Thymio un robot controcorrente

Thymio (soffio di vita in greco) è basato sull’“educare”, visualizzare i meccanismi, permettere l’accesso, creare il “senso critico”. È progettato con un look “neutro”, che permette di adattarsi ai bisogni, di far esprimere la creatività e la voglia di realizzare le proprie idee.

Francesco Mondada*

Come definire il robot Thymio in due parole? Direi che è un robot “controcorrente”. Infatti, in un periodo dove non passa una settimana senza l’annuncio di un nuovo robot “educativo”, il robot Thymio resta una specie di eccezione, cha va controcorrente rispetto a vari aspetti. Al contrario di moltissimi robot che si basano sul “convincere” o l’intrattenere, Thymio è basato sull’“educare”, visualizzare i meccanismi, permettere l’accesso, creare il “senso critico”. Al contrario dei robot che normalmente sfoggiano look incredibili, high-tech o fantascientifici, Thymio è progettato con un look “neutro”, che permette di adattarsi ai bisogni, di far esprimere la creatività e la voglia di realizzare le proprie idee. Al contrario dei robot giocattolo che devono attrarre l’attenzione di un sesso (blu o rosa?) e di un’età, Thymio resta impassibilmente neutro, per permettere un utilizzo da parte di ragazzi e ragazze di diversa età. Al contrario dei robot pensati e progettati per passare di moda e sparire per alimentare il consumismo, Thymio si rinnova nel software, sulla base di un hardware avanzato, stabile, robusto, che può essere riparato grazie a una documentazione completa e un’elettronica smontabile.

Figura 1: Il robot Thymio II

Tutte queste caratteristiche nascono da una volontà di creare un robot che permetta a ciascuno di impadronirsi della tecnologia, di capirla e padroneggiarla al pari di un attrezzo da lavoro, probabilmente uno dei più importanti tra quelli che popoleranno il nostro futuro. Il progetto Thymio è nato da una collaborazione tra il Politecnico di Losanna, in Svizzera, (EPFL. Ecòle Polytechnique Federale de Lausanne) e la scuola d’arte della stessa città (écal), durante un workshop nel lontano 2006. Due designer, Julien Ayer e Nicolas Le Moigne, ispirati dalle realizzazioni robotiche del Politecnico presentate da Francesco Mondada, immaginano un sistema modulare che permette di dare una “vita robotica” ad un qualsiasi oggetto, grazie a dei moduli dotati di sensori, motori, batteria e “cervello”.
Negli anni seguenti questo concetto viene prototipato al Politecnico e testato con diversi ragazzi e ragazze, raccogliendo un enorme successo. Ne nasce una versione prodotta in serie, che viene battezzata “Thymio”, da un termine greco che significa “soffio di vita”. Infatti questo primo robot Thymio permetteva di dare vita a qualsiasi oggetto. Dopo aver distribuito mille di questi robot, il Politecnico si associa con l’alta scuola di ingegneria e gestione aziendale di Yverdon-les-Bains, a una trentina di chilometri di distanza da Losanna, per fare condurre uno studio di mercato con questo primo gruppo di utilizzatori di Thymio. Una settantina di famiglie risponde all’appello e dà offre una serie di consigli che formano quello che sarà alla base del la definizione delle specifiche di un nuovo robot,i Thymio II: un robot meno modulare ma sempre flessibile nel suo utilizzo, programmabile, con moltissimi sensori e attuatori, neutro nell’aspetto rispetto a sesso ed  età degli utilizzatori, compatibile con giochi di costruzione presenti nelle case e conosciuti, ricaricabile e robusto (figura 1).
Thymio II (che poi da qui in avanti chiameremo semplicemente Thymio) viene sviluppato dal gruppo di Francesco Mondada nell’ambito del polo nazionale svizzero di ricerca sulla robotica ““Swiss Robotics”, che ha un branca’azione dedicata alla robotica educativa. Questo sviluppo viene portato avantisi fa in parallelo ad altre azioni di educazione alla tecnologia, tra le i quali un festival di robotica, che sarà il primo mezzo di diffusione del robot Thymio. La produzione e la vendita del robot è affidata ad un’associazione senza scopo di lucro, Mobsya, sottolineando la centralità degli obiettivi sociali ed educativi rispetto a quelli commerciali. Sviluppato con un modello “open source”, cioè dove tutti i dati della concezione sono disponibili pubblicamente, questo robot si fa notare da diversi istituti svizzeri ed europei. Il Ppolitecnico di Zurigo (ETHZ) adotta Thymio e sviluppa un linguaggio grafico per programmarlo. L’Istituto nazionale francese per la ricerca nell’informatica e nell’automazione (INRIA) valuta una serie di prodotti e decide che Thymio è il miglior sistema robotico per l’educazione alle scienze digitali nelle scuole francesi. Diversi istituti francesi seguono questa scelta, con la nascita pubblicazione di un vasto repertorio di materiale didattico basato su Thymio, e utilizzando in modo ottimale le caratteristiche uniche di questo robot.
Tecnicamente, Thymio è un robot mobile da tavolo, cioè con dimensioni che gli permettono di muoversi liberamente su di un tavolo: 11 centimetri di larghezza, 11 di lunghezza e 5,5 centimetri di altezza. La sua forma permette, oltre ad un utilizzo come robot mobile, di posarlo sui lati o sul dorsola schiena, permettendo di usare le sue ruote indipendenti per attivare meccanismi di ogni tipo, fissati a Thymio via grazie a diversi punti d’aggancio sul corpo guscio e sulle ruote stesse. Thymio può cosi diventare assumere le sembianze di uno zombie, di un mostro a 8 zampe, dar vita ad una funivia o trasformarsi nel vogatore di il rematore di una barca a remi, come mostra la figura 2.

