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Immagine del redattoreAndrea Viliotti

Digitizing Touch: La nuova frontiera del tocco digitale

La tecnologia del tocco digitale ha raggiunto un significativo avanzamento grazie a Digit 360, una piattaforma sviluppata da Meta in collaborazione con ricercatori di prestigiose istituzioni accademiche, tra cui FAIR at Meta, il LASR Lab della TU Dresden, il CeTI di TU Dresden e l'Università di California, Berkeley, con il contributo di Mike Lambeta e Roberto Calandra. Questo dispositivo rappresenta un passo avanti nella replica della complessità del senso del tatto umano, grazie a un'implementazione multimodale e all'uso di intelligenza artificiale integrata. L'innovazione non riguarda solo la percezione sensoriale, ma anche la capacità di elaborare i dati in tempo reale, aprendo nuovi scenari per la robotica, la telepresenza e la realtà virtuale.

Digitizing Touch: La nuova frontiera del tocco digitale
Digitizing Touch: La nuova frontiera del tocco digitale

Digit 360: Una nuova definizione del tocco digitale

Il senso del tatto è fondamentale per l'interazione con l'ambiente e rappresenta uno dei sensi più complessi da replicare artificialmente. La capacità di percepire la forma, la texture, il peso, la densità, e l'elasticità degli oggetti attraverso il tatto è cruciale sia per l'esplorazione del mondo circostante sia per eseguire azioni quotidiane. Le modalità di percezione tattili umane si basano su una serie di recettori specializzati, come i meccanorecettori, i termorecettori e i nocicettori, che forniscono una comprensione dettagliata degli stimoli fisici. Ogni tipo di recettore è specializzato nella cattura di un tipo particolare di informazione: pressione, temperatura, dolore e vibrazioni.


Fino a oggi, i sensori tattili artificiali avevano una capacità limitata di rilevare segnali complessi e multimodali, non riuscendo a raggiungere la ricchezza percettiva del tatto umano. Molti dei sistemi precedenti erano ottimizzati per rilevare singole modalità di contatto, come la pressione o la vibrazione, ma mancavano di una prospettiva olistica che tenesse conto delle diverse componenti percettive simultaneamente. Questa mancanza di integrazione multimodale ha ostacolato il progresso verso una vera digitalizzazione del tatto che fosse equivalente all'esperienza umana.


Digit 360 rappresenta un cambiamento significativo in questo panorama, poiché è stato progettato per integrare diverse modalità sensoriali: pressione, vibrazione, calore e persino rilevazione di composti chimici volatili. Questa multimodalità consente una percezione del contatto completa e dettagliata, che permette di comprendere la natura di un oggetto non solo attraverso la sua forma e la forza necessaria per manipolarlo, ma anche tramite segnali più sottili come le variazioni di temperatura e gli odori che possono essere emessi dall'oggetto stesso. Ad esempio, la capacità di rilevare un cambiamento di temperatura quando si tocca un materiale può fornire informazioni sulla sua conducibilità termica o sul suo stato (ad esempio, se un oggetto è caldo o freddo al tatto).


Un altro aspetto cruciale del tocco umano che Digit 360 cerca di replicare è la capacità di percepire le forze di taglio, che sono fondamentali per capire come un oggetto si muove quando viene afferrato o manipolato. Queste forze di taglio sono quelle che permettono agli esseri umani di modulare la forza della presa in base alla percezione del rischio di slittamento di un oggetto. Digit 360 riesce a percepire e misurare le forze di taglio con una precisione di 1,27 mN, consentendo a robot e dispositivi di adattare la presa in tempo reale per evitare la caduta o il danneggiamento di un oggetto fragile. Questo livello di precisione è cruciale per applicazioni in cui il contatto deve essere accuratamente controllato, come nelle operazioni chirurgiche o nella manipolazione di piccoli componenti elettronici.


