1. I.T.I.S Leonardo Da Vinci 12/03/15 Classe IIE2 A.S. 2014/2015 2. Io Robot DISCIPLINA Introduzione Abbruzzese ITALIANO La letteratura di Asimov Tremante-Mozzillo-Di Frenna FISICA Intelligenza artificiale Abbruzzese-Boussed INGLESE A.I. intelligenza artificiale Biancardi-Provenzano MATEMATICA Il linguaggio della robotica Esposito-Gasparro-Guida BIOLOGIA Robotica Medica Morra-Boussed-Zaccone STORIA La quinta rivoluzione industriale Abbruzzese-Sodano SCIENZE APPLICATE Una applicazione di Arduino per la robotica Cordua-Cucciniello-Vozzella CHIMICA Nano-robot Aversano-Guida-Vozzella DIRITTO Il Diritto alla Robotica Luongo-Pinto 3. Isaac Asimov, nato a Petrovii il 2 gennaio 1920, morto a New York il 6 Aprile 1992, stato un biochimico e scrittore russo naturalizzato statunitense. Le sue opere sono considerate una pietra miliare sia nel campo della fantascienza sia nel campo della divulgazione scientifica. autore di una vastissima e variegata produzione, stimata intorno ai 500 volumi pubblicati, incentrata non solo su argomenti scientifici ma anche sul romanzo poliziesco, la fantascienza umoristica e la letteratura per ragazzi. ITALIANO Prof.ssa Lucia Carrano 4. Nello stesso periodo in cui Asimov era impegnato nella stesura della serie della Fondazione, egli scrisse anche i primi dei suoi racconti sui robot positronici. Asimov per primo rinnov il concetto di robot, trasformandolo da versione futuristica del mostro di Frankenstein tipico della fantascienza precedente a creatura versatile e realizzata su scala industriale per fungere da aiutante o sostituto, dell'uomo. ITALIANO 5. Tale concetto sar poi ripreso da altri, si pensi ai film Il pianeta proibito, a Guerre stellari e soprattutto a Star Trek The Next Generation in cui uno dei protagonisti un robot umanoide, il tenente comandante Data. Nelle opere sui robot, raccolte poi nelle antologie: Io robot, Il secondo libro dei robot, Antologia del bicentenario e Tutti i miei robot (che riunisce alcuni racconti delle tre precedenti edizioni), Asimov enunci le sue celebri tre leggi della robotica che hanno ispirato esperti di robotica, intelligenza artificiale e cibernetica. Prima Legge. Un robot non pu recare danno a un essere umano, n pu permettere che, a causa del suo mancato intervento, un essere umano riceva danno. Seconda Legge Un robot deve obbedire agli ordini impartiti dagli esseri umani, a meno che questi ordini non contrastino con la Prima Legge. Terza Legge Un robot deve salvaguardare la propria esistenza, a meno che questa autodifesa non contrasti con la Prima o la Seconda Legge. ITALIANO 6. Un robot non pu danneggiare l'Umanit, n pu permettere che, a causa del suo mancato intervento, l'Umanit riceva danno; Con l'introduzione di questa nuova legge, le tre precedenti vengono conseguentemente modificate: a tutte le leggi viene aggiunta la postilla "A meno che questo non contrasti con la Legge Zero". Insomma, la Legge Zero si pone come la pi importante delle leggi, ed significativo il fatto che questa legge sia coniata proprio dai robot (pi precisamente, viene formulata da R. Daneel Olivaw nel romanzo I Robot e l'Impero). ITALIANO 7. ITALIANO 8. Con la locuzione di intelligenza artificiale si intende, generalmente, l'abilit di un computer di svolgere funzioni e ragionamenti tipici della mente umana FISICA Prof. Vincenzo 9. nel XVII secolo Blaise Pascal invent la Pascalina. Essa era in grado di eseguire automaticamente addizioni e sottrazioni. In et vittoriana Charles Babbage cre macchine calcolatrici a rotelle che riusciva a compiere calcoli differenziali. FISICA 10. Un punto di svolta della materia si ha con un famoso articolo di Alan Turing nel 1950. Nell'articolo viene indicata la possibilit di creare un programma al fine di far comportare un computer in maniera intelligente. Il test di Turing - cos viene chiamata la condizione che la macchina dovrebbe superare per essere considerata intelligente - stato pi volte superato da programmi e pi volte riformulato, tanto che queste teorie hanno ricevuto diverse confutazioni. Nello stesso anno dell'articolo di Turing sull'omonimo test per le macchine pensanti, Arthur Samuel presenta il primo programma capace di giocare a Dama, un risultato molto importante perch dimostra la possibilit di superare i limiti tecnici per realizzare sistemi capaci di risolvere problemi