Non ti farà sembrare Iron Man ma il Guardian XO ti permette di sollevare 200 libbre senza sudare

Un anno fa, per il rapporto speciale di IEEE Spectrum sulla Top Tech del 2019, Sarcos Robotics aveva promesso che entro la fine dell’anno sarebbe stata pronta a spedire un esoscheletro motorizzato che avrebbe rappresentato il futuro del lavoro industriale. E alla fine del mese scorso, Sarcos ci ha invitato a Salt Lake City, nello Utah, per vedere che aspetto ha quel futuro.

Sarcos ha sviluppato esoscheletri motorizzati e le tecnologie robotiche che li rendono possibili per decenni, e l’atrio del quartier generale dell’azienda è un luogo di riposo per concetti e prototipi di hardware che sono stati abbandonati lungo la strada. Ma ora, Sarcos è pronta a svelare il prototipo del Guardian XO, un esoscheletro a forza moltiplicata che sta per iniziare la spedizione.

Quando il nostro briefing introduttivo si conclude, il CEO di Sarcos Ben Wolff è visibilmente eccitato di poter mostrare ciò a cui hanno lavorato nel loro laboratorio. “Se dovessi fare la domanda: come sono fatti 30 anni e 300 milioni di dollari”, ci dice Wolff, “lo vedrai al piano di sotto.”

Questo è quello che vediamo al piano di sotto:

Come funziona il Guardian XO

Il Guardian XO di Sarcos è un esoscheletro robotico a 24 gradi di libertà. Mentre lo indossa, un umano può sollevare 200 libbre (90 chilogrammi) pur sentendosi come se stesse sollevando solo 10 libbre (4,5 kg). Il Guardian XO è completamente elettrico e non vincolato con un tempo di esecuzione di 2 ore, e i pacchetti di batterie sostituibili a caldo possono mantenerlo per un’intera giornata di lavoro. Ci vogliono pochi secondi per metterlo e toglierlo, e Sarcos dice che i nuovi utenti possono essere addestrati ad usare il sistema in pochi minuti. Un Guardian XO costa 100.000 dollari all’anno per il noleggio, e l’azienda spedirà il suo primo lotto di unità alfa ai clienti (tra cui l’industria pesante e l’esercito degli Stati Uniti) nel mese di gennaio.

In senso pratico, il Guardian XO è un robot umanoide che usa un vero uomo come sistema di comando e controllo. Poiché le aziende di tutti i tipi cercano di aumentare l’efficienza attraverso l’automazione, Sarcos crede che la soluzione più efficace sia una combinazione diretta di uomini e macchine, migliorando l’intelligenza e la capacità di giudizio degli umani con la forza e la resistenza dei robot. (Gli investitori nella società includono Caterpillar, GE Ventures, Microsoft e Schlumberger.)

La prima cosa da capire del Guardian XO è che, come un robot umanoide, è autosufficiente. Dal momento che ha le proprie gambe e i propri piedi, il peso di 150 libbre della tuta (e qualsiasi cosa stia trasportando) bypassa il suo utente e viene trasferito direttamente nel terreno. Non devi legare il robot a te, ma legarti al robot, un processo che richiede meno di un minuto. Così, anche se sembra pesante e ingombrante (ed è sicuramente entrambe le cose), almeno il peso del sistema non è qualcosa che l’utente sperimenta direttamente. Potete vedere come funziona guardando l’operatore del Guardian XO Fletcher Garrison che solleva tutti i tipi di carichi utili nel video qui sotto.

Hands On With the Guardian XO

Quando Sarcos ci ha contattato e ci ha chiesto se volevamo venire a Salt Lake City per provare l’XO, abbiamo subito detto di sì (divulgazione: Sarcos ha coperto i nostri costi per partecipare ad un evento mediatico il mese scorso). Ma siamo rimasti delusi quando, alla fine, ci è stato permesso di provare solo una versione a un braccio dell’esoscheletro. Mi sono anche offerto di firmare ulteriori rinunce ma, ahimè, l’azienda non mi ha fatto entrare nella tuta completa. Quindi la mia esperienza con l’esoscheletro è stata piuttosto limitata: una prova pratica, letteralmente, di un singolo braccio XO.

