Considerata le "Olimpiadi della robotica", la DARPA Challenge è una competizione di robotica autonoma ideata dalla Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) degli Stati Uniti. L'agenzia ha individuato una lacuna tecnologica, riconoscendo la necessità di tecnologie più avanzate per le missioni di ricerca e soccorso che si svolgono solitamente in ambienti imprevedibili, come quelli sotterranei. Per ovviare a questa lacuna, ha istituito la competizione con l'obiettivo di promuovere e accelerare la ricerca pionieristica nell'ambito dell'esplorazione e della mappatura autonoma sotterranea.

I partecipanti erano costituiti da squadre provenienti da tutto il mondo, alcune delle quali selezionate e finanziate dalla DARPA . La sfida consisteva nell’utilizzare una flotta di robot autonomi per esplorare una serie di scenari reali, quali ambienti urbani sotterranei, gallerie e grotte. I robot che segnalavano correttamente la posizione di sopravvissuti intrappolati, zaini e telefoni cellulari facevano guadagnare punti alle squadre, e la squadra con il punteggio più alto avrebbe vinto il round.

Il concorso è stato lanciato nel 2018, proprio mentre Emesent CSIRO lavorando allo sviluppo di soluzioni per l’estrazione mineraria sotterranea al di là della linea di vista. Emesent CSIRO della sfida grazie al professor Ronald Arkin, del Georgia Institute of Technology (Georgia Tech). Hanno deciso di unire le forze per formare un team, combinando gli oltre 20 anni di esperienza del Georgia Tech nello sviluppo di robot collaborativi, la ricerca CSIROsui robot terrestri e lo sviluppo Emesentnell'esplorazione e mappatura autonome in ambienti privi di segnale GPS.

La prima sfida è stata il Tunnel Circuit, tenutosi nell’agosto 2019 nelle gallerie di una miniera di ricerca nei pressi di Pittsburgh. Emesent , composto da ricercatori e ingegneri, si è recato in Pennsylvania e si è unito ai propri colleghi per mettere alla prova la propria flotta di robot di fronte ai pericoli che avrebbero dovuto affrontare in un’esercitazione reale di ricerca e soccorso, quali terreni impervi, ostacoli fisici, oscurità, polvere e fumo. La flotta di robot selezionata per affrontare tali pericoli era composta da cinque macchine.

• Il BIA5 OzBot Titan, un robot terrestre che si muove su due cingoli.
• Bruce, il sistema esapode brevettato da Data61 ( CSIRO) che si muove su sei zampe simili a quelle di un ragno.
• Ghost, un robot quadrupede della Vision60.
• SuperDroid Robots Inc LT2, un robot terrestre di dimensioni più ridotte, che si muove anch’esso grazie a due cingoli.
• Hovermap su un drone a sei eliche per fungere da ricognitore e raggiungere zone inaccessibili ai robot terrestri.

Il team Emesent CSIRO Emesent Georgia Tech si è classificato al quinto posto con un punteggio di 7 punti: un risultato sufficiente per passare al turno successivo, ma con un distacco di 18 punti dal primo classificato, il che lascia ampio margine di miglioramento.

Così, con sei mesi a disposizione per prepararsi, il team Emesent CSIRO e Georgia Tech si è messo al lavoro per adattare la propria flotta di robot e sviluppare l'infrastruttura tecnologica in modo da poter cambiare robot in modo rapido ed efficace.

Il circuito urbano, la sfida successiva, si è svolto nel febbraio 2020 su due percorsi allestiti all’interno di una centrale nucleare in costruzione a Elma, nello Stato di Washington. In questa prova la squadra ha totalizzato nove punti, piazzandosi al quarto posto, a soli 7 punti dal capoclassifica.

Il team ha continuato a potenziare la propria flotta e a migliorarne le capacità di collaborazione e di autonomia in vista della sfida sul circuito in galleria prevista per agosto 2020.

Purtroppo, prima che si potesse fare molto, il mondo è cambiato: l’Organizzazione Mondiale della Sanità ha dichiarato il COVID-19 pandemia e i viaggi internazionali si sono praticamente interrotti.

«Il circuito delle grotte avrebbe dovuto svolgersi negli Stati Uniti, ma ha dovuto subire delle modifiche a causa del COVID-19. Si è svolto in modo decentralizzato: ogni squadra ha organizzato il proprio evento a livello locale e ha inviato i risultati alla DARPA», spiega Farid.

Il team composto da Emesent CSIRO e Georgia Tech ha utilizzato le Chillagoe Caves, un sistema di grotte naturali situato nell'estremo nord del Queensland, ottenendo i migliori risultati mai registrati.

«Questo è stato un punto di svolta per noi: non avevamo mai ottenuto risultati del genere. Siamo riusciti a raccogliere dati perfetti in un contesto davvero difficile», afferma Farid.

Incoraggiata da questo risultato, la squadra ha continuato a lavorare per mettere insieme la migliore flotta possibile in vista della finale, prevista per settembre 2021 e nuovamente influenzata dalla pandemia di COVID-19.

«Due terzi della nostra squadra non hanno potuto recarsi negli Stati Uniti per partecipare alla competizione a causa delle restrizioni di viaggio imposte dall'Australia.

«Questo si è rivelato un grande vantaggio, poiché la sfida prevedeva l'invio e l'impiego di robot in luoghi dove non è possibile inviare esseri umani. Abbiamo dovuto impegnarci a fondo per sviluppare robot che non richiedessero un intervento umano eccessivo.»

