Fraunhofer IPA sviluppa analisi standardizzate per criteri rilevanti per l'applicazione dei robot umanoidi

Con un tubo di misura si determina l'emissione di particelle in un ambiente di sala pulita. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

I test e benchmark sono suddivisi in sei categorie. © Fraunhofer IPA

I test e benchmark sono suddivisi in sei categorie. © Fraunhofer IPA

Per stimare la forza in caso di collisione, il robot colpisce un sensore di forza, come quello utilizzato anche per la misurazione nei cobot. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Attraverso movimenti con diversi percorsi di corsa su una rampa viene studiata la capacità di autostabilizzazione. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Per poter impiegare un Robot Humanoide in applicazioni industriali, devono soddisfare criteri rilevanti per l'uso. Il Fraunhofer IPA ha sviluppato un benchmark a tal fine. Con questo, produttori e utenti finali possono far analizzare da una parte neutra le caratteristiche dei Robot Humanoidi in termini di efficienza energetica, idoneità ai cleanroom, sicurezza dei dati e altro ancora.

Il Fraunhofer Istituto per la Tecnologia della Produzione e l'Automazione IPA ha sviluppato un benchmark completo per l'analisi standardizzata dei Robot Humanoidi. Con questo, i produttori e gli utenti finali possono valutare per la prima volta in modo oggettivo le capacità reali, la sicurezza e l'idoneità all'uso di questi robot da parte di una fonte neutra. La struttura modulare del benchmark comprende sei criteri rilevanti per l'applicazione e si basa su standard industriali riconosciuti a livello internazionale.

Dalla presenza mediatica alla valutazione realistica

I Robot Humanoidi sono presenti in modo onnipresente nei media e affascinano per la loro forma umana. Tuttavia, tra una spettacolare messa in scena e le capacità reali, esiste una grande discrepanza. «Per gli utenti finali e i produttori, è essenziale dare uno sguardo dietro la facciata talvolta costruita da agenzie di marketing», spiega Simon Schmidt, responsabile del settore Sistemi Automatizzati presso il Fraunhofer IPA. «Il mercato è troppo volatile e opaco per valutare e stimare in modo affidabile i Robot Humanoidi per applicazioni proprie.»

Cos'è il benchmark?

Il benchmark è un servizio standardizzato, in cui i team di ricerca del Fraunhofer IPA guidano i Robot Humanoidi attraverso diverse sfide e valutano scientificamente i risultati. Le basi di questa iniziativa sono state create grazie a fondi del Ministero dell'Economia, del Lavoro e del Turismo del Baden-Württemberg nell'ambito del centro di avanzamento sull'Intelligenza Artificiale «Sistemi Apprendenti e Robotica Cognitiva».

La struttura modulare del benchmark consente a produttori, utenti finali e fornitori di software di testare in modo mirato le aree rilevanti per la loro applicazione. Dove possibile, il benchmarking si ispira a standard industriali riconosciuti a livello internazionale da decenni – ad esempio ISO 14644 per l'idoneità ai cleanroom o ISO 10218 e ISO TS 15066 per la sicurezza funzionale.

Il benchmark si suddivide in sei aree centrali:

1. Tecnologie e capacità di base: analisi dei sensori installati, modelli di intelligenza artificiale, tipi di prese e test di velocità di movimento, forze di presa e carichi gestibili. Attraverso sistemi di tracciamento 3D e sensori di forza vengono rilevati valori oggettivi.

2. Capacità complesse: valutazione di compiti generici realistici come salire le scale, superare ostacoli, precisione nei movimenti e nelle forze, nonché velocità di reazione. I test sono volutamente impegnativi per rendere comparabili anche le future generazioni di modelli.

3. Idoneità ai cleanroom: valutazione del rilascio di particelle secondo ISO 14644-14, comportamento in termini di emissioni e pulibilità – fondamentale per impieghi nell'industria dei semiconduttori, farmaceutica o alimentare.

4. Sicurezza funzionale (Safety): centrale per la collaborazione uomo-robot. Vengono testate stabilità su diverse superfici, limitazione della forza in collisione, riconoscimento degli ostacoli e comportamento del sistema in caso di guasti. I test di collisione vengono eseguiti con gli stessi sensori di forza utilizzati per robot industriali collaborativi.

5. Cybersicurezza (Security): quattro moduli verificano la gestione delle vulnerabilità, il ciclo di vita sicuro, la sicurezza di rete e la resistenza alle intrusioni – un fattore critico considerando l'aumento delle normative.

6. Efficienza energetica: misurazione della durata della batteria e del consumo energetico in diversi scenari (stare in piedi, camminare, camminare in salita e sotto carico). I risultati permettono di pianificare in modo realistico l'impiego e ottimizzare i cicli di ricarica.

Ad esempio, il Fraunhofer IPA ha applicato per la prima volta in modo completo il benchmark sul Unitree G1. La base tecnica era un Unitree G1 EDU-4 consegnato a maggio 2025 con mani Dex3-1 a 3 dita e versione firmware 1.04.

Sebbene il robot mostri una buona stabilizzazione autonoma e possa essere adatto per cleanroom di classe ISO 5, sono emerse anche limitazioni evidenti. In caso di collisioni, possono verificarsi forze superiori a 500 Newton – ben oltre le soglie di dolore consentite dalla norma. Inoltre, i ricercatori hanno individuato una vulnerabilità critica di sicurezza Bluetooth nella versione del software disponibile al momento del test, che permette a un attaccante di controllare completamente il robot da remoto. Questa vulnerabilità è stata successivamente corretta. Per quanto riguarda l’efficienza energetica, i tempi massimi di funzionamento con una carica della batteria sono stati di 2 ore e 49 minuti in modalità statica e di 1 ora e 49 minuti in uno scenario tipico che include stare in piedi e camminare.

Rilevanza del benchmark per le aziende

«Gli utenti possono interpretare direttamente i risultati e trovare così il robot umanoide più adatto all’applicazione desiderata», sottolinea Werner Kraus, responsabile del settore Ricerca presso il Fraunhofer IPA. Il benchmark rende i Robot Humanoidi confrontabili non solo tra loro, ma anche con componenti di automazione consolidati. Ciò è particolarmente importante perché:

– il cambiamento demografico impone l’uso dell’automazione in settori finora manuali
– decisioni di investimento elevate richiedono basi di valutazione oggettive e affidabili
– le norme di sicurezza per i Robot Humanoidi sono attese solo nel 2028 (ISO 25785-1)
– i requisiti normativi sulla cybersicurezza sono in aumento
– ambienti di produzione sensibili necessitano di dati affidabili per evitare contaminazioni

Il benchmark offre trasparenza in un mercato opaco e permette alle aziende di sviluppare aspettative realistiche e di minimizzare i rischi.

Il Fraunhofer IPA prevede di testare altri Robot Humanoidi e di creare un database comparativo. Produttori e utenti finali possono da subito commissionare singoli moduli del benchmark o indagini complete, beneficiando dell’infrastruttura e dell’esperienza esistenti.