l’ambiente esterno. Da qui il neologismo “tecnologie dell’interazione” IAT (InterAction Technology) introdotto per spiegare come la convergenza fra Robotica e AI ci proietterà verso una nuova generazione di dispositivi intelligenti che saranno l'anello mancante tra il mondo digitale e quello fisico. In questo senso, l’IAT rappresenta la naturale evoluzione dell'ICT e pone le basi verso una vera e propria simbiosi tra uomo e macchina grazie a una tecnologia sempre più intuitiva, che permetterà di utilizzare i robot con la stessa facilità con cui oggi utilizziamo i comuni device
Se prima i robot erano confinati per motivi di sicurezza in spazi lontani dall’uomo, nelle fabbriche di nuova generazione sono diventati di fatto cobot, che cooperano insieme al lavoratore in modo sicuro e affidabile, o sono dotati di autonomia per spostarsi e lavorare anche in presenza di incertezza e variabilità
dell’ambiente. Avremo una tecnologia in grado di rivoluzionare non solo l’approccio produttivo, ma anche del vivere quotidiano. Riduzione dei rischi e della fatica da lavoro, miglioramento dei processi produttivi di beni materiali e della loro sostenibilità, sicurezza, efficienza e riduzione dell’impatto ambientale dovuto al trasporto di persone e beni, assistenza fisica a disabili o anziani, progresso delle tecniche diagnostiche e chirurgiche sono tutti esempi in cui le nuove tecnologie dell’interazione potranno essere uno strumento al servizio dell’uomo.
Dall’Internet delle cose all’Internet delle abilità
A favorire l’efficienza dei sistemi robotici contribuirà anche il 5G, che aprirà la strada a una nuova generazione di robot controllati tramite comunicazione wireless e dotati allo stesso tempo di nuove risorse di elaborazione e archiviazione dei dati tramite cloud. I robot che nel prossimo futuro opereranno in ambienti coabitati dagli esseri umani dovranno avere la capacità di interagire, prendere decisioni e reagire in maniera flessibile agli imprevisti. Per fare ciò il robot deve poter sondare l’ambiente e acquisire consapevolezza di ciò che lo circonda. Migliorare le capacità sensoriali e di elaborazione delle informazioni provenienti dall’esterno è fondamentale e ciò sarà possibile mediante l’utilizzo di sensori esterocettivi come sensori di distanza, di visione e di contatto che dovranno essere sempre più sofisticati. Le tecniche di elaborazione di immagini e del suono basate sull’apprendimento (deep learning) hanno incrementato la necessità di disporre di risorse computazionali spinte. Anche se la capacità di calcolo e la miniaturizzazione dei processori è migliorata negli ultimi anni, non si può pensare di alloggiare in un robot tutta la capacità di calcolo necessaria. Poter connettere un robot tramite una connessione wireless con uno o più computer esterni rappresenta una ricchezza enorme che può aprire le porte a una nuova generazione di robot con caratteristiche di autonomia, sicurezza e affidabilità che non hanno precedenti. Ciò premesso, affinché un robot funzioni correttamente, è necessario che la connessione consenta di trasferire un elevato numero di dati al secondo e che il tempo impiegato per trasferire i dati sia sufficientemente piccolo e soprattutto predicibile, ovvero a latenza costante.
Con il 5G, in prospettiva i robot potranno essere controllati dinamicamente in tempo reale ed essere collegati con le persone e le macchine sia a livello locale sia globale. Si comprende, quindi, come l’Internet delle cose IoT (Internet of Things) potrà essere superato dall’Internet delle abilità IoS (Internet of Skills), un “internet tattile” per consentire un’esperienza fisica da remoto attraverso dispositivi aptici che si coniughino con le abilità, per esempio, dell’operatore di droni o del chirurgo alle prese con un intervento eseguito tramite un sistema robotico a distanza.
In definitiva, il nuovo paradigma di compenetrazione tra l’emulazione del gemello digitale e l’operatività della realtà fisica (phygital twin) ridisegna in modo straordinario non solo l’ambito industriale ma promette di incidere anche in altri ambiti di applicazione: agroalimentare, medico-sanitario, mobilità urbana, ambienti ostili o poco strutturati.
