• Cognitive Robotics And Human Human Interaction Group 7978 9246
  • DTI 1 RBCS5 4963 749x388 © 2016 IIT 5119
  • Glassense L
  • Icub Ombre Cinesi L
  • New Wristbot L
  • RBCS Web Gallery 10965
  • RBCS Web Gallery 10966
  • RBCS Web Gallery 10967

L’attività dell’Unità di Ricerca “Robotics, Brain and Cognitive Sciences” (RBCS), ruota attorno allo studio dell’interazione fra umani e robot a partire dallo studio dei sistemi percettivi, motori e cognitivi del cervello umano. Questo approccio si articola in tre tematiche di ricerca principali: i) robotica umanoide con focus sullo studio delle capacità cognitive; ii) studio del comportamento umano e dei protocolli di riabilitazione, con particolare interesse al legame tra azione e percezione; iii) studio dell’interazione e della comunicazione uomo-macchina con focus sulla cooperazione basata su comprensione reciproca delle azioni (intelligenza sociale). Il fattore comune è l’interesse per lo studio dell’apprendimento e dello sviluppo sensoriale motorio e cognitivo nei sistemi biologici e della loro trasposizione in sistemi artificiali (robotica dello sviluppo).

L'attività di ricerca si sviluppa intorno ad un insieme di valori. Il valore scientifico è generato dall’avanzamento della conoscenza di noi stessi ottenuto dallo studio delle abilità motorie, percettive e cognitive dell’uomo e attraverso lo sviluppo di modelli esplicativi di tali attività e sul loro utilizzo nella progettazione di robot umanoidi (embodiment). Il valore tecnologico è prodotto a partire dai risultati scientifici mediante lo sviluppo di nuovi strumenti e tecnologie in tre aree: i) Hardware e software per la robotica e l’intelligenza artificiale; ii) Strumenti per la valutazione quantitativa della performance sensoriale e motoria in persone con diverse abilità; iii) Strumenti e protocolli per la riabilitazione sensoriale e motoria. Il valore sociale è determinato dall’impiego delle tecnologie assistive e riabilitative, mirate a facilitare l’inclusione sociale e la qualità della vita in particolare dei componenti più deboli della nostra società.
Una rete di collaborazioni formalizzate e di laboratori condivisi con centri clinici valida questa catena del valore.

L’Unità di ricerca RBCS fa suo il concetto di interdisciplinarietà ospitando e promuovendo collaborazioni tra ricercatori con preparazioni molto diverse che condividono un interesse a produrre i suddetti valori scientifici, tecnologici e sociali.

Attività

I ricercatori di RBCS condividono un’infrastruttura di ricerca che supporta studi psicofisici, comportamentali e neurofisiologici basati su set-up sperimentali che includono strumenti per la registrazione del movimento, piattaforme di forza, apparecchiature per stimolazione magnetica transcranica (TMS) e registrazione elettofisiologica (EEG, e EMG). Un robot umanoide iCub completo è disponibile per esperimenti di robotica cognitiva e per studi di interazione uomo–robot. Set-up, protocolli e strumenti custom per la riabilitazione sono sviluppati dalle facilities meccanica ed elettronica. Studi clinici per la validazione di protocolli riabilitativi sono condotti nei vari laboratori condivisi localizzati all’interno di centri clinici e attraverso collaborazioni nazionali ed internazionali.

L’attività di ricerca si articola in quattro rami, dove non mancano margini di sovrapposizione e cooperazione:

Il gruppo di Motor Learning, Assistive and Rehabilitation Robotics si occupa di robotica e tecnologie di interazione applicate alle neuroscienze e alla neuroriabilitazione. In particolare la ricerca si articola in tre attività: lo sviluppo di meccatronica d'avanguardia per migliorare l'interazione uomo-robot con particolare attenzione alla riabilitazione assistita da robot; lo studio della plasticità neurale che permette l'apprendimento delle abilità motorie e sensoriali nell'uomo; l'integrazione delle tecnologie negli ambienti clinici e domestici attraverso lo sviluppo di standard valutativi.

