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Realtà virtuale e aumentata: vantaggi e opportunità nello shipping

Analisi e prospettive delle nuove tecnologie che avranno un grande impatto economico, culturale e sociale nell’industria cantieristica

Luca Fengone, Irene Zampini
6 minuti di lettura

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Nel 1994, Paul Milgram e Fumio Kishino pubblicano "A Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays" introducendo in letteratura il concetto di virtuality continuum; una scala che unisce i poli opposti, e apparentemente antitetici, di realtà reale (costituita da ambienti appartenenti al mondo reale) e realtà virtuale (costituita da ambienti sintetici totalmente prodotti in computer grafica), attraverso il concetto di Realtà mista (MR – Mixed Reality) passando rispettivamente per la realtà aumentata (AR – Augmented Reality) e quella virtuale (VR – Virtual Reality) senza soluzione di continuità.

Per complicare le cose, il marketing globale ha introdotto un’altra realtà: quella estesa (XR – Extended Reality) e un certo filone cinematografico ha attinto a piene mani da questi concetti per portarli alla ribalta. Minority Report, Iron Man e Ready Player One, solo per citarne alcuni, hanno fatto largo uso di effetti speciali per rappresentare la realtà aumentata e la realtà virtuale nella cultura popolare. Anche la realtà mista (MR) ha avuto la sua quota di rappresentanza grazie al supercattivo Mysterio che usava droni per proiettare scene illusorie, così distopiche da ingannare intere città, nel blockbuster Spider Man: far from home. Ma quanto c’è di reale nella concezione popolare di queste tecnologie e quanto è possibile fare oggi sul serio? Cerchiamo di fare chiarezza.

Prima di tutto un paio di definizioni chiave: la Extended Reality (XR) si riferisce a tutti gli ambienti reali e virtuali generati dalla tecnologia informatica e dai dispositivi indossabili.

La 'X' è una variabile comune che può stare per 'V' in caso di Realtà Virtuale, 'A' in caso di Realtà Aumentata e 'M' per Realtà Mista.

La Realtà Virtuale include tutte le esperienze completamente immersive che usano contenuti puramente sintetici generati dal computer.

La Realtà Aumentata è una sovrapposizione di contenuti digitali sul mondo reale che può interagire con esso. AR non fornisce necessariamente alcuna forma di occlusione tra contenuto digitale e mondo reale.

La realtà mista (MR) sovrappone contenuti digitali, ancorati al mondo reale, che interagiscono con esso in termini di occlusione e logica, quindi, ha un potenziale interattivo rivoluzionario perché l’esperienza è profondamente caratterizzata da questo effetto. La realtà mista amplia il concetto di interazione reale/virtuale attraverso processi di occlusione parziale e selettiva dove gli oggetti digitali, generati dal computer, possono essere oscurati da oggetti nell'ambiente fisico o viceversa, come un animale virtuale che passa dietro una sedia o una cabina di pilotaggio reale che occlude uno scenario digitale.

Gli analisti concorrono nel considerare la Realtà Aumentata come una delle tecnologie dirompenti che potrebbero avere un incredibile impatto economico, culturale e sociale nei prossimi cinque o dieci anni, seguendo un percorso del tutto simile a quello degli smartphone, per questo i giganti della tecnologia investono cifre da capogiro nel tentativo di arrivare per primi su un mercato ancora aperto ma già contestato da player aggressivi.

La corsa tecnologica è guidata da necessità molto particolari come il fattore di forma; nessuno si sentirebbe a proprio agio camminando con un gigantesco visore in testa; quindi, è necessario racchiudere tutta la tecnologia in un contenitore simile a un occhiale tradizionale. Un’altra attività critica di ricerca si concentra sull’usabilità per definire nuovi modi di interagire con tutte le funzioni che oggi associamo alla telefonia mobile.

La tecnologia sta evolvendo lentamente in armonia con questi vincoli progettuali che costituiscono il vero nocciolo del problema per dispositivi che mirano ad essere impiegati quotidianamente. In ambito industriale invece la Realtà Aumentata trova una ragione d’essere, molto diversa dalla sua natura ludica più conosciuta, perché calza perfettamente con efficaci paradigmi di progettazione come parte delle tecnologie abilitanti per industria 4.0 (I4.0), insieme ai più noti cybersecurity, internet of things (IOT), cloud computing, system integration, simulation, additvie manufactoring, autonomous robots e big data. Queste tecnologie si mescolano per generare un valore che va ben oltre alle implementazioni singole e i sistemi di visualizzazione indossabili sono determinanti nel fare da ponte tra tecnologia, informazioni ed essere umano.