tradizionalmente legati all'intelligenza umana. Nel 1956 viene mostrato un programma che segna un'altra importante tappa dello sviluppo dell'IA. Il programma LT di Allen Newell, J. Clifford Shaw e Herb Simon rappresenta il primo dimostratore automatico di teoremi. FISICA 11. dopo il 1962 l'IA cambia le sue priorit: essa d minore importanza all'apprendimento, mentre pone l'accento sulla rappresentazione della conoscenza e sul problema ad essa connesso del superamento del formalismo finora a disposizione e liberarsi dalle costrizioni dei vecchi sistemi. I punti cardine di questa ricerca sono gli studi di Minsky sulla rappresentazione distribuita della conoscenza, quella che viene chiamata la "societ delle menti", e il lavoro di John McCarthy sulla rappresentazione dichiarativa della conoscenza. Quest'ultima viene espressa formalmente mediante estensioni della logica dei predicati e pu quindi essere manipolata facilmente. Con i suoi studi sul "ragionamento non monotono" e "di default", McCarthy contribuisce a porre gran parte delle basi teoriche dell'IA. Minsky McCarthy FISICA 12. L'elaborazione del linguaggio naturale sembra essere un campo destinato a un rapido sviluppo. La traduzione diretta di testi porta per ad insuccessi che influenzeranno per molti anni i finanziamenti in tale campo. Malgrado ci, viene dimostrato abbastanza presto che si possono ottenere buoni risultati in contesti limitati. I primi anni settanta vedono lo sviluppo dei sistemi di produzione, ossia dei programmi che sfruttano un insieme di conoscenze organizzate in base di dati, attraverso l'applicazione di regole di produzione, per ottenere risposte a domande precise. I sistemi esperti hanno sostituito i sistemi di produzione per via delle difficolt incontrate da questi ultimi, con particolare riferimento alla necessit di fornire inizialmente la conoscenza in forma esplicita e la poca flessibilit delle regole di produzione. Questi sistemi, di cui Dendral il pi rappresentativo, mostrano le enormi possibilit offerte da un efficace sfruttamento di (relativamente) poche basi di conoscenza per programmi capaci di prendere decisioni o fornire avvisi in molte aree diverse. In pratica l'analisi dei dati stata razionalizzata e generalizzata FISICA 13. A.I. - ARTIFICIAL INTELLIGENCE A.I. - Intelligenza artificiale un film del 2001 diretto da Steven Spielberg, basato su un progetto di Stanley Kubrick. INGLESE Prof.ssa Assunta Mitrano 14. The film is set in a future where the world is devastated by global warming. Monica and Henry are losing their only son, Martin after a serious accident. Months went by and the child has less and less chance to live like Henry, unable to bear the pain of his wife decides to adopt a child mecha, programmed to love. When the family has completely accepted David, the boy robot and proceed with the imprinting, Martin, their real son finally wakes up. Between Martin and David creates a strange relationship because the small human nourishes envy for his brother, taking him around and trying to get them hurt. Il film ambientato in un futuro in cui il mondo devastato dal riscaldamento globale. Monica e Henry stanno perdendo il loro unico figlio, Martin dopo un grave incidente. Passano i mesi e Henry, incapace di sopportare il dolore della moglie, decide di adottare un bambino mecha, programmato per amare. Quando la famiglia ha completamente accettato David, il ragazzo robot e procede con l'imprinting, Martin, il figlio naturale finalmente si sveglia. Tra Martin e David si crea un rapporto strano, perch il piccolo umano nutre invidia per suo fratello, prendendolo in giro e cercando di fargli male. INGLESE 15. One day Martin falls in the pool and in danger of drowning and the fault is immediately given to David. Monica and Henry then decided to bring it back to the factory where it will be destroyed, but she decides to leave him in the middle of a forest with his teddy bear robot, near the factory of mecha. It's been two thousand years humans are extinct and David is found to be of very advanced mecha, seeking information on mankind discovering that his emotions decide to fulfill his desires, but unfortunately can not turn it into a real boy. David so he wants to clone Monica through a strand of hair preserved into the teddy but the clone will live a single day. The child