Lo scopo scientifico della ricerca del gruppo è di approfondire i meccanismi motori e sensoriali sui quali si basa l'interazione tra esseri umani. L'obiettivo è di sviluppare robot in grado di interagire naturalmente con le persone nella vita di tutti i giorni. La particolarità del nostro approccio è che i robot non sono solo lo scopo delle nostra ricerca, bensì sono utilizzati come strumento per analizzare in modo controllato e ripetibile l’interazione sociale.

La nostra attività di ricerca si focalizza sulla percezione aptica (tattile e propriocettiva), il controllo della forza delle dita nell'atto dell'afferrare e, più in generale, interazione fisica con oggetti o persone. Il nostro laboratorio ha sviluppato diversi strumenti basati sulla robotica e sulle tecnologie sensoriali per testare abilita percettive umane. Abbiamo una ampia esperienza nell’analisi della dinamica e cinematica del movimento, nelle tecniche comportamentali e psicofisiche e la modellizzazione dei processi percettivi e decisionali. Il gruppo è coinvolto in vari progetti che puntano ad introdurre queste tecnologie a case, alla scuola ed in altre attività comune.

La ricerca è focalizzata sulla disabilità sensoriale, in particolare su come sia possibile compensare la mancanza di informazione dovuta a carenze sensoriali parziali o totali. L’obiettivo è quello del potenziamento delle sensorialità anche oltre le normali capacità. Ciò tramite la costruzione e l’uso di tecnologie principalente dedicate a conoscere meglio l’ambiente o a interagire meglio con le persone intorno a noi. Il risultato finale mira a ridurre il digital divide e a migliorare l’inclusione sociale.

La ricerca si concentra su tre temi principali:

Sostituzione sensoriale: quanto la conoscenza dello spazio intorno a noi dipende dall'esperienza visiva? Approfondiamo i correlati neurali e comportamentale della rappresentazione tattile dello spazio in assenza di visione (per esempio in persone cieche e ipovedenti).

Strumenti haptici portatili: è possibile esperire una ‘realtà virtuale tattile’?? Studiamo come l'informazione possa essere codificata, descritta e compresa atraverso tecnologie di stimolazione tattile a basso costo.

Sensorialità aumentata: E' possibile migliorare lo spazio sonoro percepito in persone con difficoltà uditive? Studiamo come la stimolazione acustica binaurale può essere usata in contesti dove la perdita di udito impedisce una corretta consapevolezza spaziale.

Laboratori

  • TMS LAB (Transcranial Magnetic Stimulation Laboratory) equipaggiato con stimolatore MagStim Rapid2 e Bistim. Power 1401 Interfaccia di acquisizione dati ad alte prestazioni (Cambridge Electronic Design).
  • EEG LAB (Electroencephalography Laboratory) equipaggiato con BrainAmp a 64 canali e due BioSemi a 64 canali.
  • MOCAP LAB (Motion Capture Laboratory) con dieci camere a infrarossi (VICON), tre piattaforme di forza (AMTI), EMG Wireless a 32 canali (COMETA) e OPTOTRAK CERTUS (NDI) - strumentazione per il motion capture con makers attivi nell'infrarosso.
  • HRI LAB (Human-Robot Interaction Laboratory) equipaggiato con un robot umanoide modello ICub.
  • HPL LAB (Haptic Perception Laboratory) fornito di interfacce tattili commerciali e personalizzate per lo studio della percezione e della riabilitazione umana.
  • EYETRACKING LAB con EYELINK II (SR Research) strumentazione indossabile per il monitoraggio della direzione dello sguardo.
  • REHAB LAB equipaggiato con un manipolatore bimanuale/diadico per la spalla e il gomito (Braccio di Ferro 2), tre manipolatori per il polso (WRISTBOT)e altri dispositivi aptici custom usati per esperimenti di interazione fisica uomo-robot.

