Il nostro futuro nelle mani dei Nao ?

di Gargioni Francesca, Brognara Alice, Balla Martina, Vincenzoni Lisa (Liceo Scientifico Roiti di Ferrara – 4P anno 2017)

Aree tematiche di riferimento: fisica, tecnologia
Stato attuale del progetto: in essere

Un futuro in cui i robot fanno parte della vita di tutti i giorni è solo semplice
immaginazione o si sta già concretizzando?

Grazie alle innovazioni tecnologiche di questi ultimi anni, le
possibilità di interazione tra androidi e umani col passare del
tempo sono sempre più in crescita, in particolare in ambiente
scolastico, favorendo nuove prospettive per il futuro.
Esistono innumerevoli modi per avvicinare gli studenti al mondo
dell’informatica, tra questi sarebbe utile approfondirne uno in
particolare: la NAO Challenge; una competizione che si tiene
in Italia da tre anni, un anno in meno rispetto alla sua nascita in
America. Questo progetto è stato adottato anche in altre
nazioni europee tra cui Francia e Germania.
Tutto ciò è stato reso possibile dal lavoro di diverse entità:

1)Scuola di robotica (che finanzia la challenge raccogliendo i contributi degli sponsor);

2) Fondazione Golinelli (che ha garantito la logistica ed è stata, ad esempio, sede
della finale del 2016);

3) CampuStore.

SCUOLA DI ROBOTICA
Il progetto NAO Challenge è curato in Italia da
Sandra Meloni, rappresentante dell’associazione
Scuola di robotica, fondata nel 2000 per iniziativa
di un gruppo di studiosi di scienze umane, è
finalizzata a promuovere la cultura mediante
attività istruttive, educative e formative.
È diventata un punto di riferimento nazionale e
internazionale per molte delle attività di ricerca e
applicazione del settore Robotica e Società.
Negli anni seguenti divenne centro di grandi
progetti e parte della formazione del personale
della scuola-ente formatore.
Dal 2003 scuola di robotica e la Fondazione
Golinelli collaborano nelle manifestazioni

Il NAO
Prima di descrivere nel dettaglio la competizione in questione, vorremmo rimandarvi al video di presentazione dell’articolo da noi pubblicato su YouTube: un modo per conoscerci meglio e vedere esposte brevemente le tematioche dell’articolo.

Premesso questo passiamo al nostro amico NAO.  Si tratta di un robot alto circa 58 cm, che è stato costruito per la prima volta nel 2006 grazie
agli ingegneri che lavorano in una delle aziende di robotica più
note: la Softbank Robotics. Grazie ai numerosi e continui miglioramenti, il
NAO è predisposto a diventare un robot di compagnia, per contribuire ad
attività domestiche.
Per adesso il NAO si sta diffondendo principalmente nel settore scolastico in
7 paesi della primaria università.
Tra i dettagli tecnici che caratterizzano questa interfaccia umanoide,
possiamo trovare due videocamere che consentono l’interazione con
l’ambiente circostante e un’unità inerziale grazie alla quale può sapere se è
in piedi o seduto. Possiede ben 9 sensori tattili e 8 sensori di pressione che gli
consentono di percepire se viene toccato, oltre a microfoni per ascoltare,
sensori a ultrasuoni e infrarossi posizionati negli occhi. È inoltre capace di
parlare grazie al suo sintetizzatore vocale.
Possiede 2 processori (uno situato nella testa e uno nel dorso). Grazie a
questi componenti hardware, il NAO riesce a interpretare i segnali
provenienti dall’esterno.
La sua batteria gli consente un’autonomia di un’ora e mezza, che può
comunque variare a seconda dell’utilizzo.
È inoltre possibile connettere il NAO a internet tramite Wi-Fi o protocollo
Ethernet; grazie a ciò, il robot è capace di compiere numerose funzioni, tra
cui riprodurre musica, collegarsi a Wikipedia
per la ricerca di informazioni, oltre anche alla
possibilità di connettersi al meteo in modo da
poter informare sulle previsioni.
Il sistema operativo che permette di
programmare il NAO è Naoqi, grazie ad
un’interfaccia grafica a icone intuitiva, e
quindi di facile comprensione per gli studenti.