Un elemento distintivo di Digit 360 è la sua capacità di elaborare i dati sensoriali attraverso un acceleratore neurale integrato direttamente nel dispositivo. Questo permette di emulare una sorta di "riflesso artificiale", simile all'arco riflesso umano, in cui la risposta a un determinato stimolo avviene localmente senza dover essere processata dal "cervello" del sistema, cioè il centro di controllo principale. Questa architettura consente una risposta rapida e una riduzione dei tempi di latenza, fondamentale per compiti in cui anche un breve ritardo potrebbe compromettere l'esito dell'interazione. In particolare, l'integrazione di Edge AI consente di ridurre la latenza complessiva da 6 ms a soli 1,2 ms, migliorando l'efficienza e la reattività del dispositivo.


Inoltre, la capacità di percepire le vibrazioni fino a frequenze di 10 kHz consente a Digit 360 di distinguere materiali con superfici diverse semplicemente toccandoli o sfregandoli. Questa caratteristica è particolarmente utile per identificare la consistenza di un materiale, determinando se sia ruvido, liscio, morbido o rigido. La percezione delle vibrazioni aiuta anche a identificare i cambiamenti nel contatto, come lo scivolamento incipiente, e a distinguere le diverse proprietà superficiali degli oggetti manipolati.


Un altro aspetto che rende Digit 360 innovativo è la capacità di rilevare composti chimici volatili attraverso sensori che operano come una sorta di "naso artificiale". Questa funzione può essere sfruttata, ad esempio, per identificare la presenza di sostanze potenzialmente pericolose o per determinare la qualità di un alimento. La rilevazione degli odori, combinata con le altre modalità sensoriali, amplia ulteriormente la comprensione contestuale dell'oggetto manipolato, fornendo informazioni che vanno oltre quelle ottenibili solo tramite il tatto o la vista. Il dispositivo può rilevare odori con un'accuratezza del 91%, offrendo una capacità di classificazione precisa degli oggetti basata sulle loro caratteristiche chimiche.


Questi progressi non sono fini a sé stessi, ma servono a colmare il divario tra il mondo fisico e quello digitale, rendendo possibile l'interazione tra macchine e oggetti fisici con una precisione e una sensibilità mai viste prima. Digit 360 punta a replicare il livello di percezione umana in contesti in cui i robot devono operare in modo autonomo, realistico e sicuro, in ambienti non strutturati e complessi. Questo sviluppo permette ai robot di interagire con il loro ambiente in maniera più simile agli esseri umani, migliorando le loro capacità di manipolazione e la loro adattabilità.


Caratteristiche tecniche di Digit 360

L'elemento chiave di Digit 360 è una punta di dito artificiale realizzata con materiali avanzati, sensibile a stimoli sia temporali sia spaziali. La punta è dotata di sensori ad alta risoluzione, con circa 8,3 milioni di "taxel" (tactile pixel) che consentono una risoluzione spaziale molto elevata. Questi sensori sono in grado di percepire dettagli minimi fino a 7 micrometri, permettendo di distinguere tra superfici con una differenza molto sottile di rugosità o di struttura. L'accuratezza nella rilevazione delle forze è stata misurata con errori mediani di 1,01 mN per le forze normali e di 1,27 mN per le forze di taglio, con variazioni dipendenti dalla posizione all'interno del sensore.


La caratterizzazione del materiale con cui è costruito il sensore è stata eseguita tramite analisi dinamiche meccaniche e termiche (DMTA), determinando un valore medio del modulo di Young di 2,6 ± 0,74 MPa. Questo dettaglio è cruciale per comprendere la resistenza e la flessibilità del materiale che compone la punta del dito artificiale, oltre a garantire una risposta appropriata alle diverse sollecitazioni tattili.


Per quanto riguarda le forze, Digit 360 è in grado di misurare forze normali con una precisione di 1,01 mN e forze di taglio con una precisione di 1,27 mN. Il dispositivo è inoltre capace di percepire vibrazioni fino a 10 kHz, permettendo di identificare diverse proprietà dei materiali durante lo sfregamento o l'interazione dinamica. Questa capacità è resa possibile grazie all'integrazione di microfoni MEMS e sensori di pressione che catturano segnali di frequenza elevata, arricchendo così la percezione multimodale del dispositivo.