La roboetica
Quanto descritto appartiene a una dimensione futura verso cui il mondo della ricerca si sta dirigendo. Ma la promessa di pervasività dei robot e delle macchine intelligenti nella nostra società non può non rimandare a una diversa gamma di problemi etici e dilemmi morali su cui tutti noi dobbiamo riflettere, come scienziati e come uomini. Quale sarà l’impatto sociale in termini di mercato del lavoro se l’uso del progresso della Robotica e dell’AI concentrerà ulteriormente il potere e la ricchezza nelle mani di pochi? In termini psicologici, quali saranno le ricadute che potrebbero derivare dalle relazioni uomo‒robot? Come possiamo affrontare la dipendenza rispetto a tali strumenti? In termini legali, dovremmo considerare se i robot meritino di essere riconosciuti come “persone” e quali siano le implicazioni legali e morali di questa scelta. Le domande sono tante e vanno poste a partire però dall’assunto che l’uomo è un “soggetto tecnico” e si è sempre dotato di strumenti di libertà e liberazione con cui si è potuto evolvere. Nel futuro Robotica e AI saranno due strumenti con un alto gradiente di sviluppo, e pertanto va da sé che dovrà essere aperta una profonda riflessione sui vincoli che andranno posti al progresso, perché la tecnologia non diventi pericolosa e alienante ma, al pari della politica e dell’economia, si faccia carico e abbia sempre in vista i bisogni e la centralità dell’uomo nel suo divenire.
L’antropizzazione dei robot non potrà prescindere dalla risoluzione di quelle problematiche etiche, legali, sociologiche, economiche (ELSE) che sinora ne hanno rallentato la diffusione nella nostra società. La robotica italiana è stata la culla delle riflessioni su tali problematiche e in Italia è nato il termine Roboetica per indicare l’etica applicata alla Robotica, in occasione di un simposio internazionale in cui filosofi, giuristi, sociologi, economisti insieme alla comunità robotica, hanno gettato le basi di un’etica della progettazione, realizzazione e impiego dei robot. Un’occasione rilevatasi determinante per creare la consapevolezza della necessità di tale etica e che in prospettiva è essenziale per far fronte alla transizione digitale.
La roboetica si occupa in prima battuta di una serie di questioni legate alla diffusione crescente dei robot nella società, in particolar modo il doppio uso della tecnologia (virtuoso o dannoso), l’impatto sul mercato del lavoro, sulla psicologia delle persone, sull’ambiente, il digital divide tra regioni ricche e povere del mondo, il problema della dipendenza dalla tecnologia, intesa come dipendenza personale e dipendenza sociale. La roboetica è in questo senso un’etica umana che tratta i robot come macchine e ne discute il ruolo sociale.
A un livello successivo e in un ambito più strettamente di interazione uomo‒robot, entra in campo il concetto di autonomia e responsabilità delle azioni del sistema robotico. La crescente capacità dei robot di eseguire azioni autonome e compiti complessi solleva problemi di responsabilità e di accettabilità in un'ampia gamma di applicazioni. In alcuni ambiti militari, industriali e di servizio, le analisi critiche di questi problemi sono per lo più orientate allo sviluppo di politiche etiche che richiedono un controllo sostanziale dell’uomo MHC (Meaningful Human Control) su robot autonomi per cui gli esseri umani, e non le macchine e i loro algoritmi, dovrebbero in ultima analisi mantenere il controllo, e quindi la responsabilità morale, delle decisioni rilevanti che impattano sull’uomo. Più in generale, possiamo dire che sviluppare l’autonomia crescente dei sistemi robotici in armonia con l’autonomia morale e l’assunzione di responsabilità degli esseri umani è una delle grandi sfide tecnologiche e, allo stesso tempo, etiche del nostro tempo.
La disoccupazione tecnologica
La Robotica si pone naturalmente all’intersezione delle transizioni che le società evolute si apprestano ad affrontare, sia quelle motivate da una accresciuta consapevolezza delle nuove problematiche economiche, naturali e sociali, sia quelle motivate dal CoViD-19, che ha suscitato profondi cambiamenti dello stile di vita in tutto il mondo. L’intreccio di queste transizioni si presenta, a una prima osservazione, come un rompicapo irresolubile, tante sono le variabili e i vincoli presenti, e ciascuna transizione non può essere affrontata indipendentemente dalle altre, a causa delle forti correlazioni che esistono. Occorrono quindi soluzioni che possano affrontare queste transizioni in modo sistemico, creando benessere fisico, economico e ambientale per la società nel suo insieme in modo democratico e solidale.