LA COMPETIZIONE
La Nao Challenge si tiene annualmente, e
tratta sempre temi differenti. Gli alunni che
partecipano alla competizione si organizzano
in squadre di massimo 7 componenti ciascuna, e vengono scelti con criteri
diversi a seconda della scuola di appartenenza.
Prima di entrare nel vivo della competizione, è necessaria però
un’adeguata preparazione. Il tempo necessario alla programmazione di un
NAO si aggira, infatti, attorno ai 3/4 mesi; perciò, a partire da ottobre, gli
studenti si incontrano una volta a settimana durante il pomeriggio per
organizzare il loro lavoro.
In alcuni casi, questa attività può rientrare a far parte del progetto di
alternanza scuola-lavoro.
A tutte le classi è concesso partecipare a questa competizione, fatta
eccezione per le classi quinte, che solitamente vengono escluse dal
progetto a causa dell’esame di maturità, che richiede molto tempo;
nonostante ciò, se vengono presi accordi con i professori, è possibile
permettere loro di partecipare.
Dopo che il periodo necessario alla preparazione del progetto di ogni team
è terminato, le squadre sono invitate nel luogo in cui si terrà la vera e propria
competizione, la quale si svolgerà in scenari differenti: dal salotto alla
cucina (come nella gara del 2016), fino alla camera dei bambini, che sarà il
tema di quest’anno(2017).
Ogni anno la Nao Challenge è suddivisa in 4 sfide diverse, e a seconda
dell’esito di ognuna di esse, le squadre riceveranno un determinato
punteggio. La squadra vincitrice sarà colei che otterrà il punteggio massimo
alla fine della competizione.

LE SFIDE
La prima sfida consiste nella presentazione della squadra, durante la quale viene
chiesto agli studenti di esporre un poster che deve includere il nome e il logo del
proprio team.
Dopo la presentazione di 5 minuti e altrettanti minuti riservati alle eventuali
domande poste dai giudici, le squadre riceveranno il loro punteggio.
La seconda prova consiste invece nel programmare NAO in modo tale che riesca
a coinvolgere i bambini in maniera istruttiva, aiutandoli a fare i compiti. All’inizio
della prova si deve dichiarare l’età del bambino a cui sarebbe destinata. Il gioco
deve coinvolgere, oltre al robot, almeno un membro della squadra.
L’area di gioco consiste in un quadrato di 1,5m x 1,5m.
Durante la prima fase del gioco, il “bambino” (interpretato da un componente
della squadra) saluta NAO, che deve ricambiare e mostrarsi felice di vederlo.
Dopodiché il robot deve domandare al bambino se ha voglia di iniziare i compiti,
e lui in questo caso accetta; a questo punto inizia il vero e proprio gioco
interattivo in cui NAO aiuta il “bambino”.
Nella terza prova il NAO, dopo aver giocato con i bambini, deve riuscire a mettere
in ordine la stanza prima di cena. Durante questa prova gareggeranno più
squadre contemporaneamente. L’obbiettivo è quello di programmare NAO in
modo che riesca a portare il giocattolo in un cestino appositamente costruito
dagli studenti per la competizione.
Per prima cosa viene scelto un ragazzo della squadra avversaria che interpreterà il
bambino che dovrà giocare con il robottino. Dopo che un membro della squadra
ha spiegato le regole al “bambino” il gioco comincia. La prova in sé, che dura dai
3 ai 5 minuti circa, deve comprendere l’utilizzo di un giocattolo, e termina quando
la giuria dà il via. A questo punto il NAO deve prendere il giocattolo, correre al
cestino e metterlo al suo interno.
La giuria valuterà sia le prestazioni del NAO che le
interazioni fra le squadre. Inoltre, tutti gli accessori che
devono essere usati dalla squadra per la gara, sono
responsabilità degli studenti stessi.
L’area di gioco è un cerchio diviso in 6 parti di 5 m di
raggio, e ogni parte è destinata ad una squadra diversa.
All’interno è presente un ulteriore cerchio di raggio 4 m e
un esagono di 50 cm di raggio, nel quale viene
posizionato il cestino. Il robot, all’inizio della prova, deve
partire al di fuori dei cerchio più esterno.
La quarta e ultima prova intitolata “Me & you” riguarda la creatività, lo spirito di
squadra, la capacità di creare animazioni, di interagire e scambiare idee con la
NAO community, postando video e informazioni sulla propria esperienza. Tutto
questo grazie ai social media, che permettono al gruppo di condividere i progressi
o le idee del proprio progetto.