Sebbene il team fosse composto da un numero ridotto di persone, la flotta di robot rappresentava comunque una forza notevole, costituita da sei robot selezionati per la loro diversità in termini di locomozione, in modo da poter affrontare tutti gli ambienti difficili caratterizzati da terreni sconosciuti e diversi.

• Robot bipede, Spot Boston Dynamics
  Questi robot sono adatti ad ambienti urbani stretti e alle scale.
• 2 veicoli cingolati, BIA5, un'azienda con sede a Brisbane
  Questi robot sono adatti ad attraversare terreni accidentati. Hanno anche la capacità di trasportare attrezzature aggiuntive, come i nodi per la rete mesh e i droni,
  per preservare la durata della batteria e posizionarli nel punto migliore per ottenere buoni risultati.
• 2 Hovermap, Emesent
  I droni possono raggiungere aree inaccessibili ai veicoli terrestri, come vani scala, pozzi verticali e soppalchi.

A prescindere da come si muovessero, tutti i robot erano dotati di un’autonomia avanzata e di funzionalità di intelligenza artificiale, tra cui

• navigazione senza GPS
• esplorazione autonoma
• collaborazione con i membri del team di robotica
• condivisione dei dati
• mappatura
• telecamere e altri sensori per il rilevamento di artefatti

L'evento finale si è svolto nell'arco di quattro giorni, con due turni preliminari prima della fase finale a premi. Nel primo giorno dei turni preliminari, il team Emesent CSIRO – Georgia Tech ha totalizzato il punteggio più alto della giornata, con sette classificazioni e geolocalizzazioni dei reperti. È stato anche uno dei pochi team a scoprire un pozzo verticale e ad accedere a un piano interrato, grazie ai droni Hovermap inclusi nella loro flotta e ai robot lanciati autonomamente da terra. Ciò ha permesso loro di ampliare l’area di ricerca rispetto agli altri team.

Nel secondo tentativo, il team è riuscito nuovamente a far decollare i droni in modo autonomo per coprire un'area più ampia e ha persino individuato un sopravvissuto nascosto dietro alcune rocce in un ambiente polveroso, piccolo e simile a una grotta.

Al termine delle fasi preliminari, il team Emesent CSIRO e Georgia Tech era in testa alla classifica, il che significava che sarebbe stato l'ultimo a disputare la fase finale.

La loro gara è filata liscia, e hanno concluso a pari merito al primo posto con 23 punti. Dopo una serata da cardiopalma, mentre i giudici esaminavano tutti i risultati, hanno scoperto di essersi classificati secondi – per una questione di secondi.

«È un risultato incredibile, frutto di molti anni di duro lavoro e collaborazione da parte del nostro team. Un grande grazie a tutte le persone che hanno contribuito a questo progetto», ha dichiarato Farid.

«Siamo davvero orgogliosi del contributo che Emesent dato negli ultimi tre anni per far progredire lo stato dell'arte nel campo della robotica e mettere in luce le capacità delle aziende australiane sulla scena mondiale.»

Sebbene Emesent commercializzato le funzionalità di mappatura e autonomia Hovermap già dal 2019, la loro integrazione con i robot terrestri autonomi apre la strada a una serie di applicazioni future interessanti e di grande valore.

Ad esempio, i droni e i robot terrestri che operano in sinergia possono aiutarsi a vicenda a coprire aree più estese, riducendo ulteriormente la necessità di intervento umano.

Rispetto ai robot terrestri, i droni hanno un'autonomia limitata, ma possono raggiungere aree sopraelevate e pozzi o attraversare ambienti ostacolati o complessi che i robot terrestri non sono in grado di affrontare. Possono inoltre supportare i veicoli terrestri fungendo da nodo di comunicazione e fornendo una visione d'insieme della situazione, consentendo loro di ottimizzare il proprio percorso.

Il lancio a distanza di un drone da un robot di terra avviene in modo completamente autonomo una volta che l'operatore lo ha attivato con un solo clic. Per rendere possibile tutto ciò, è stato automatizzato un processo molto complesso. Ecco solo alcune delle complesse operazioni svolte dai robot per garantire il successo del lancio:

• il robot terrestre si ferma e verifica di trovarsi su un terreno sufficientemente pianeggiante o con una pendenza accettabile
• sblocca i dispositivi di sicurezza del drone
• Hovermap, il carico utile per l'autonomia e la mappatura, viene avviato
• Hovermap e unisce i propri dati con il robot di terra
• vengono effettuati i controlli presso la stazione di controllo a terra e i controlli pre-volo
• il drone viene avviato (le eliche iniziano a girare)
• vengono effettuati i controlli pre-decollo
• viene avviato il calcolo automatico delle quantità
• È stata avviata l'esplorazione con droni autonomi
• il robot terrestre si riconfigura e riprende la sua missione
  

«Disporre di una flotta di robot in grado di guidare, camminare e volare, che portano a termine missioni complesse in modo autonomo e collaborativo, rappresenta una pietra miliare tecnologica e un passo importante verso l’utilizzo di sistemi autonomi per salvare vite umane e aiutare le persone», ha affermato Farid.

La DARPA Challenge ha permesso a Emesent migliorare le capacità autonome della propria tecnologia nell'ambito dell'esplorazione e della mappatura in ambienti sotterranei. Scoprite come Farid Kendoul questo webinar con il Dr. Farid Kendoul , CTO e cofondatore Emesent.

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