Un cervello sintetico potrebbe rendere più accessibile l’automazione della produzione manifatturiera?
Immaginiamo un futuro in cui chiunque abbia un sogno possa facilmente trasformarlo in un prodotto fisico. Un futuro in cui per rendere reale il sogno basti comunicare ciò che si desidera attraverso le parole. Senza bisogno di una laurea in ingegneria o disegno industriale né di esperienza manifatturiera: solo un’idea.
Questo può accadere (e accadrà), ma prima di tutto devono cambiare alcune cose, a cominciare dall’accesso all’automazione della manifattura.
Attualmente, l’automazione è un privilegio riservato ai grandi produttori che dispongono, per dirla in parole povere, di enormi quantità di denaro. Queste organizzazioni dominano la produzione perché hanno le risorse per investire nei mezzi di automazione. Non stupisce forse che il costo dell’automazione vada ben oltre il prezzo delle apparecchiature stesse: più che dall’hardware, quasi tre quarti delle risorse impegnate sono assorbite dalla lunga, dispendiosa e laboriosa integrazione di processo. Ciò comprende configurazione, formazione, certificazione, manutenzione e risoluzione dei problemi, necessarie per far funzionare efficacemente il sistema di automazione.
Questo ecosistema, così radicato, ha impedito la diffusione dell’automazione, riservata ai produttori che varcano la soglia dell’integrazione dei processi. L’automazione non deve avere costi proibitivi, quindi è necessaria un’azione di rottura per espugnare la roccaforte dell’integrazione e rendere l’automazione veramente democratica, nel senso che tutti, anche il negozio più piccolo, possono adottarla. Il modo per arrivarci è creare un cervello sintetico.
Cos’è il cervello sintetico?
Il cervello sintetico è una combinazione di hardware e software che, in sostanza, è in grado di ricreare uno degli aspetti più interessanti dell’essere umano: la capacità di apprendere dall’esperienza. I componenti del cervello sintetico attivano un ambiente di cognizione, analisi e raccolta dati che permette a un robot dotato di cervello sintetico di riprogrammare se stesso, o “ricablare” i suoi circuiti cerebrali, nel giro di poche ore.
Il cervello sintetico comprende tre parti – hardware, software e sensori – per creare l’ecosistema perfetto. I sensori sono gli occhi e le orecchie che raccolgono i dati, elaborati dall’hardware. E il software computazionale, che è l’intelligenza artificiale (AI) sotto forma di apprendimento approfondito, può quindi registrare tutte le nuove esperienze acquisite, aggiungerle alla sua memoria, imparare da quelle esperienze e usarle per informare i compiti futuri. D’un tratto, il robot industriale non è più una macchina monoscopo che deve essere preprogrammata.
Come funziona il cervello sintetico?
La chiave del cervello sintetico è un chip adattabile chiamato field-programmable gate array, o FPGA. Si tratta essenzialmente di un circuito integrato con una serie di blocchi programmabili che possono essere configurati in base alle necessità sul campo. Sebbene gli FPGA siano in circolazione dalla metà degli anni ’80, fino a tempi recenti sono risultati estremamente difficili da programmare e quindi poco utilizzati. Ma grazie agli ingenti investimenti di colossi del calibro di Microsoft, adesso gli FPGA presentano un’interfaccia migliorata che li rende più semplici da programmare, o “istruire”, e decisamente più accessibili.
L’FPGA funziona così: nei primi mesi di utilizzo di un robot dotato di cervello sintetico, la macchina acquisisce costantemente nuove esperienze sulla base dei vari compiti che le vengono affidati; il robot impara attraverso la pratica, come un bambino. Durante questo periodo, potrebbe essere necessario riorganizzare l’hardware per renderlo più efficace, senza però doverne acquistare di nuovo, perché l’FPGA è programmabile. Si tratta di un processo simile alla capacità del cervello umano di essere “ricablato” in base all’esperienza che si acquisisce ogni giorno.
Il componente software è l’intelligenza artificiale sotto forma di apprendimento approfondito. A tutt’oggi, l’intelligenza artificiale si limitava a focalizzare l’attenzione sulla soluzione di un unico problema. Ciò significava che, il più delle volte, non si poteva applicare quell’intelligenza a situazioni diverse da quella per cui era stata designata. Ma non è così che funziona il cervello umano. Il nostro cervello è capace di assimilare all’infinito qualsiasi esperienza e di estrapolarla in un altro scenario, sfruttando ciò che ha imparato e applicandolo in un contesto completamente diverso. Fortunatamente, l’AI ha progredito al punto che può funzionare anche in questo modo.