Dal punto di vista ottico, il sistema utilizza una lente iper grandangolare sviluppata specificamente per catturare immagini tattili omnidirezionali. Questo consente una visione a 360 gradi dell'interazione tattile, con un'illuminazione fornita da otto LED RGB controllabili singolarmente. Il sistema di illuminazione è stato progettato per garantire una luce uniforme attraverso il volume del gel del sensore, minimizzando gli artefatti e massimizzando il contrasto tra le deformazioni. Questo tipo di configurazione ottimizza la qualità delle immagini acquisite, riducendo la necessità di correzioni software e migliorando la sensibilità nella rilevazione delle deformazioni.


La superficie del sensore è realizzata in elastomero rivestito con un sottile strato riflettente, che aiuta a migliorare la risoluzione ottica e a captare le deformazioni con maggior precisione. Il rivestimento è ottenuto attraverso un processo di deposizione chimica, che consente di creare uno strato estremamente sottile di materiale riflettente, migliorando la sensibilità e la risoluzione della punta di dito. Questo strato ha uno spessore di circa 6 micrometri, permettendo di catturare anche piccole deformazioni e aumentare la capacità del sensore di percepire dettagli a livello microscopico.


La piattaforma Digit 360 include anche un sistema di rilevazione termica e di composti chimici volatili. Il sensore termico permette di misurare variazioni di calore durante il contatto, utile per capire lo stato dell'oggetto, mentre la rilevazione di composti chimici aiuta a determinare la presenza di elementi specifici, come umidità o residui chimici. Questo tipo di sensori fornisce informazioni che possono essere utilizzate per applicazioni di sicurezza, controllo qualità o addirittura per interazioni sociali più realistiche nei contesti di telepresenza.


La capacità di rilevazione multimodale di Digit 360, che include segnali visivi, acustici, di pressione, termici e chimici, consente una comprensione molto più approfondita degli oggetti manipolati rispetto ai sensori tattili tradizionali.


Illuminazione e ottica 

Per migliorare la risoluzione spaziale e la capacità di percezione, Digit 360 utilizza un sistema ottico personalizzato, comprendente una lente iper grandangolare sviluppata per catturare immagini tattili omnidirezionali. La lente è di tipo iper grandangolare solid immersion, specificamente progettata per la cattura di immagini tattili e per affrontare le condizioni uniche di riflessione e rifrazione all'interno del materiale elastomerico. La lente presenta un diametro di 20 mm con una risoluzione angolare di 1,1 micrometri.


Il sistema di illuminazione è composto da otto LED RGB controllabili singolarmente, distribuiti lungo il bordo dell'area sensoriale in una disposizione circolare. Ogni LED è in grado di emettere luce con intensità e lunghezza d'onda variabile per adattarsi alle diverse esigenze dell'interazione. La configurazione di illuminazione è stata studiata per garantire una distribuzione uniforme della luce all'interno del volume del sensore, con un contrasto ottimale tra le deformazioni dell'elastomero e il background.


Il design del sistema di illuminazione ha considerato due metriche principali: uniformità dello sfondo e contrasto immagine-sfondo. L'obiettivo è stato quello di minimizzare gli artefatti di riflessione, migliorando la qualità dell'immagine catturata. Per questo, si sono adottate tecniche come la dispersione controllata della luce sulla superficie riflettente, con parametri di scattering che vanno da una superficie completamente levigata a una superficie più diffusa. Questo approccio ha permesso di ottimizzare la sensibilità al tocco e di garantire un'elevata qualità di immagine senza zone di saturazione o perdita di dettagli nelle aree di contatto.


Inoltre, il sistema ottico integra una riduzione delle aberrazioni cromatiche ottimizzando le lunghezze focali multiple, migliorando così la capacità del sensore di rilevare le deformazioni anche in condizioni di luce variabile. Le immagini sono acquisite tramite un sensore CMOS con pixel di 1,1 micrometri, garantendo un'elevata risoluzione spaziale e una frequenza di acquisizione fino a 240 Hz, essenziale per cogliere le variazioni dinamiche nel contatto tattile.