CETENA, facendo parte del Competence Center START 4.0, ha maturato competenze specifiche grazie al progetto CYMON, volto alla realizzazione di un sistema in realtà aumentata che interagisce con un digital twin, replicando in tempo reale le condizioni di un’infrastruttura, appoggiandosi ad una rete di sensori, per consentire processi di manutenzione ottimale. Il progetto ha chiarito i casi e le dinamiche fondamentali di interazione tra l’uomo e la realtà aumentata, fornendo preziose informazioni circa l’usabilità dei visori indossabili in relazione all’ambiente nei quali sono chiamati ad operare quotidianamente. L’esperienza ci ha insegnato che oggi, per limiti tecnologici, ancora lontani dall’essere superati, il settore vede due scenari distinti di impiego per i dispostivi e la conseguente necessità di specializzare le piattaforme di sviluppo su due rispettivi filoni.

Il primo scenario si concretizza quando l’operatore trova contesti molto sfidanti, caratterizzati da sollecitazioni ambientali che impongono scelte progettuali vincolanti. I dispositivi destinati ad operare in queste condizioni usano tipicamente display a guida d’onda con campi visivi fino a 40°. Si tratta di un sistema efficiente che garantisce la necessaria autonomia per sostenere diverse ore di lavoro e contenere le dimensioni complessive dell’apparato.

Il secondo scenario si concretizza quando l’operatore trova contesti di laboratorio poco sfidanti, in termini ambientali, ma incredibilmente pesanti per quanto riguarda la potenza di calcolo necessaria ad ottenere la fedeltà visiva richiesta. In questo caso vengono usati visori indossabili apicali dotati di microproiezione stereoscopica, ad esempio, in tecnologia MEMS Laser display.

Oggi, in seguito a nuove opportunità e scenari di mercato, CETENA ha deciso di partecipare a nuovi progetti e sviluppare prodotti per sfruttare le attuali tecnologie AR, compiendo una significativa evoluzione verso una soluzione per dotare l’operatore sul campo di device intelligenti con l'obiettivo di interagire, in modo consapevole, con il mondo che lo circonda. Il prodotto in sviluppo si chiama XGEAR e prevede il riconoscimento di qualsiasi componente visibile all’operatore sul campo per riprodurre contestualmente informazioni utili allo svolgimento delle necessarie operazioni grazie a sovraimpressione di contenuti direttamente nel campo visivo dell’operatore, impegnato nello svolgimento dell’attività. Le informazioni necessarie per un dispositivo ad uso industriale sono eterogenee e spaziano dal frammento di testo a interi documenti, da immagini a video e, potenzialmente, a qualunque contenuto multimediale ritenuto utile. Oltre a consentire agli operatori sul campo di estrarre le informazioni importanti, con la massima velocità, dall’ambiente circostante, il fatto di avere le mani libere è una grande opportunità; anche un dispositivo mobile tradizionale, dotato di telecamere, potrebbe essere impiegato in questo scenario, ma andrebbe comunque mantenuto in posizione per inquadrare un oggetto, compromettendo la sicurezza e limitando i movimenti.

Una piattaforma indossabile costituisce anche un passo avanti nel settore della telepresenza. In seguito alle recenti evoluzioni tecniche, soprattutto nel settore delle telecomunicazioni e alle conseguenze dello scenario pandemico che abbiamo imparato a conoscere, nostro malgrado, il trasferimento delle persone nei luoghi d’intervento o ispezione, nella maggior parte dei casi, non è più una scelta percorribile, non solo per ragioni economiche ma anche per ragioni di sicurezza. Un esperto remoto può vedere con gli occhi dell’operatore locale e indicare come agire in virtù di una comprensione profonda delle condizioni contestuali. Per rispondere a questo requisito è necessaria un’architettura che prevede tanto visori indossabili industriali quanto un’applicazione tradizionale per gestire i dispositivi e le informazioni, efficientando raccolta e organizzazione dei contenuti. Questa architettura produce un’esperienza utente ridondante e svincola il dispositivo indossabile, per quanto possibile, dalla necessità costante di rete.