Ancora, è stata una sensazione incredibile. Il braccio che ho provato, che Sarcos dice usa lo stesso sistema di controllo della tuta integrale, era incredibilmente facile da usare. In termini di controllo, tutto ciò che l’exo cerca di fare è togliersi di mezzo i tuoi arti: Utilizza sensori di forza per rilevare ogni movimento che fai, e poi muove i propri arti in parallelo, abbinando dolcemente il tuo corpo con il suo stesso hardware. Se fai un passo, lui fa un passo con te. Se fate oscillare il vostro braccio avanti e indietro, lui fa oscillare il suo braccio avanti e indietro allo stesso modo, proprio accanto al vostro. Non c’è nessun ritardo percettibile in questo processo, ed è così intuitivo che Sarcos dice che la maggior parte delle persone impiega solo un minuto o due per sentirsi a proprio agio nell’usare il sistema, e solo un’ora o due per sentirsi a proprio agio nel lavorare con esso.

Il Guardian XO può aumentare la forza dell’utente fino a far sembrare che un carico di 200 libbre pesi zero. In genere, questo non è il modo in cui l’esoscheletro funziona, però, poiché può essere sconcertante sollevare qualcosa di pesante e non sentire che si sta sollevando nulla. È meglio pensare all’esoscheletro come uno strumento che ti rende più forte piuttosto che uno strumento che rende gli oggetti senza peso, soprattutto perché devi ancora fare i conti con l’inerzia. Ricordate, anche se qualcosa non ha peso apparente (o perché siete nello spazio o perché lo state tenendo con un esoscheletro potenziato), ha ancora una massa, di cui dovete essere consapevoli quando cercate di muoverlo o fermarlo. La quantità di aiuto che l’exo ti dà è facile da regolare; ha un pannello di controllo grafico sul polso sinistro.

Quanto è sicuro l’esoscheletro?

Con un sistema robotico così potente (XO ha una coppia di picco di circa 4000 inch-pounds, o 450 newton-metri), Sarcos ha fatto della sicurezza una priorità assoluta. Per esempio, per muovere le braccia dell’exo, le mani devono tenere premuti i grilletti. Se lasciate andare i grilletti (per qualsiasi motivo), le braccia si bloccheranno in posizione, il che ha l’ulteriore vantaggio di permettere all’exo di reggere le cose per voi mentre, diciamo, controllate il vostro telefono. Tutte le articolazioni sono a velocità limitata, il che significa che non si può tirare un pugno con l’exo – me l’hanno detto durante la mia demo, quindi ovviamente ho provato, e le articolazioni si sono bloccate non appena ho superato la loro soglia di sicurezza. Se il sistema perde potenza per qualsiasi motivo, la corrente torna indietro attraverso i motori, portandoli giù gradualmente piuttosto che bruscamente. E per progettazione le articolazioni non sono in grado di superare un range umano di movimento, il che significa che l’esoscheletro non può piegarsi o torcersi in un modo che ti ferirebbe. È interessante notare che le velocità delle articolazioni del Guardian XO sono facilmente abbastanza veloci da permetterti di correre, anche se anche questo è stato limitato per motivi di sicurezza.

Abbiamo chiesto se cadere fosse un grosso rischio, ma risulta che avere un umano nel ciclo di controllo rende quel problema molto più semplice. Sarcos non ha dovuto programmare il Guardian XO per bilanciarsi da solo, perché l’umano all’interno fa tutto questo naturalmente. Avere qualcuno che prova a spingerti mentre sei nell’esoscheletro non è diverso da avere qualcuno che prova a spingerti mentre sei fuori, perché manterrai il tuo equilibrio in entrambi i casi. Se si finisce per cadere, Sarcos sostiene che l’esoscheletro è progettato come una gabbia di rotolamento, quindi è probabile che non ci siano problemi, anche se non è chiaro quanto sarebbe facile uscirne dopo (o toglierselo di dosso).