Applicazioni future

Le possibili applicazioni del tocco digitale di Digit 360 sono numerose e spaziano in diversi settori, includendo la robotica, la medicina, la realtà virtuale, la telepresenza e i sistemi protesici avanzati. Di seguito, vengono approfondite alcune delle principali applicazioni potenziali e le loro implicazioni.


Robotica avanzata: Digit 360 può migliorare significativamente la capacità di manipolazione dei robot, in particolare per operazioni delicate. Grazie alla sua alta risoluzione tattile di 8,3 milioni di taxel, i robot dotati di Digit 360 possono eseguire compiti complessi che richiedono destrezza fine, come la manipolazione di componenti elettronici delicati o la raccolta di frutta. La precisione nella misurazione delle forze normali (fino a 1,01 mN) e delle forze di taglio (fino a 1,27 mN) consente di adattare dinamicamente la presa, minimizzando il rischio di danneggiamento degli oggetti manipolati. Ad esempio, nell'automazione agricola, Digit 360 permette di raccogliere frutti senza causare danni, identificando la pressione esatta necessaria per maneggiare ogni tipo di frutto.


Chirurgia robotica: L'alta risoluzione sensoriale e la capacità di elaborare i dati in tempo reale grazie all'acceleratore neurale integrato rendono Digit 360 uno strumento ideale per la chirurgia robotica. La risposta rapida (con tempi di latenza ridotti fino a 1,2 millisecondi) consente ai robot chirurgici di adattarsi immediatamente ai cambiamenti durante le operazioni, migliorando la precisione e la sicurezza dei pazienti. Questo è particolarmente utile in operazioni delicate, come interventi neurochirurgici, dove anche un minimo errore può avere conseguenze critiche.


Realtà virtuale e telepresenza: La capacità di fornire una percezione multimodale del contatto consente un'esperienza immersiva senza precedenti in applicazioni di realtà virtuale (VR) e telepresenza. Digit 360 può restituire sensazioni tattili che replicano fedelmente quelle reali, come la consistenza di superfici o la variazione di temperatura al contatto. Questo apre nuove opportunità per le esperienze VR, dove gli utenti possono percepire l'ambiente virtuale con un livello di dettaglio estremamente realistico. In applicazioni di telepresenza, come la telemedicina o l'esplorazione remota, Digit 360 permette agli operatori di interagire con l'ambiente distante come se fossero fisicamente presenti, migliorando notevolmente la qualità dell'interazione.


Protesi bioniche: Nei sistemi protesici, l'implementazione di Digit 360 offre ai pazienti la possibilità di percepire sensazioni tattili molto simili a quelle umane. Questo può migliorare la qualità della vita di individui con arti amputati, restituendo la capacità di percepire texture, temperatura e pressione attraverso le protesi. La precisione sensoriale di Digit 360 consente ai pazienti di modulare la forza della presa in base alla delicatezza dell'oggetto, riducendo il rischio di rompere o danneggiare oggetti fragili.


Sistemi di sicurezza e controllo qualità: La capacità di rilevare composti chimici volatili e variazioni di temperatura rende Digit 360 uno strumento utile in contesti di sicurezza industriale e controllo qualità. Ad esempio, in ambienti industriali, il “naso artificiale” di Digit 360 può rilevare la presenza di sostanze chimiche potenzialmente pericolose, come gas nocivi o perdite di sostanze chimiche, contribuendo a garantire un ambiente di lavoro sicuro. Nel controllo qualità, la sensibilità tattile e la capacità di rilevare variazioni minime nei materiali consentono di identificare eventuali difetti nei prodotti, migliorando l'affidabilità del processo produttivo.


