La terza tecnologia

Queste tecnologie sono spesso citate insieme, tuttavia vi sono profonde e marcate differenze:

La realtà aumentata è un arricchimento della percezione sensoriale umana con informazioni aggiuntive (bisogna precisare che a volte questo ‘arricchimento’ può consistere in una diminuzione delle informazioni che provengono dalla realtà, al fine di creare situazioni particolari, divertenti, di intrattenimento o anche di apprendimento) dunque consiste nel fornire (o detrarre) informazioni rispetto a quelle che l’uomo sarebbe in grado di percepire normalmente con i propri sensi. In genere fa uso di periferiche ‘semplici’ (occhialini, o anche un comune telefonino). Generalmente questa tecnologia rimane molto legata al dispositivo utilizzato e ai suoi limiti (ad esempio il piccolo schermo del cellulare)

La realtà virtuale è una vera e propria simulazione della realtà in cui l’utente interagisce in tempo reale mediante l’uso di computer e interfacce appositamente sviluppate. Tramite una serie di strumenti (descritti in seguito) si può riuscire a simulare veri e propri ambienti interattivi (a vari livelli) con un elevatissimo grado di coinvolgimento e immersione da parte del fruitore. Bisogna segnalare che in questa tecnologia manca totalmente l’interazione con lo spazio circostante (che anzi, spesso, è un elemento di disturbo). Le periferiche utilizzate fanno variare anche il grado di coinvolgimento e interazione, tra le più comuni possiamo trovare:

Visore: elemento cardine della realtà virtuale, è il mezzo con il quale si ottiene la simulazione visiva della realtà.  Normalmente sono caschi (es. Oculus, Vive) ma sono presenti anche occhiali che fungono allo scopo.

Auricolari: permettono la simulazione del suono, possono essere cuffie o un’altra uscita audio posta nei pressi dell’orecchio: entrambe le opzioni hanno i loro pro e i loro contro, un auricolare permette un maggiore isolamento dal contesto esterno (risulta quindi particolarmente utile in un contesto rumoroso) mentre la seconda soluzione (spesso) fornisce una percezione del suono più simile a quello ‘reale’ a patto che l’ambiente di utilizzo sia ben isolato.

Sistemi di tracciamento del movimento: ad esempio dei ‘telecomandi’ in grado di tracciare il movimento delle braccia nello spazio, tuttavia non permettono un feedback tattile (salvo, al più, una vibrazione)

Queste periferiche sono lei più comuni, utilizzate e di facile reperimento anche per utenze private.

Guanti: permettono la simulazione di sensazioni tattili.

Cyber tuta: avvolge tutto il corpo, può scansionare tutto il corpo dell’indossatore. Può permettere feedback tattili, fornire una migliore collocazione dell’utente nello spazio e permettere movimenti accurati nello stesso.

Gli ultimi due elementi sono periferiche altamente avanzate e non sono facilmente reperibili.

Le due tecnologie si possono differenziare per:

Livello di interazione: può essere multi-utente o a singolo utente

Grado di libertà: possiamo riconoscere tecnologie indossabili o non invasive

Le tecnologie sono dotate di interfacce che si possono distinguere per:

Grado di immersività: possono essere monitor (non immersiva) o ambienti immersivi (semi immersivi o totalmente immersivi).

Grado di interazione: possono essere multimodali (tipo di interazione che coinvolge più di un canale percettivo) o multisensoriali.

Si deve anche citare la Mixed Reality che cerca di integrare le due tecnologie per superare i loro limiti intriseci (ad esempio HoloLens, sviluppato da Microsoft permette di visualizzare le informazioni contenuto nel proprio campo visivo e contemporaneamente interagire con gli oggetti digitali, integrati nell’ambiente, che possono anche subire variazioni ed interagire con gli altri elementi).

L’immersione che queste tecnologie offrono può essere sia fisica che mentale, l’utente sente un senso di presenza nell’ambiente virtuale, inoltre sono importanti i concetti di self presence (L’utente percepisce di esistere all’interno dell’ambiente), object presence (percezione che gli oggetti sono 3D), feedback (visivo/auditivo/tattile, consiste nel riscontrare nell’ambiente quello che si sta facendo), interattività (ci si può muovere e interagire con l’ambiente).

