Michela Cigola
Professore Ordinario ICAR/17. DICeM Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale - cigola@unicas.it Laureata in Architettura e specializzata in “Studio e Restauro dei Monumenti”
presso La Sapienza di Roma. Re- sponsabile scientifico del Laboratorio di Documentazione, Analisi, Rilievo dell’Architettura e del Territorio-DART.
Componente del Consiglio Scientifico dell’Unione Italiana per il Disegno.
Strategie roboƟ zzate per operazioni di rilevamento e conservazione dei BBCC.
HeritageBot è un proge o di sviluppo tecnologico fi nalizzato alla realizzazione di sistemi robo zza al servizio di beni culturali archite onici e arche- ologici.
La sperimentazione si soff erma sull’applicazione di robot esapodi espressamente proge a per essere u lizza , in par colari casi, nelle operazio- ni di rilevamento.
L’unità di ricerca, a va presso l’Università di Cas- sino, stru urata con competenze mul disciplina- ri in par colare nell’ambito della meccatronica e del rilevamento, ha proge ato e realizzato due proto pi di robot esapodi. Ques sono sta con- cepi per trasportare e movimentare strumenta- zione per il rilievo.
A ualmente sono in corso test di validazione e verifi che di operabilità, dire e ad o mizzare procedure ed operazioni automa zzate per le fasi di rilevamento, da far svolgere al sistema ro- bo zzato.
Arturo Gallozzi
Ingegnere, ricercatore ICAR/17. DICeM Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale - gallozzi@unicas.it La sua attività di ricerca è rivolta pre- valentemente alle tematiche della rap- presentazione in ambito edilizio, urba- no e territoriale; si è occupato inoltre di cartografia ed interventi storici legati a bonifiche idrauliche e a trasformazioni territoriali, nonché di trattatistica e ma- nualista come fonti storiche e indicatori per la progettazione.
HeritageBot is a project on technological and market development of roboƟ c patents for cul- tural heritage (mainly archaeological and ar- chitectural) and the development of services for operaƟ onal applicaƟ ons (industrial, cultural, educaƟ onal, etc.) of the idenƟ fi ed technological soluƟ ons.
The arƟ cle focuses on hexapods robot designed to be applied to the analysis of architecture. The robot must perform many of the operaƟ ons nee- ded in Architectural survey through automated manoeuvres. These manoeuvres could improve procedures and results, both in terms of speed and accuracy of execuƟ on.
An interdisciplinary research group of the Univer- sity of Cassino has been working designing two robots. The group built two prototypes. Currently we are developing validaƟ on test and soluƟ ons tests for general background and specifi c cases.
RoboƟ c systems for architectural survey and conservaƟ on of Cultural Heritage
Parole chiave: Rilievo dell’archite ura, Robo ca, Nuove tecnologie per I BB.CC.
Keywords: Architectural survey, Robo cs, New
technologies for Cultural Heritage
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IL PROGETTO HERITAGE-BOT
HeritageBot è un proge o di valorizzazione tec- nologica nell’ambito della conoscenza, ges one ed a uazione di breve nel se ore della ro- bo ca. Esplica, principalmente, la sua funzione nella concre zzazione di soluzioni tecnologiche rivolte a molteplici applicazioni: industriali, cultu- rali, educa ve ecc. In questo contesto, uno degli indirizzi di maggior sviluppo a esi dal proge o HeritageBot interessa l’u lizzo di sistemi robo ci in archite ura e archeologia. Il se ore presenta infa un enorme potenziale di applicazioni e di mercato, che verrà aff rontato nell’ambito del pro- ge o sia dal punto di vista tecnico che da quello economico, rispe vamente a raverso la studio e la realizzazione di nuovi proto pi ed a raver- so l’iden fi cazione di una gamma diff erenziata di applicazioni [1].