Si legge spesso nei media che l’AI e la Robotica sono le cause principali della disoccupazione tecnologica. Diversi studi recentemente si sono focalizzati sul futuro dell’automazione nei prossimi 5‒10 anni, un futuro in cui i robot e i computer saranno capaci di fare molti lavori che attualmente sono svolti dagli uomini. A tale proposito bisogna fare una distinzione tra compito e lavoro. L’automazione si presenterà come modalità per svolgere degli incarichi piuttosto che per rimpiazzare completamente un lavoro. Si prevede che l’AI e le tecniche delle macchine ad apprendimento svolgeranno mansioni di più basso livello mentre l’uomo potrà passare più tempo a occuparsi di compiti di più alto grado. Quindi, lavori come quello dei portinai, degli addetti alle autorizzazioni di credito e alle commissioni, sono a rischio, poiché i loro compiti saranno presto rimpiazzati dai computer. Dall’altra parte, lavori come gli autisti di camion e i lavoratori nel campo della sanità sono più al sicuro dall’automazione. Questi lavoratori devono essere capaci di rispondere a condizioni che mutano costantemente e ciò rende più difficile ai robot gestire i loro lavori. Riguardo agli autisti di camion, le norme ancora richiedono che ci sia comunque una persona a bordo, anche se non è previsto il conducente in senso tradizionale. Nel sistema sanitario, i robot potranno aiutare gli operatori a svolgere i loro lavori più efficientemente, ma non li rimpiazzeranno. In prospettiva, si può dire che i lavori che richiedono incarichi cognitivi noiosi o compiti fisici ripetitivi e pericolosi saranno smantellati dall’automazione grazie alla diffusa adozione di AI e tecnologia robotica per rimpiazzare gli umani, mentre lavori che richiedono compiti cognitivi impegnativi o incarichi fisici non strutturati saranno idoneamente riprogettati con la progressiva introduzione delle AI e tecnologia robotica per assistere gli umani.
Verso un umanesimo tecnologico
La nuova generazione di robot collaborerà attivamente con gli uomini; al di là dell’agilità, necessaria per un’efficace manipolazione, alcune capacità strategiche sembrano essere sicurezza, affidabilità ed estetica, necessarie per una efficace interazione uomo‒macchina.
La sicurezza è di fondamentale importanza affinché il robot possa reagire e imparare dagli stimoli provenienti dall’ambiente con cui interagisce. La prima e ovvia preoccupazione rispetto alla sicurezza dei robot riguarda il possibile danno dovuto a uno scontro indesiderato tra uomo e macchina. Per danno si intende normalmente una lesione fisica o un danno alla salute delle persone, o anche a una proprietà o all’ambiente dove per proprietà è incluso il robot stesso. La quantificazione del danno, e quindi della sicurezza di un sistema robotico, passa attraverso opportune analisi biomeccaniche sul contatto uomo‒robot.
L’affidabilità è definita come la capacità di svolgere un compito in una maniera di cui ci si possa legittimamente fidare. Per evitare che i fallimenti siano più frequenti e gravi di quanto ammissibile, l’affidabilità propone quattro strumenti: prevenzione, rimozione, previsione dell’errore e tolleranza a esso. Riguardo all’estetica, l’apparenza di un robot e il suo modo di interagire con gli uomini è di fondamentale importanza. Fino a qualche anno fa era chiaramente evidente l’asimmetria tra le prestazioni solitamente eccellenti dei robot industriali e i loro corpi brutti e disarmonici, con modi rozzi e movimenti potenzialmente pericolosi per l’ambiente umano. Oggi che i robot stanno iniziando a essere parte integrante delle nostre vite, devono essere esteticamente apprezzabili. Un robot progettato in collaborazione con artisti, designer e architetti può essere tanto armonioso e bello quanto una macchina biologica attraverso un microscopio elettronico anche un moscerino mostra la sua straordinaria simmetria e bellezza e può essere tanto armonioso e bello quanto un lavoro di arte plastica, che a sua volta può esserlo quanto la natura che lo ha ispirato, se non di più. In questo scenario dovrebbe essere chiaro il ruolo chiave del design rispetto alle tecnologie robotiche nel loro diventare parte della nostra vita quotidiana e nel modificarle essenzialmente secondo modalità responsabili e benefiche. Sono i designer che danno forma alle interfacce tra uomini e macchine e, di conseguenza, contribuiscono a rendere i robot tanto diffusi quanto i computer e gli smartphone.
Siamo protagonisti di una rivoluzione tecnologica che porta con sé una straordinaria connettività tra uomini e macchine da cui derivano nuovi linguaggi, modi di conoscere, lavorare e partecipare alla vita collettiva, e che può tramutarsi in una spinta nuova: quella di affermare la caratteristica meno artificiale del nostro mondo: la nostra umanità.