L’ESPERIENZA DEL LICEO SERPIERI DI RIMINI
Nel 2016, una delegazione del Liceo Serpieri di
Rimini ha preso parte a questo progetto
insieme al Professore Fornari, formando una
squadra di quattro studenti di Scienze
Applicate, chiamata Sodium Oxide.
L’esperienza si è rivelata positiva, ma non priva
di difficoltà, in quanto ai ragazzi non è stato
concesso un robot per la preparazione della
competizione, ma solo la possibilità di provarlo
per 8 ore, per 4 pomeriggi a Cotignola; per
questo, secondo il parere dello stesso
Professore, è matematicamente impossibile riuscire a vincere contro altre scuole
che hanno avuto la possibilità di utilizzarne, a volte, anche più di uno. Ogni anno
infatti, la scuola vincitrice ne ha avuti ben 2 a disposizione.
Nonostante i ragazzi (con grandi capacità informatiche) si siano imbattuti in un
ambiente di sviluppo a loro sconosciuto e siano stati costretti a programmare alla
cieca fino alle prove con un NAO fisico, il loro impegno è stato ripagato con il
raggiungimento del 12 posto su 41 squadre partecipanti.
Purtroppo la scuola non parteciperà a questa competizione, almeno nell’anno
corrente 2017, a causa della mancanza di alunni con sufficiente interesse e
capacità informatiche. Secondo il parere dell’alunno Nicolò di
Domenico, l’esperienza si è rivelata da un lato
molto divertente e gratificante, ma dall’altro
ha presentato diverse difficoltà, come è stato
già affermato in precedenza. A causa del
poco tempo a disposizione col robot, la
programmazione ha presentato numerosi
errori, impedendo il corretto funzionamento
del robot già dalla prima prova a Cotignola.
Questa esperienza non è stata inclusa in alcun
progetto di alternanza scuola-lavoro.

PRO e CONTRO
Come ogni progetto, anche la NAO Challenge può avere diversi aspetti positivi e
negativi, sia per gli organizzatori che per gli sfidanti.
Un aspetto sicuramente positivo è la possibilità di sperimentare una nuova
tecnologia utilizzando un NAO durante l’allenamento per circa 12 ore.
Mediamente il costo di questo umanoide si aggira attorno agli 8000 €, prezzo non
accessibile alla maggior parte dei partecipanti; attraverso questa competizione
viene data la possibilità ai ragazzi di utilizzarlo sperimentando una tipologia di
programmazione avanzata e all’avanguardia.
Lo scopo del progetto è quello di incentivare il lavoro di squadra, obbiettivo utile
anche nel mondo del lavoro. Attraverso la NAO Challenge, i ragazzi riescono ad
acquistare diverse capacità, come ideare un progetto, portarlo avanti e
presentarlo.
In sintesi, gli studenti utilizzano la robotica come strumento per assimilare
competenze che vanno al di là dell’informatica.
Un progetto di fama internazionale comporta però anche dei lati negativi.
Essendo organizzato in Italia da soli due anni, richiede inizialmente un grande
lavoro di tipo organizzativo, ad esempio far coincidere gli orari delle squadre e dei
giudici può costituire un problema, in quanto questi ultimi provengono da paesi
diversi.
Si potrebbe pensare che un’ulteriore complicazione possa riguardare la
programmazione dei robot umanoidi; in realtà ciò non costituisce un vero e
proprio problema in quanto utilizza un sistema ad icone, risulta di semplice
comprensione e richiede competenze informatiche basilari, tanto che la squadra
vincente dello scorso anno non proveniva da un Liceo scientifico.
Un’eventuale difficoltà per gli studenti può essere quella di immaginare ed
elaborare situazioni sociali in cui il NAO deve interagire, e tali competenze vanno
al di là della semplice programmazione.
In conclusione la NAO Challenge non è una semplice competizione, ma
un’esperienza di vita da non perdere.
Da quest’anno l’associazione è stata assorbita dalla multinazionale che realizza i
NAO, sono perciò in cantiere nuovi progetti per i prossimi anni.

FONTI:
– www.scuoladirobotica.it
– www.robotiko.it
– www.nao.scuoladirobotica.it
– www.ald.softbanckrobotics.com
– http://www.liceoserpieri.it/la-squadra-del-serpieri-al-nao-challenge-2016/

Ringraziamo Sandra Meloni, il professore Fabrizio Fornari e Nicolò di
Domenico(uno degli alunni partecipanti lo scorso anno) per la collaborazione e la
disponibilità, che ci ha permesso di chiarire alcuni punti essenziali.