Figure 2: Qualche esempio di trasformazione meccanica di Thymio.

Questa flessibilità meccanica è associata a un vasto numero di sensori e attuatori, descritti nella figura 3. Due ruote, combinate con un terzo punto d’appoggio, permettono a Thymio di spostarsi su una superficie piana. Sull’asse che collega idealmente le due ruote si trova un foro verticale centrale che permette di piazzare posizionare un pennarello e tracciare al suolo la traiettoria del robot, permettendo, ad  per esempio, di utilizzare il robot per fare comporre disegni geometrici. Due sensori puntati diretti verso il suolo si trovano sulla parte anteriore e permettono sia permettendo di misurare sia cambiamenti di colore del suolo, sia di percepire la fine della superficie del tavolo di lavoro, per esempio il bordo di un tavolo. La percezione del colore del suolo permette di seguire delle linee o dei disegni più complessi. Thymio dispone inoltre di un accelerometro a tre assi, che può permette di misurare l’orientazione l’orientamento nello spazio della rispetto alla gravità terrestre, permettendo di misurare l’inclinazione nello spazio del robot, sia nel caso di una manipolazione da parte dell’utente, che nel caso di un’inclinazione della superficie sul quale si muove. L’accelerometro permette anche di percepire dei colpi dati sul corpo guscio del robot (in gergo chiamati “tap”) o determinare la caduta libera del robot.
Quando si muove su una superficie, il robot può percepire degli ostacoli utilizzando sette sensori di prossimità, dei quali cinque posizionati regolarmente sulla parte anteriore, e due sulla parte posteriore. Finalmente Inoltre Thymio percepisce dei i suoni con grazie a un microfono, e misura la temperatura ambiente con un termometro digitale.

Figura 3: lista dei componenti del robot Thymio II.

L’interattività di Thymio è un elemento chiave del suo utilizzo a scopo pedagogico. Per questo, l’attività di ogni sensore è visualizzata in tempo reale direttamente sul corpo guscio del robot, nel posto fisico esattamente dove è realizzata la misura del sensore. Questo si traduce tecnicamente in 39 LED colorati, luci che lavorano cambiano di intensità e vengono percepiti in trasparenza sul corpo guscio del robot producendo colori che riflettono le attività del robot: la percezione di ostacoli e la loro distanza, la differenza di temperatura, l’attività interna ecc. L’attività del robot viene anche sottolineata da effetti sonori, via grazie ad un altoparlante integrato. Una carta micro-SD è a disposizione per ampliare la gamma di possibilità audio di Thymio e per memorizzare programmi. Questi accorgimenti tecnici permettono ad un ragazzo o una ragazza che osserva Thymio,  di capire immediatamente quale attività si sta svolgendo cosa stia accedendo e cosa Thymio percepisce del suo ambiente grazie ai suoi sensori.
L’utilizzatore L’utente può interagire con Thymio via anche con cinque tasti piazzati in a croce sul dorso la schiena del robot. Inoltre, Thymio è equipaggiato con un ricettore di telecomandi a distanza a infrarossi, che permette di interagire a distanza e l’impiego di telecomandi.
Thymio funziona con una batteria, ovvero un accumulatore al litio-polimero e viene ricaricato tramite una presa micro-USB, come quella della maggior parte dei telefoni cellulari. La connessione USB può anche essere utilizzata per riprogrammare il robot trasferendo il programma da un computer al robot. Esiste anche una versione wireless (senza fili) è anche disponibile, permettendo in questo caso una connessione continua con il robot anche durante i suoi movimenti.
Le interfacce di programmazione, come per tutto il resto della concezione di Thymio, sono fatte progettate per permettere a chiunque un approccio graduale alla robotica. Sono disponibili tre tipi di programmazione: visuale grafica, testuale, e basata su blocchi di testo (alla Scratch per intendersi), dove la grafica è combinata con il testo del codice.