Progetti

  • Il progetto ALLSPEAK (Automatic Speech Recognition App for Amyotrophic Lateral Sclerosis Patients), fornito da AriSLA, mira a permettere ai pazienti di Sclerosi Laterale Amiotrofica di esprimere verbalmente i propri bisogni primari durante il decorso della loro patologia. Il sistema utiizza tecniche di apprendimento per adattarsi alle capacità del paziente e allo stato delle sue capacità verbali residue - PI: Alberto Inuggi
  • Il progetto BLINDPAD (finanziato dalla Commissione Europea, 2014-2017) si propone di superare le difficoltà per le persone con disabilità visive nella fruizione di contenuti grafici digitali. Il senso del tatto è fondamentale per superare le limitazioni visive, comprendere i concetti astratti e acquisire informazioni riguardanti l'ambiente circostante. L'obiettivo del progetto è di rendere accessibile i contenuti digitali alle persone non vedenti tramite una tavoletta tattile.
  • Il progetto GLASSENSE (finanziato dalla regione Liguria, 2014-2016) mira a costruire nuovi strumenti in grado di assistere persone con problemi uditivi o visivi nella vita di tutti i giorni. Lo scopo è migliorare la consapevolezza dello spazio circostante tramite stimoli acustici e tattili indossabili.
  • TAMO è un dispositivo tattile a forma di mouse in grado di far toccare oggetti virtuali tramite la punta del dito, grazie all'uso di un solo attuatore. il sistema sfrutta la percezione cosiddetta aptica e aiuta nello sviluppo di mappe cognitive. E’ contestuale il progetto Teletatto finanziato da Vodafone Digital for Social (2016-2017) . Gli obiettivi sono il miglioramento di metodi di riabilitazione, orientamento e la mobilità per persone non vedenti, l'educazione e il divertimento.
  • Il progetto di scambio CODEFROR (COgnitive Development for Friendly RObots and Rehabilitation) mira allo studio di alcuni aspetti dello sviluppo cognitive umano con il duplice scopo di sviluppare robot in grado di interagire in modo amichevole con gli essere umani e di progettare nuovi strumenti e protocolli per la riabilitazione.
  • Il progetto PACE (Perception and Action in Complex Environments) è finanziato dalla Commissione Europe e coordinato dall’Istituto delle de Neuroscienze de la Timone, Marsiglia. Il progetto finanza le borse di studio di due dottorandi per RBCS. L’obbiettivo del progetto per RBCS è di capire meglio come umani e robot possono manipolare oggetti complessi come i oggetti articolati.
  • Io progetto WeDraw è finanziato dalla Commissione Europe (Horizon 2020 No. 732391) and e coordinato dall’Unita IIT U-VIP. Il progetto punta a sviluppare giochi multimodali per insegnare concetti matematici e geometrici nelle scuole elementare. Per questo progetto, RBCS sviluppa una piattaforma aptica per dare un feedback di forza ai bambini.

Collaborazioni

  • U-VIP (M. Gori)
  • Università di Osaka (Y. Nagai, M.Asada)
  • University of Genova (A. Bisio, F. Odone, A. Verri, N.Noceti)
  • Università di Heriot-Watt (K. Lohan)
  • Università Northwestern (F.A. Mussa Ivaldi)
  • Collaborazione con l’Università di Genova (M. Casadio) per il controllo motorio e la neuroriabilitazione.
  • Università di Paderborn (K. Rohlfing)
  • Università di Lethbridge (M. Tata)
  • Università di Rio Grande do Sul (A. Maciel)
  • EPFL (H.Shea)
  • Collaborazioni con Osaka University (T. Nomura), Manchester Metropolitan University (I. Loram) e Brock University (M. Holmes) per lo studio di modelli di meccanismi di controllo motorio.
  • Collaborazioni con San Francisco State University (C. L. Hughes), Nanyang Technological University (L. Masia) e University of Minnesota (J. Konczak) per la riabilitazione robotica.
  • Joint Lab con l’Ospedale Pediatrico Gaslini (P. Moretti) sulla Riabilitazione e la Valutazione Robotica per bambini con disordini neurologici.
  • Collaborazione con l’Ospedale San Martino/Dinogmi (G. Abbruzzese) sulla Riabilitazione e la Valutazione Robotica per adulti con disordini neurologici.
  • Joint Lab con il Centro di Riabilitazione Motoria dell’INAIL (P. Catitti) sulla Riabilitazione Robotica per pazienti ortopedici.
  • Fondazione David Chiossone” per ciechi e ipovedenti (Elena Cocchi)