La compagine di ricerca annovera, al suo interno, diverse competenze che spaziano dalla natura tecnica a quella economica e giuridica, fi nalizzate tu e alla migliore valorizzazione dei proge . Le competenze trasversali dell’unità di ricerca fanno riferimento ai seguen laboratori dell’Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale Uni- CLAM: il LARM (Laboratorio di Robo ca e Mec- catronica) nel se ore più stre amente ingegne- ris co, il DART (Laboratorio di Documentazione, Analisi, Rilievo dell’Archite ura e del Territorio) nell’ambito dei Beni Culturali e principalmente del patrimonio archite onico, l’IMPRENDILAB (Laboratorio per la promozione della cultura im- prenditoriale) e il FINLAB (Laboratorio di Finan- za Aziendale) nell’area economico-aziendale. Le operazioni del proge o sono generalmente ar - colate in fasi sequenziali, anche parzialmente so- vrapposte in termini temporali, con programma- zione di a vità ed azioni rivolte all’integrazione degli aspe tecnici con quelli economico-azien- dali in un’o ca tecnologico imprenditoriale. Il principale elemento base sul quale è organizzato il proge o riguarda una pia aforma robo ca che verrà testata, in un primo step, essenzialmente in a vità dimostra ve su campi di sperimentazione reali, non solo per validare i risulta tecnologici raggiun nell’applicazione ai BBCC, ma anche per veicolare il trasferimento tecnologico e i succes-
sivi sviluppi dei risulta presso realtà imprendi- toriali e possibili u lizzatori. In breve sintesi, le a vità di ricerca prevedono studi sulle possibili applicazioni nei beni culturali, proge azione di specifi che soluzioni e loro opera vità, integrata da test di validazione, coinvolgimento di end- users e stakeholders, oltre alla sperimentazione dire a del sistema in par colari contes architet- tonici ed archeologici.
OBIETTIVI DEL PROGETTO
Il proge o HeritageBot persegue essenzialmen- te due obie vi di ricerca fortemente integra tra loro. Da un lato lo sviluppo e il perfeziona- mento di un proto po robo co applicato ai beni culturali, congiuntamente alla rela va a vità di supporto al trasferimento tecnologico e di diff u- sione delle conoscenze, dall’altro la realizzazione di un insieme di pacche integra di strumen e servizi, che grazie alle competenze sviluppate possano essere u lizzate in ambito culturale ed industriale. Pertanto, il primo obie vo traguarda lo sviluppo proto pale di un sistema robo co per i BBCC, integrato da un insieme di a vità volte alla diff usione del sapere tecnologico a vari livelli su scala territoriale.
Da tempo il LARM – UniCLAM ha sviluppato due primi proto pi di robot HeritageBot (HB1 e HB2) in grado di a uare le fasi di analisi e di rilievo di elemen decora vi e di complessi archite onici e archeologici e quindi supportare le successive fasi di conservazione, restauro e valorizzazione del bene. L’a uale pianifi cazione delle a vità di proge o è volta principalmente al perfezioneran- no dei sistemi HeritageBot, per ada arli alle spe- cifi che esigenze del se ore culturale e industriale di riferimento.
In par colare, la ricerca intende porre par colare a enzione al coinvolgimento e al trasferimento di conoscenze non solo con a ori specializza (es.
aziende ed en locali o regionali operan nei set- tori dei BBCC), ma anche, come de o, con poten- ziali operatori e fruitori dei BBCC stessi.
Tra le a vità previste per raggiungere il primo obie vo si prevede l’Iden fi cazione sele va de- gli a ori che possano avere un interesse specifi co al proge o -stakeholder- (es. Ministero dei Beni
Culturali, Sovraintendenze, Poli Museali, aziende che operano nel se ore dell’analisi, valutazione e conservazione del patrimonio culturale ecc.).
Mentre lo step successivo prevede un migliora- mento/adeguamento dei proto pi già realizza , in funzione delle precipue esigenze degli sta- keholder interessa al proge o, cara erizzando uno dei pun di forza dell’HeritageBot ripos nel- la modularità e fl essibilità d’uso, fa ori che ren- dono possibile diversifi cate soluzioni, ada abili ai variega scenari del contesto opera vo.
La procedura di lavoro, ormai da tempo consoli- data, prevede la verifi ca delle soluzioni tecniche sviluppate, dapprima testate empiricamente, in modo da valutare potenzialità e limi , quindi, co- erentemente con la fi losofi a di sviluppo dell’inte- ro proge o, in fasi successive la “messa a punto”
di nuove soluzioni e dei servizi ad esse collegate, seguendo metodologie di po partecipa vo, in modo da coinvolgere tu i sogge interessa , in un costante, con nuo e implementabile scambio di conoscenze.