Per quanto riguarda l’industria 4.0 gli usi sono svariati, riferendoci a un articolo ‘Augmented and virtual reality applications in industrial systems: A qualitative review towards the industry 4.0 era ‘ i principali impieghi si riscontrano nel ‘virtual training’ (22%) e nei servizi di manutenzione (19%).

In quest’ultimo settore è maggiormente utilizzata la tecnologia AR (specialmente Optical see-through), nei sistemi più avanzati, l’operatore non ha accesso solo a un database in cui sono contenute immagini e procedure standard, ma ha accesso a un servizio in cloud in cui è possibile scambiare opinioni online con esperti e avere a disposizione una documentazione aggiornata quasi in tempo reale.

Complessivamente nello studio vengono identificati i seguenti ambiti di applicazione:

- Controllo e diagnosi di errore negli impianti produttivi

- Sicurezza nei sistemi produttivi

- Miglioramento delle attività di pianificazione

- Design di prodotto

- Fornitura delle informazioni richieste a livello operativo e aziendale

- Miglioramento della cooperazione tra uomo e macchina

-  Training dei lavoratori per compiti complessi in modo più sicuro per aumentarne la produttività

Vi è stato un netto aumento di interesse negli anni tra il 2014 e il 2016, per poi subire un calo, mentre i paesi che più sono attivi sono gli USA e la Germania. Risulta interessante notare che l’aumento di pubblicazioni è coincidente con l’implementazione (in USA e Germania) dei concetti dell’industria 4.0.

Un dato curioso riguarda la distribuzione del tipo di pubblicazione, infatti ben il 69% è sotto forma di ‘conference paper’. Generalmente i ‘conference paper’ sono più veloci da diffondere e prevedono la possibilità di ricevere feedback più immediati rispetto alle normali pubblicazioni e inoltre sono più adatti anche come supporto ad eventuali trattative. Questo aspetto potrebbe indicare un maggiore interesse da parte delle industrie nel sondare il settore e studiare l’applicazione pratica di queste tecnologie per poterle impiegare il prima possibile nell’industria 4.0. Infine è una modalità (data la sua rapidità di diffusione e di feedback) che si presta maggiormente alla filosofia ‘agile’, rispetto alla classica pubblicazione scientifica.

Un interessante articolo di SangSu Choi analizza l’uso del VR per tipo di tecnologia nei vari momenti di progettazione, distinguendo anche i casi in cui è stata effettivamente impiegata dai casi in cui è stata proposta.

Le tecnologie VR vengono distinte in:

Expression (E): tecnologie legate alla sfera sensoriale (audio, tattile, visuale…).

Interaction (I): riguardante l’interfaccia uomo-computer.

Authoring (A): legata alla generazione di contenuti VR e a database di supporto.

Collaboration (C): legata a networking con partecipanti multipli, ad esempio tramite stanze virtuali e avatar.

Considerando un processo essenziale e importante nell’industria quale è l’NPD possiamo distinguere le seguenti fasi:

CD: concept design

SD: viene creata una distinta dei materiali (BOM), si può procedere a un primo test di assemblaggio

DD: analisi termodinamiche, strutturali…

TR: progettazione del processo, layout design, simulazioni legate alla produzione e ai task

PR: ulteriore fase di approfondimento legata ai task del TR

La tecnologia ha pochissime applicazioni nella fase DD, inclusa la parte di interazione (I) e collaborazione (C), è un risultato abbastanza in linea con quello che ci si aspettava dato che in quella fase la necessità di rappresentazione grafica è molto limitata e anche la comunicazione può avvenire in modo agevole con l’uso di indicatori numerici e tabelle.  Nella fase di processo SD il VR è massicciamente studiato e la maggioranza delle ricerche verte sull’utilizzo pratico. Le applicazioni CAD, fondamentali per il product design, si stanno orientando verso una implementazione forte e strutturata del VR, mentre in riferimento alle applicazioni CAE l’uso del VR è quasi totalmente assente.

Anche nelle fasi PR e TR le ricerche sull’implementazione del VR sono molto spinte e diversi articoli asseriscono la sua importanza, tuttavia però la maggioranza di tali ricerche fallisce nella fase di applicazione pratica. Il problema è in parte dovuto alla non-esistenza di standard e linee guida condivise, tuttavia lo studio suggerisce che in futuro potrebbero assumere un ruolo rilevante.