Più di una preoccupazione è come l’XO funzionerà con altre persone. Mentre la sua massa e l’ingombro potrebbero non fare molta differenza per l’utente, sembra che lavorare in collaborazione potrebbe essere un problema, così come lavorare in piccoli spazi o intorno a qualcosa di fragile. La tuta ha un feedback di forza in modo da sentire se si tocca qualcosa, ma a quel punto potrebbe essere troppo tardi per prevenire un incidente.

Efficienza energetica e affidabilità

L’efficienza potrebbe non sembrare un grosso problema per un esoscheletro come questo, ma quello che Sarcos è riuscito a fare è davvero impressionante. Il Guardian XO usa circa 500 watt mentre è completamente operativo, cioè mentre trasporta 160 libbre e cammina a 3 mph. Per mettere questo in contesto, il robot DURUS di SRI, che è stato progettato specificamente per l’efficienza (ed è significativamente più piccolo e più leggero del Guardian XO), usa 350 watt mentre cammina. “Questa è davvero una delle nostre innovazioni chiave”, dice Chris Beaufait, COO di Sarcos. “Non ci sono molti robot al mondo che sono così efficienti come quello che stiamo facendo”. Queste innovazioni si presentano sotto forma di meccanismi di recupero dell’energia, di riduzione del numero di computer individuali a bordo e di integrazione più stretta possibile. Con una coppia di pacchi batteria da 12 libbre e 500 watt-ora, l’esoscheletro può funzionare per oltre 2 ore durante l’uso normale, e Sarcos si aspetta di migliorare l’efficienza da 500 watt a 425 watt o meglio entro gennaio.

Siccome il Guardian XO è un prodotto commerciale, deve essere abbastanza affidabile per essere uno strumento pratico e conveniente da usare. “La differenza tra essere un negozio di R&D che può provare un concetto e fare un prodotto commercialmente valido che sia robusto, richiede un set di abilità e una mentalità completamente diversi”, ci ha detto Wolff, il CEO. “Questa è stata una sfida. Penso che sia la più grande sfida che le aziende di robotica hanno, e abbiamo messo un sacco di sangue, sudore e lacrime in questo.”

Wolff dice che le future versioni di XO (non il modello alfa che verrà spedito a gennaio) saranno in grado di camminare all’aperto su terreni difficili, attraverso un piede di fango, e sotto la pioggia o la neve. Sarà in grado di salire e scendere le scale, anche se attualmente stanno lavorando per assicurarsi che questo sia sicuro. L’aspettativa, ci dice Wolff, è che non ci sarà bisogno di molta assistenza o manutenzione per i clienti dell’exo. Non siamo ancora sicuri di condividere la fiducia di Sarcos – questo è un sistema complesso che sarà usato da non ingegneri in ambienti semi-strutturati. Un sacco di scenari inaspettati possono accadere, e finché non lo faranno, non sapremo con certezza quanto bene il Guardian XO resisterà all’uso nel mondo reale.

Applicazioni del Guardian XO

Il Guardian XO è stato progettato per alcuni tipi specifici (ma anche molto comuni) di lavori che richiedono agli uomini di sollevare ripetutamente cose pesanti. Questi lavori non sono generalmente automatizzabili, o almeno non sono automatizzabili in un modo che sia efficace dal punto di vista dei costi: è richiesta l’abilità di un uomo. Questi lavori sono anche ad alta intensità di lavoro, il che crea problemi sia a breve che a lungo termine per i lavoratori umani. A breve termine, le lesioni acute (come le lesioni alla schiena) portano alla perdita di produttività. A lungo termine, queste lesioni si sommano a seri problemi medici per i lavoratori, molti dei quali possono funzionare solo per un periodo compreso tra i cinque e gli otto anni prima che i loro corpi vengano danneggiati in modo permanente.

Wolff crede che sia qui che c’è un’opportunità per gli esoscheletri alimentati. Usare il Guardian XO per scaricare i tipi di compiti che mettono a dura prova il corpo di un lavoratore significa che gli esseri umani possono lavorare a un lavoro più a lungo senza lesioni. E possono continuare a lavorare a quello stesso lavoro mentre invecchiano, dato che l’esoscheletro prende i lavori che prima riguardavano la forza e li rende invece di abilità ed esperienza.