accepts and that was the best day of his life, which ended with their deaths, hand in hand with the beloved mother. Un giorno Martin cade in piscina e rischia di annegare e la colpa viene immediatamente data a David. Monica e Henry decidono di riportarlo alla fabbrica dove sar distrutto, ma lei decide di lasciarlo in mezzo a una foresta con il suo robot orsacchiotto, vicino alla fabbrica di mecha. In mecha vive una lunga serie di avventure in contrando diversi personaggi tra cui in suo inventore. Sono passati circa 2.000 anni, gli esseri umani sono estinti e David si trova ad essere un mecha molto avanzato, alla ricerca di informazioni sul genere umano, scopre di essere in grado di provare sentimenti ma purtroppo non in grado di trasformarsi in un bambino vero. David cos decide di clonare Monica attraverso una ciocca di capelli conservati nell'orsetto, ma il clone vivr un solo giorno e questo sar il giorno pi bello della sua vita, che si concluder con la loro morte. INGLESE 16. MATEMATICA Prof. Aniello 17. I sistemi elettronici sono in grado di riconoscere 2 stati fisici: acceso e spento, la tensione di un conduttore elettrico (alta o bassa), lo stato di polarizzazione magnetica di una superficie (positivo o negativo), lo stato di luminosit in una fibra ottica, passaggio o assenza di tensione elettrica Sfruttando questa caratteristica dei dispositivi siamo in grado di rappresentare 2 soli stati possibili in un elaboratore elettronico. MATEMATICA 18. Il sistema elettronico utilizza il sistema binario per rappresentare linformazione. Il BIT (binary digit): linformazione elementare gestita dal calcolatore mediante lo stato di un dispositivo fisico che pu assumere solo 2 posizioni. Qualunque informazione rappresentata allinterno del calcolatore quindi rappresentata da una sequenza di BIT pi o meno lunga, a seconda del tipo di informazione. Questo abbinamento tra informazione e sequenza binaria detta codifica. MATEMATICA 19. MATEMATICA E opportuno osservare come lordinaria rappresentazione dei numeri in un qualsiasi sistema di numerazione sia costituita da coefficienti moltiplicativi delle potenze successive della base. Esempio: Se scriviamo 3458 stiamo indicando 3 migliaia, 4 centinaia, 5 decine, 8 unit. In pratica: 3458= 3x1.000 + 4x100 + 5x10 + 8x1, che , scritto in una forma matematicamente pi corretta, assume la seguente espressione: 3x103 + 4x102 + 5x101 8x100. Allo stesso modo, se nel sistema binario scriviamo 100011011 stiamo scrivendo: 1x28 + 0x27+ 0x26 + 0x25 + 1x24 + 1x23 + 1x21 + 1x20= 1x256 + 0x128 + 0x64 + 0x32 + 1x16 + x8 + 0x4 +1x2 + 1x1= 283 20. MATEMATICA Dividere il numero decimale per due Assegnare il resto come valore del BIT Dividere il quoziente e assegnare il resto fino a quoziente zero Scrivere i risultati partendo dallultimo 21. MATEMATICA Moltiplicare il valore di ogni BIT per le potenze di 2 della posizione, partendo da destra Sommare i risultati 22. Prof.ssa Assunta Carullo 23. I rapidi sviluppi della robotica degli ultimi decenni hanno dato un forte impulso alla progettazione di sistemi robotici utili per la chirurgia, la diagnosi, la riabilitazione e lassistenza rivolta a persone diversamente abili e anziani: nellambito della chirurgia, la robotica consente di ridurre il grado di invasivit degli interventi chirurgici e di avere una precisione elevata, perfino superiore a quella umana. in ambito diagnostico sono in uso sistemi robotici per esplorare parti del corpo umano difficilmente accessibili alleviando lo stato di disagio fisico e psicologico del paziente. BIOLOGIA 24. nell ambito della riabilitazione, i sistemi robotici sono strumenti per terapie riabilitative pi efficaci e per ridurre la fatica del personale che le somministra in relazione, soprattutto, allesecuzione di compiti ripetitivi. BIOLOGIA 25. In particolare, la chirurgia robotica consente di praticare un intervento chirurgico manovrando a distanza un robot capace di eseguire le manovre comandate dal chirurgo che, distante fisicamente dal campo operatorio, siede ad una consolle e comanda il movimento dei bracci robotici ai quali sono stati fissati i vari ferri chirurgici, come pinze e forbici. BIOLOGIA 26. I bracci meccanici hanno il vantaggio di consentire una visione tridimensionale con un'immagine pi ferma, e di rendere le manovre pi delicate e fini. Questo tipo di