Dagli studi e dalle applicazioni degli stessi si può notare che le varie tecnologie del VR sono ormai mature e consolidate e l’attenzione nei loro confronti è alta. I costi e la complessità della stessa sta scendendo rendendo più facile la sua implementazione e il suo uso.  Probabilmente in futuro, acquisterà un ruolo di maggiore importanza in quanto si pensa che alle linee di produzione fisica, saranno affiancate vere e proprie ‘virtual factories’ in grado di rispondere in tempo reale.  Il VR entrerà anche nei processi produttivi e non solo nel ‘product design’.

Per quanto riguarda l’AR la situazione è più avanzata, anche in letteratura si trovano molti più articoli e riferimenti. L’AR è infatti più immediato e di più semplice realizzazione tecnica, tuttavia non per questo meno importante all’atto pratico.

In un articolo, Fabian Quint, studia l’introduzione dell’AR nell’industria. In particolare nota che vi è stato un marcato aumento dell’uso di questa tecnologia negli ultimi anni, questo anche grazie a studi empirici che hanno dimostrato una riduzione dei costi e dei tempi assegnati ai task.

Nei prossimi anni è previsto un aumento delle applicazioni basate sull’AR, contemporaneamente più dispositivi pensati per l’AR in applicazioni industriali (Epson Moverio Pro BT-2000) sono in fase di rilascio.

Per ora l’utilizzo e i test sull’uso dell’AR sono ad appannaggio di grandi industrie con elevate possibilità economiche, ma si spera che a breve saranno accessibili anche ad aziende di dimensioni medio-piccole.

Attualmente le aziende dispongono di molti device con accesso a internet, generalmente però, la maggioranza è rappresentata da PC Desktop e sono in generale impiegati per usi di ricerca di informazioni o per comunicare con l’esterno. I device innovativi sono pochi (3%), tuttavia le aziende continuano a produrre nuovi device con interfacce semplificate, si spera quindi che questa possa essere un ulteriore molla per la diffusione di queste tecnologie. Una cosa curiosa, ma emblematica, è che da questo studio emerge che pochissime aziende utilizzano device (compresi i classici) per il training e il miglioramento continuo del personale, questo fa nascere due problemi: il personale non può usufruire di alternative molto valide per la propria formazione e le aziende produttrici di questi device non riescono ad avere un feedback per migliorare o creare nuovi prodotti.

Le applicazioni più frequenti nell’industria risultano essere:

- Progettazione di impianti e produzione: supporto di progettazione di macchine in loco presso il cliente.

- Picking: assistenza per i dipendenti nella logistica (es. smart glasses)

- Visualizzazione basata sull’AR di manuali di istruzioni dettagliati

- Supporto da remoto

Molte volte queste tecnologie sono ancora in fase di prototipo nelle aziende, ma sembra stiano riscontrando pareri positivi e molto entusiasmo.

Il fattore più limitante, seppur in maniera minore rispetto al VR, è la necessità di avere personale qualificato ed apposito per creare applicazioni e materiale che sfrutta l’AR. Al momento la più grande sfida è quella di riuscire a semplificare queste procedure rendendo anche alcuni aspetti generati automaticamente.

Nonostante questi problemi, il personale approva l’uso di queste tecnologie e specialmente gli ingegneri che si occupano di manutenzione seguono con attenzione e interesse l’evolversi della situazione. Questo è molto positivo, perché potrebbe fungere da ulteriore spinta alla ricerca e all’applicazione di queste soluzioni.

La ricerca di applicazioni AR è molto in fermento e tocca differenti aspetti collegati all’industria 4.0.  Tra le applicazioni più moderne e interessanti, in questa sede esamineremo più nel dettaglio l’AR applicata alla manutenzione, all’assembly, al disassembly e alla maggiore attenzione per l’uomo nell’industria.

Come prima accennato l’AR sta riscuotendo un discreto successo nel campo della manutenzione, tuttavia finora è stata riposta una scarsa attenzione verso gli operatori in termini di ergonomia e usabilità.