Nella roadmap di sviluppo confluiscono tutti i progetti di ricerca in essere, oltre a quelli passati, per garantire al sistema un respiro più ampio perché, quando tutto il materiale necessario viene precaricato nel visore indossabile, l’applicativo può letteralmente camminare con le proprie gambe e posizionare le informazioni direttamente sull’utente finale. È chiaro che all’aumentare delle potenzialità aumenti anche il numero di tecnologie abilitanti impiegate e, quando il dispositivo è chiamato a interagire con l’intero ecosistema tecnologico, diventa naturale assumere una concezione più ampia, distribuita e stratificata di applicativo indossabile, ragionando in termini di IOT, cloud computing, big data, ecc.

Per questo CETENA sta approfondendo l’integrazione tra i dispositivi indossabili e la sensoristica da campo nel progetto A4S.

In ambito sicurezza in cantiere, per quanto riguarda l’anticollisione tra uomini e mezzi, è allo studio una soluzione dove l'operatore in attività di movimentazione merci su diversi veicoli specializzati, grazie al supporto indossabile collegato ad antenne e sensori, riceve, in tempo reale, informazioni riguardanti la presenza di operatori che lavorano a terra e di eventuali ostacoli nell'area circoscritta alla manovra. L‘operatore avrà la possibilità di ricevere avvisi e allarmi localizzati di ostacoli e/o di altra emergenza, come ad esempio un allarme “uomo a terra “. Sul tetto del veicolo è installato uno specifico hardware dotato di un'antenna, ad esempio in tecnologia Bluetooth Low Energy AoA (Angle of Arrival), contenente un piccolo server per l'elaborazione dei dati e alimentata tramite batteria dello stesso veicolo.

Ciascun operatore sarà munito di un dispositivo indossabile WeTAG, dotato di grande autonomia e facilmente ricaricabile tramite semplici cavi USB. Questi sensori scambiano informazioni a radio frequenza con l'antenna montata sul veicolo. Il server all'interno dell'antenna calcola l'angolo di arrivo del segnale e ne stima la distanza di comunicazione.

Il dispositivo del pilota sul veicolo è dotato di un'interfaccia intuitiva che visualizza le bolle di sicurezza, per preallarme e allarme, che si differenziano in termini di rischio e pericolo. Il dispositivo indossabile dell'operatore a terra mostra informazioni complementari che rappresentano sia la prossimità e direzione del veicolo nelle vicinanze sia la mappatura delle aree di pericolo / rischio attraverso il principio delle bolle. Questo processo evita la localizzazione assoluta del lavoratore perché è generato localmente tra i soggetti direttamente interessati in un settore di poche decine di metri nel rispetto della privacy.

Per quanto riguarda la verifica uomo a terra vengono usati gli stessi dispositivi indossabili WeTAG abilitando la gestione della piattaforma inerziale in modo da rilevare possibili cadute, svenimenti, perdita di sensi. È possibile, inoltre, attivare allarmi volontari tramite apposito tasto SOS, abilitando il GPS esclusivamente a seguito di un evento di emergenza, escludendo problematiche di privacy, per geolocalizzare l'allarme.

Oltre alle applicazioni da campo, CETENA sta approfondendo anche applicazioni da laboratorio che fanno uso di Ologrammi. Un sistema olografico riproduce nella realtà oggetti virtuali trasferendo un particolare senso di realismo e profondità, garantito da tecnologie di visualizzazione all'avanguardia. Un sistema AR di questo tipo è impiegabile tanto per introdurre i nuovi lavoratori quanto per guidare quelli esperti; per capire lo scenario possiamo pensare a utenti di particolari macchine che possono muoversi liberamente attraverso i luoghi reali dove le macchine stesse andranno installate, per effettuare familiarizzazione, sopralluoghi e valutazioni di fattibilità o usabilità.

La tecnologia olografica basata su dispositivi indossabili incrementa velocemente le competenze individuali e quelle di gruppo perché contestualizza le informazioni in uno spazio tangibile potenzialmente condiviso, che aumenta la coscienza situazionale in modo naturale e intuitivo. Questa esperienza è preclusa ai sistemi VR tradizionali che, pur disponendo di modalità multigiocatore molto collaudate, traggono il massimo vantaggio dalla visualizzazione immersiva che isola l’utente finale in un modo realistico ma non reale. L'era della realtà aumentata è solo agli inizi, tutto dipende dalla direzione del mondo della ricerca e sviluppo ma il potenziale è chiaramente enorme; un giorno il mondo reale e quello virtuale saranno completamente connessi da questi sistemi.#

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