approccio, rispetto alla chirurgia tradizionale fornisce vantaggi ai pazienti quali minore dolore, un ridotto periodo di convalescenza, e minori danni estetici. Il sistema robotico usato il da VINCI commercializzato da una societ statunitense. BIOLOGIA 27. Un altra importante ed innovativa applicazione della robotica , di grande aiuto in quei soggetti che abbiano subito danni al sistema nervoso centrale o periferico con conseguente limitazioni del controllo dei movimenti, la mano robotica. Essa capace di prendere gli oggetti e di percepirne la ruvidit, la consistenza e la forma come se fosse un mano vera, poich riesce a trasmettere al cervello tutte le sensazioni in tempo reale, proprio come fa naturalmente il sistema nervoso. BIOLOGIA 28. Tutto ci stato reso possibile grazie ai ricercatori che hanno progettato degli elettrodi sottilissimi che, collegati alla mano bionica e inseriti in due nervi del braccio amputato, hanno il compito di restituire al cervello le sensazioni dell'arto artificiale. Una seconda serie di elettrodi, applicati sulla superficie del braccio, servono a trasmettere all'arto meccanico le intenzioni del cervello. Due specifici programmi matematici hanno permesso di far dialogare i segnali digitali e gli stimoli elettrici nelle due direzioni. BIOLOGIA 29. LA NUOVA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE STORIA Prof.ssa Lucia Carrano 30. Yale University Press riassume con sei caratteristiche fondamentali. Questa nuova rivoluzione industriale in cui la manifattura, dopo essere stata trascurata, diventa nuovamente il motore di crescita. STORIA 31. La prima caratteristica consiste in quella che l'autore definisce "networked manufacturing" citando come esempio Luxottica che distribuisce i suoi oltre 200 designers in Italia, USA, Cina, Giappone e Brasile vista la necessit di seguire velocemente i trend di questi prodotti. La seconda deriva dalla accelerazione tecnologica. Le imprese stanno diventando pi abili sia nel miglioramento delle singole tecnologie che nel loro utilizzo combinato. STORIA 32. La terza quella che definisce "democrazia industriale" e porter ad avere un numero maggiore di paesi protagonisti accanto al ruolo guida che sar mantenuto dalla Cina. Questo perch cresciuto il numero di paesi capaci di produrre e sviluppare articoli di massima qualit. La quarta invece si riferisce alla produzione personalizzata, e sottolinea la tendenza a realizzare prodotti in piccoli lotti su misura per il cliente, magari anche uno alla volta. STORIA 33. La quinta descrive lo spazio crescente che stanno occupando quelle che sono delle vere e proprie boutique produttive, aziende dove elevata l'enfasi sul design e sulla qualit dei prodotti e dove si capitalizzano tutti i cambiamenti nella tecnologia. Ed infine l'ultima componente riguarda l'imperativo ambientale per vendere di pi e per scoprire nuovi prodotti con uno sviluppo economico pi rispettoso dell'ambiente. STORIA 34. Siamo di fronte a un grande cambiamento che riporta al centro l'importanza della manifattura in un contesto rivoluzionato e che ci costringe ad affrontare il tema del lavoro e dell'occupazione in una prospettiva nuova. Tutto questo grazie al massiccio uso di tecnologie robotiche. STORIA 35. ARDUINO Arduino una scheda elettronica di piccole dimensioni con un microcontrollore e circuiteria di contorno, utile per creare rapidamente prototipi e per scopi hobbistici e didattici. Il nome della scheda deriva da quello di un bar di Ivrea (che richiama a sua volta il nome di Arduino d'Ivrea, Re d'Italia nel1002) frequentato da alcuni dei fondatori del progetto. SCIENZE APPLICATE Prof. Pasquale Perri 36. PER QUANTO RIGUARDA I DETTAGLI DELLA SCHEDA ARDUINO RIMANDIAMO ALLAREA DI PROGETTO DELLA CLASSE 2E1. NOI CI SIAMO OCCUPATI PIU IN DETTAGLIO DELLE APPLICAZIONI ROBOTICHE. NEL VIDEO SUCCESSIVO VEDREMO UN APPLICAZIONE CHE ABBIAMO REALIZZATO IN LABORATORIO SCIENZE APPLICATE 37. SCIENZE APPLICATE 38. Prof.ssa Marcella de Champdor 39. Per Nano-robot si intende un qualsiasi sistema capace di compiere modifiche all'ambiente circostante, in maniera controllata e prevedibile, avente dimensioni assimilabili a quelle molecolari o addirittura atomiche. CHIMICA 40. I Nano-robot sono dei dispositivi la cui grandezza varia, tipicamente, da 0,1 a 10 micrometri, essendo costituiti da componenti