Figura 4: Programmazione grafica, con sulla destra il codice associato.

L’interfaccia di programmazione più accessibile si chiama VPL (Visual Programming Language) ed è interamente grafica, senza nessun elemento di testo (figure figura 4 a sinistra). VPL permette una programmazione già anche con bambini che non sanno ancora leggere e scrivere. L’interfaccia rappresenta a sinistra, in arancione, le possibilità sensoriali di Thymio, ovvero gli eventi prodotti dai sensori, e a destra, in blu, le possibilità di azione del robot grazie ai suoi attuatori. Il programma viene creato nel al centro, associando percezioni e relativi eventi ad azioni corrispondenti: ad esempio quando vedo Thymio rileva un ostacolo lo evita, giro, per esempio. Nella figura 4, di a fianco della programmazione grafica visuale, appare il codice testuale equivalente prodotto automaticamente dall’interfaccia di programmazione. Questo abbinamento modo misto, grafico e testuale, permette un passaggio da un modo di programmazione all’altro, permettendo all’utilizzatore di accedere a una programmazione complessa in modo graduale e naturale. La programmazione testuale pura può essere realizzata con un’interfaccia più completa in un ambiente di sviluppo software più classico, che non presentiamo qui.
Un secondo modo graduale di avvicinarsi alla programmazione è l’utilizzazione della programmazione con “Bblockly” o “Sscratch”. L’interfaccia “Bblockly” è rappresentata nella figura 5. Questo modo di programmazione combina una rappresentazione grafica del codice, con delle istruzioni testuali nella lingua dell’utente. L’aspetto grafico semplifica la realizzazione del programma a partire da blocchi pre-esistenti e con opzioni predefinite, e le istruzioni in lingua madre (a scelta tra francese, inglese, tedesco, italiano spagnolo e cinese) permettono di capire le istruzioni e preparano il terreno verso le istruzioni classiche, ma che sono in inglese.

Figura 5: Programmazione con blocchi grafici che rappresentano il codice del programma.

L’hardware del robot, le varie interfacce di programmazione, ma anche gli accessori per personalizzare il robot e tutto il materiale educativo sono sviluppati da vari enti o persone che formano una comunità, un vero e proprio “eco sistema”  intorno a  supporto di Thymio, contribuendo al progetto e pubblicando tutti i documenti con licenze open source. Questa diversità di vedute competenze, di competenze punti di vista, di “saperi” ed esperienze, e di nazionalità culture di nazioni diverse permette di avere disporre di una ricchezza enorme ed unica: hardware e software di qualità, sviluppato dalle migliori università europee specializzate in robotica, materiale pedagogico creato da esperti internazionali e insegnanti di vari paesi, in varie lingue e adattati a vari curriculum scolari ed esigenze formative. Accessori fatti da designer esperti, con vari approcci e filosofie idee. Questa è forse la più grande ricchezza di Thymio, che promette di arricchirlo ancora di più e creare in futuro nuovi elementi, molti già in preparazione, che lo renderanno ancora di più “controcorrente”!

*Professore di robotica al Politecnico Federale di Losanna, Svizzera (EPFL). Ha ottenuto diversi premi nel campo dell’educazione e dirige le attività educative del polo nazionale svizzero di ricerca in robotica, nel quale é stato sviluppato inizialmente il robot Thymio.