Industria dell'automazione: Digit 360 può essere utilizzato per migliorare i sistemi di automazione nelle linee di produzione, dove la capacità di manipolare oggetti con precisione è cruciale. L'elaborazione AI integrata permette un'analisi rapida e una risposta in tempo reale, consentendo ai robot di eseguire aggiustamenti istantanei nelle attività di assemblaggio e manipolazione. La capacità di distinguere tra materiali di diversa consistenza e temperatura consente ai robot di selezionare e assemblare componenti con maggiore precisione e di evitare errori costosi.


Edge AI ed efficienza energetica: L'integrazione di algoritmi di intelligenza artificiale direttamente nel dispositivo, senza la necessità di trasferire i dati a un sistema di controllo centrale, migliora l'efficienza operativa. Questo approccio "Edge AI" riduce la latenza e consente una risposta immediata agli stimoli. In applicazioni distribuite, come la gestione di una flotta di robot autonomi, questa capacità riduce il consumo energetico complessivo e migliora la scalabilità del sistema. Ad esempio, robot che operano in un magazzino possono coordinarsi in maniera più efficiente, riducendo i tempi di inattività e aumentando la produttività.

 

Conclusioni

La tecnologia del tatto digitale rappresenta più che un avanzamento tecnico: si tratta di un cambiamento radicale nel rapporto tra uomo e macchina, che pone interrogativi profondi sulla fusione tra percezione biologica e capacità sensoriale artificiale. Con strumenti come Digit 360, ci stiamo avvicinando non solo a un’automazione avanzata, ma a una dimensione di "intelligenza sensoriale" delle macchine, una svolta che potrebbe mutare i paradigmi aziendali e industriali attuali. Non è più solo questione di sostituire le azioni umane, ma di ripensare come queste tecnologie possano modificare il valore stesso di alcune competenze umane nei processi produttivi e decisionali, perché con Digit 360 le macchine acquisiscono sensibilità contestuale, cioè la capacità di “sentire” e rispondere al contesto in tempo reale e con precisione.


La domanda cruciale per le imprese sarà: che ruolo devono avere le competenze umane in un mondo in cui le macchine percepiscono come noi, e forse meglio di noi? La precisione nel tatto digitale e la possibilità di azioni ad alta sensibilità in contesti imprevedibili significa che molti settori, dalla manifattura alla logistica, passando per la medicina, potrebbero non dover più affidarsi alla sensibilità umana per garantire qualità e sicurezza. L’impatto si rifletterà sulle competenze richieste alle persone: dovremo spostare le abilità umane su piani più elevati, come quello strategico e di supervisione, mentre la destrezza e la percezione potrebbero essere sempre più delegate alla tecnologia.


In questo contesto, l’automazione tattile porta alla ribalta il concetto di macchine empatiche. Il termine potrebbe sembrare contraddittorio, ma Digit 360 dimostra che le macchine possono essere dotate di una sensibilità fine agli stimoli esterni e reagire come un "riflesso", a latenza zero, esattamente come un essere umano. Questo è profondamente dirompente per le imprese perché suggerisce che l’efficacia della tecnologia non sarà più misurata solo in termini di velocità o volume, ma anche in termini di risposta empatica e capacità di adattamento, qualità che finora appartenevano solo al mondo umano.


In una prospettiva strategica, l’avanzamento nel tatto digitale richiede ai leader aziendali di ripensare l’etica dell'automazione. In quali contesti è legittimo delegare la percezione tattile alle macchine, e in quali invece la presenza e il giudizio umano restano imprescindibili? In contesti come la medicina o l’assistenza sociale, la capacità di “sentire” un ambiente comporta una responsabilità che va oltre la semplice operatività, e le aziende dovranno definire nuovi standard di responsabilità e trasparenza nell’uso del tatto digitale.

L’introduzione del tatto artificiale multimodale non va quindi vista solo come un'evoluzione funzionale, ma come una ridefinizione dell'interazione umana con la tecnologia e del significato di intelligenza contestuale, un passo che apre nuove sfide e riflessioni sull’etica e sul valore della sensibilità nei processi produttivi.

 

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