molecolari il cui ordine di grandezza ricade nelle Nanoscale. Attualmente, non essendo ancora stato creato alcun Nano-robot non biologico, l'idea di realizzarne qualcuno rimane altamente speculativa. CHIMICA 41. CHIMICA La rivista britannica New Scientist, nel numero del 28 febbraio 2004, ha annunciato che il ricercatore americano Carlos Montemagno, insieme ai suoi collaboratori dell'Universit della California a Los Angeles, ha messo a punto un nano-robot a carburante glucosico la cui propulsione stata realizzata partendo da un frammento del muscolo cardiaco di ratto. Il dispositivo, costituito da un filo di silicio arcuato, al disotto del quale sono impiantate le fibre miocardiche, non pi spesso di un capello umano. La macchina stata in grado di serpeggiare a una velocit dell'ordine dei 40 micrometri al secondo, grazie all'energia fornita al miocardio dal glucosio. Il movimento avviene grazie alla tensione e al rilascio della parte arcuata, dovuta alla contrazione e al rilassamento delle fibre muscolari, collegata. 42. CHIMICA Uno dei prevedibili campi di applicazioni quello medico. Il sistema spinto da fibre muscolari potrebbe aiutare i pazienti i cui nervi frenici sono danneggiati, con conseguente dolore nel respirare, nell'utilizzare le proprie fibre cardiache, forzando il loro diaframma a contrarsi. Inseriti nel corpo umano, questi bio- robot potrebbero flettere un materiale piezoelettrico piuttosto che un filo di silicio: l'emissione di scariche elettriche conseguenti alla flessione, dovute a differenze di potenziale dell'ordine di qualche millivolt, potrebbe funzionare da stimolo per i nervi frenici. 43. Diritto della Robotica e Robolaw Il Diritto della robotica una materia ancora agli inizi di cui lItalia sta ponendo le basi in Europa, grazie al progetto RoboLaw Lobiettivo del Diritto della Robotica di arrivare a regolamentare gli aspetti della coesistenza che ci vedr sempre pi condividere gli spazi con le macchine autonome. DIRITTO Prof. Ercole Arcone 44. Molte tecnologie emergenti stanno avendo grande impatto sociale. Pensiamo, ad esempio, a macchine come: Veicoli autonomi Protesi e gli Esoscheletri (scheletro esterno) Robot chirurgici Robodomestici Ecco perch sono state suggerite alcune raccomandazioni sul modo in cui lUnione Europea potrebbe intervenire per una loro regolamentazione. DIRITTO 45. Bisogna, per, essere consapevoli che la regolamentazione di un ambito cos ampio e in continua evoluzione come quello della robotica non potr mai essere definito una volta per tutte. Proprio per questo, la prima indicazione fornita che non ha senso definire soluzioni uniformi, da utilizzare per lintero settore. DIRITTO 46. Le norme attualmente in vigore non appaiono efficaci nellaumentare la sicurezza dei prodotti (Robot) e, al contrario, potrebbero ritardarne lo sviluppo. Per evitare che ci accada, Robolaw ha perci suggerito di separare la funzione di incentivo alla produzione di beni con alto standard qualitativo (e, per questo, considerati sicuri) rispetto al risarcimento del danno subito dallutilizzatore. In tal senso Robolaw ha anche ipotizzato la nascita di un autorit con specifiche competenze tecniche sulla sicurezza robotica. DIRITTO 47. Comunque, oggi la sicurezza dei robot e dei sistemi robotizzati fissata nella norma di prodotto UNI EN ISO 10218-1, che specifica: - i requisiti e le linee guida per la sicurezza integrata nella progettazione; - le misure protettive e linformazione per luso dei robot industriali. Questa norma descrive i pericoli di base associati a tali robot e fornisce i requisiti per eliminare, o ridurre adeguatamente, i rischi associati a tali pericoli DIRITTO 48. Bisogna infine precisare che nelle applicazioni industriali ancora maggiore importanza riveste la norma UNI EN ISO 10219-2 che riguarda le cosiddette isole robotizzate (insiemi di macchine che comprendono uno o pi robot industriali). Questa normativa stata appositamente introdotta per i particolari pericoli che derivano dall integrazione di robot industriali nelle linee produttive ed identifica una serie di requisiti minimi di sicurezza che devono essere rispettati da qualsiasi parte coinvolta, per eliminare o ridurre adeguatamente i rischi associati a questi sistemi DIRITTO 49. Presentazione a cura di: Prof. Vincenzo Marotta Si ringrazia il Dirigente Scolastico ARRIVEDERCI