Poiché il cervello sintetico naviga nell’AI, non si affida alla cloud. Anzi, cataloga in continuazione, impara facendo tesoro dei dati del sensore che arrivano ininterrottamente, aiutando il robot a capire l’ambiente che lo circonda e a comprendere l’essere umano. L’intelligenza artificiale trattiene le informazioni che ritiene importanti e dimentica ciò che non è rilevante, utilizzando un bottleneck, un collo di bottiglia, per filtrare i dati. L’intelligenza artificiale dell’apprendimento profondo riprogramma la rete FPGA a seconda delle esigenze per preparare il robot a nuovi compiti.
Democratizzare il futuro della produzione manifatturiera
Per la produzione manifatturiera, ciò significa che con un solo robot dotato di cervello sintetico, chiunque può produrre quasi tutto, in qualsiasi quantità, poiché il robot può adattarsi e riprogrammarsi da solo. La fabbrica tradizionale non è più necessaria; l’unico spazio necessario è quello per ospitare la cella robotizzata. O meglio ancora, l’integrazione dei processi diventa una cosa d’altri tempi, perché tutte le conoscenze provengono dal cervello sintetico.
Armato di queste conoscenze, il robot può affrontare qualsiasi compito, avendo la capacità di scegliere come stendere un materiale, creare una lama, un’ala, una colonna e così via. Questo perché tutta la fisica è risolta al suo interno, compresa la capacità di lavorare con materiali diversi, dall’acciaio, al polimero, alla fibra, pur rimanendo nella stessa cella. Il robot è adattabile, non più limitato a prendere e collocare pezzi.
Questo robot probabilmente non ha l’aspetto dei robot industriali delle fabbriche di oggi. È più leggero, più flessibile e richiede molta meno energia per funzionare, proprio come il corpo umano che non richiede una grande potenza fisica per muoversi. Il robot a energia cerebrale sintetica è essenzialmente un’interfaccia grafica capace di comunicare con noi umani, parlando la nostra lingua e riproducendone il linguaggio del corpo e le espressioni facciali. Nel complesso, tutto ciò aiuterà il robot a comprendere appieno se l’artefatto che costruisce corrisponde all’idea che noi abbiamo in mente.
In realtà ciò che acquisteremo in futuro è proprio quella comunicazione tra uomo e robot, non un software o una macchina. Compreremo la conoscenza, per comunicare e risolvere i problemi dal momento stesso in cui acquisteremo il robot, senza bisogno di formazione. In un attimo, i mezzi di automazione della produzione sono messi a disposizione di chiunque.
Portare il cervello sintetico online
La tecnologia a cervello sintetico è possibile solo perché l’hardware è finalmente più accessibile, l’intelligenza artificiale ha fatto progressi nell’apprendimento monofunzionale e i sensori sono decisamente convenienti. Ma perché la tecnologia prenda davvero piede, i grandi e piccoli produttori devono essere aperti all’innovazione, accettare nuovi modi di apprendere e lavorare, e accogliere con favore lo scompiglio. Questa tecnologia offre l’opportunità di sentirsi a disagio, di perdere il ritmo prudente così spesso associato all’industria.
La ricerca sul cervello sintetico è in corso e, quest’anno, il mio team di Autodesk dimostrerà che un singolo robot dotato di cervello sintetico può ricablare se stesso per produrre tre diversi componenti: uno per il settore aerospaziale, uno per l’edilizia e uno per il settore automobilistico. Questo robot mostrerà di aderire perfettamente alle conoscenze che ha raccolto e di essere in grado di adattare tali conoscenze ai diversi compiti che gli viene chiesto di eseguire.
A mio parere, questo sistema inizierà a decollare nei prossimi quattro-cinque anni. Nel frattempo, sarà sempre più chiaro che un’innovazione come il cervello sintetico sarà necessaria per risolvere i problemi interdisciplinari tra progettazione, costruzione e produzione di domani. Con l’automazione a disposizione di tutti, chiunque, dagli ingegneri meccanici, ai filosofi, ai biologi, può produrre soluzioni praticabili a questi problemi. Ha solo bisogno di iniziare con un sogno.