Come insegnare la robotica per un’industria in continua evoluzione

L’educazione ingegneristica non è forse mai stata così stimolante e, allo stesso tempo, così complessa. I metodi che caratterizzano la robotica moderna – progettazione model-based, computer vision e reinforcement learning – evolvono rapidamente, mentre l’industria si orienta verso un’automazione basata sull’intelligenza artificiale e sulla simulazione.

I programmi didattici, però, non sono progettati per cambiare alla stessa velocità. Ricostruire ogni anno un corso per inseguire l’evoluzione del settore significa sovraccaricare il corpo docente; lasciarlo invariato, invece, rischia di far arrivare nel mondo del lavoro persone già un passo indietro rispetto alle esigenze dell’industria.

Esiste poi una seconda sfida. Studenti e studentesse imparano a modellare e simulare, ma solo una parte di loro ha l’opportunità di verificare se il proprio lavoro funziona anche su una macchina reale. La simulazione aiuta a sviluppare la comprensione, ma l’hardware costruisce la capacità di giudizio: quella che nasce osservando un modello teoricamente perfetto confrontarsi con un mondo reale e imperfetto.

Colmare questa distanza è più difficile di quanto dovrebbe essere. I robot sicuri e adatti ai laboratori sono costosi e poco disponibili, mentre le possibilità di accesso variano notevolmente tra istituzioni e Paesi.

Sviluppare materiali didattici che riflettano le pratiche industriali più attuali, e mantenerli costantemente aggiornati, rappresenta inoltre un impegno significativo. Di conseguenza, molti percorsi formativi approfondiscono la teoria della robotica, mentre la sua applicazione pratica rimane difficilmente accessibile.

From Code to Robot è un percorso didattico sulla robotica sviluppato da docenti e studenti di laurea magistrale della Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), con il supporto di MathWorks e Universal Robots.

Rappresenta una possibile risposta alle sfide descritte e merita l’attenzione del settore sia per i suoi contenuti sia per il modo in cui è stato realizzato. Chi comprende meglio i vincoli della didattica universitaria è chi lavora quotidianamente nell’insegnamento. Il ruolo dell’industria è stato quello di mantenere i materiali allineati con le modalità attraverso cui oggi viene effettivamente progettata la robotica, non di decidere che cosa insegnare.

Il percorso accompagna studenti e studentesse attraverso un processo ingegneristico completo, anziché proporre una serie di esercitazioni scollegate tra loro.

Le attività prevedono:

• la progettazione e la modellazione di algoritmi di controllo in MATLAB e Simulink;
• la validazione delle soluzioni attraverso la simulazione;
• dove l’hardware è disponibile, l’implementazione su un robot collaborativo reale.

I contenuti spaziano dalla modellazione e dal controllo dei robot al riconoscimento degli oggetti tramite computer vision, fino alla pianificazione delle attività attraverso il reinforcement learning: tecniche da cui dipende sempre più il lavoro nel campo dell’automazione contemporanea.

Il percorso è modulare e può quindi essere utilizzato per un intero semestre oppure inserito come singola unità all’interno di corsi già esistenti di robotica, meccatronica o sistemi di controllo.

Il percorso didattico è gratuito. Guide per le lezioni, esercizi, codice e video dimostrativi sono pubblicati e accessibili liberamente.

Per utilizzarlo non è inoltre necessario disporre di un robot: una normale workstation con MATLAB è sufficiente per accompagnare studenti e studentesse lungo l’intero processo di progettazione e simulazione.

L’hardware entra in gioco solamente nei programmi che desiderano completare il processo anche dal punto di vista fisico. Si tratta quindi di una possibilità, non di un requisito.

È questo l’aspetto che amplia maggiormente la portata dell’iniziativa. Anche un corso di laurea privo di un laboratorio di robotica, o dotato di risorse limitate, può insegnare una robotica aggiornata, allineata alle esigenze dell’industria e basata su standard riconosciuti.

Per le istituzioni che operano al di fuori dei centri di ricerca maggiormente finanziati, e per i numerosi percorsi di ingegneria che devono valutare quali attività possano realmente permettersi di offrire, eliminare sia il costo dei materiali sia l’obbligo di possedere l’hardware cambia radicalmente ciò che diventa possibile insegnare

Il valore del percorso specifico è forse meno importante del modello di collaborazione che lo ha reso possibile.

Le università conoscono le esigenze della didattica. Le aziende conoscono la direzione verso cui si stanno muovendo i rispettivi settori. Nessuna delle due parti può svolgere efficacemente da sola il ruolo dell’altra.

Un percorso sviluppato dal mondo accademico, mantenuto aggiornato grazie al confronto con l’industria e distribuito gratuitamente anziché venduto rappresenta un modello ragionevole di collaborazione. È anche una risposta concreta alla preoccupazione secondo cui il coinvolgimento delle aziende nella formazione debba necessariamente trasformarsi in un controllo dell’industria sui contenuti didattici.

Materiali condivisi, aggiornati e liberamente accessibili, capaci di accompagnare studenti e studentesse da una riga di codice fino al movimento di un robot, riducono la distanza tra la formazione ingegneristica e un settore in rapida evoluzione.

E lo fanno senza chiedere a ogni facoltà di ricostruire autonomamente lo stesso corso.

From Code to Robot è gratuito e già disponibile.