Naturalmente, il fatto triste è che nessuna di queste cose sulla salute dei lavoratori sarebbe così importante se le aziende non potessero essere convinte che gli esoscheletri potrebbero anche risparmiare denaro. Fortunatamente per i lavoratori, è un argomento facile da fare. Poiché il Guardian XO può sollevare 200 libbre, Wolff dice che può migliorare la produttività del suo utente fino a un ordine di grandezza: “Nel complesso, stiamo vedendo una produttività migliorata da qualche parte tra le 4 e le 10 volte nei casi d’uso che abbiamo esaminato. Quindi, ciò significa che un lavoratore in un esoscheletro può fare il lavoro di 4-10 dipendenti senza alcuno stress o tensione sul loro corpo.”

Sull’estremità 4x della scala, si tratta solo di essere in grado di sollevare di più e più a lungo. OSHA raccomanda un carico massimo per una persona di 51 libbre, un numero che viene regolato verso il basso se l’oggetto deve essere sollevato ripetutamente, tenuto a lungo o spostato. Il Guardian XO permette ad un lavoratore di sollevare quattro volte tanto, per ore, mentre cammina fino a 3 mph. Le cose sono un po’ più complicate all’estremità 10x della scala, ma si può immaginare un singolo oggetto di 200 libbre che richiede un carroponte più diverse persone per gestirlo. Non si tratta solo delle persone in più – si tratta anche del tempo extra e delle infrastrutture richieste, quando un singolo lavoratore in un Guardian XO potrebbe semplicemente prendere lo stesso oggetto e spostarlo da solo.

La domanda ovvia a questo punto è se l’introduzione di esoscheletri motorizzati metterà le persone senza lavoro. Wolff insiste che non è la realtà del settore in questo momento, poiché il vero problema è trovare lavoratori qualificati da assumere in primo luogo. “Nessuno dei nostri clienti sta parlando di licenziare persone”, dice Wolff. “Tutti loro stanno parlando semplicemente di non essere in grado di produrre abbastanza dei loro prodotti o servizi per rendere felici i loro clienti”. Dovrebbe rendere felici anche i lavoratori. Wolff ci dice che hanno avuto “risposte entusiaste” dai lavoratori che hanno provato il Guardian XO, con la loro unica preoccupazione di sapere se l’esoscheletro può essere regolato per adattarsi a persone di diverse forme e dimensioni. Mentre le unità iniziali saranno regolabili per persone che vanno in altezza da 5’4″ a 6′, entro il prossimo anno, Sarcos promette che saranno abbastanza regolabili per coprire il 90% della forza lavoro americana.

Costo e disponibilità

“Non avremmo potuto rendere questo un prodotto economicamente fattibile tre anni fa”, dice Wolff. “Le dimensioni, la potenza, il peso e il costo di tutti i componenti che usiamo – tutto ciò è arrivato a un punto in cui questo è commercialmente fattibile”. Ciò significa, per Sarcos e le aziende con cui stanno collaborando, che ogni esoscheletro costa circa 100.000 dollari all’anno. Le unità alfa andranno alle aziende che possono permettersi almeno 10 di loro in una volta, e Sarcos invierà un ingegnere dedicato con ogni lotto. Il Guardian XO viene venduto come un servizio piuttosto che un prodotto – almeno per ora, è più un noleggio con supporto clienti dedicato. “L’obiettivo è che questo deve essere stupidamente semplice da gestire e utilizzare”, dice Wolff, aggiungendo che Sarcos si aspetta di imparare molto nei prossimi mesi una volta che gli esoscheletri inizieranno ad essere distribuiti. Le versioni commerciali dovrebbero essere spedite più tardi nel 2020.

Ho fatto in modo di chiedere a Wolff quando potrei essere in grado di affittare una di queste cose dal mio negozio di ferramenta locale per la prossima volta che devo muovermi, ma, purtroppo, lui non vede che questo accada molto presto. Sarcos ha ancora molto da imparare su come fare un business con gli esoscheletri, e preferisce mantenere le aspettative realistiche piuttosto che promettere a qualcuno un vestito di Iron Man. È troppo tardi per me, comunque – ho visto cosa può fare il Guardian XO. E ne voglio uno.