Il segmento del proge o HeritageBot sul quale il presente contributo intende soff ermarsi riguarda il ricorso a robot esapodi espressamente proget- ta per essere u lizza in procedure di analisi di episodi archite onici/archeologici di controllata estensione, tentando di far svolgere al sistema robo zzato le molteplici operazioni piche dell’a- zione del rilevare. Operazioni che, a raverso manovre automa zzate, possano migliorare, in par colari e diffi cili contes ambientali, i metodi ed i risulta , sia in termini di velocità che di accu- ratezza di esecuzione.
SCENARIO ATTUALE NEL CAMPO DELLA ROBO- TICA APPLICATA AI BBCC
Lo stato dell’arte del connubio tra Robo ca e
BBCC è estremamente sinte co; le esperienze
a ualmente più conosciute possono essere rag-
gruppate in due principali pologie: robot per
ispezioni e fruizioni in remoto di ambien diffi -
cilmente accessibili e robot u lizza per la frui-
zione ampliata dei musei. Alla prima categoria
appar ene un disposi vo sviluppato dall’ Is tuto
di Studi sui Sistemi Intelligen per l’Automazione
CNR – ISSIA di Bari. Si tra a di un robot mobile
autonomo per la fruizione da remoto di una ca- verna paleoli ca ricca di pi ure e reper preisto- rici. Il robot è in grado di esplorare l’ambiente e di assumere determinate posizioni. Cos tuito da una pia aforma robo ca mobile, il sistema è equipaggiato con varia strumentazione quale:
sensori laser ed a ultrasuoni, inclinometri, tele- camera, sistema di illuminazione, bussola ed an- tenna per la comunicazione wireless da remoto.
Altre sperimentazioni sono state eff e uate per ispezioni entro cunicoli e piccoli spazi, non rag- giungibili dall’uomo per la loro dimensione o per condizioni ambientali par colarmente diffi cili.
Qualcosa di simile è stato tentato con droni vo- lan a seguito del recente sisma in Abruzzo, per l’indagine sullo stato di ambien distru dal ter- remoto, in condizioni di pericolo per i soccorritori e per i tecnici, come nel caso della basilica di San- ta Maria di Collemaggio a l’Aquila.
Alla categoria dei robot per la fruizione museale appar ene, invece, il proto po Cicerobot. Robot museale realizzato dal Dipar mento di Ingegne- ria informa ca e dall’Icar-CNR di Palermo, che perme e di programmare la visita a seconda del-
le esigenze e riesce a guidare i turis nel museo evitando ostacoli e fi le. E’ dotato di una tas era, un monitor, una telecamera e alcuni sensori che lo collegano ad un nodo Internet, al quale puo' conne ersi anche chi si trova fuori dal museo per una visita virtuale.
Sempre nell’ambito museale un’altra applicazio- ne, con interessan possibilità di sviluppo, riguar- da il proge o di ricerca “A er Dark” [2]. Questo sfru ando gli orari no urni di chiusura della Tate Gallery di Londra, grazie a disposi vi robo ci te- lecomanda , dota di telecamere e fare orien- tabili, consente la visita al museo, collegandosi ad un sito dove il pubblico potrà controllare -a tur- no- i robot, creando il proprio percorso di visita in tempo reale dal proprio computer.
Fra le applicazioni, ancora allo stato di sperimen- tazione, si ricorda l’applicazione di un robot a movimento cartesiano che ha consen to di ela- borare una corposa indagine diagnos ca per il capolavoro di Pablo Picasso 'Guernica', so opo- nendolo, nel Museo Reina Sofi a a Madrid, ad una de agliata analisi a raverso circa 24mila fotogra- fi e ad al ssima risoluzione (eseguite a luce na-
turale, con gli ultraviole e a raggi infrarossi) di ogni cen metro quadrato dell’opera [3] (Fig. 1).
L’ATTIVITÀ DI RICERCA PRESSO L’UNICLAM
Nell’ambito dell’Università di Cassino e del Lazio Meridionale, il gruppo di lavoro integrato del La- boratorio DART con il Laboratorio LARM da tempo persegue una forte interrelazione tra le discipline della robo ca con quelle del rilevamento archi- te onico, a raverso un proge o fi nalizzato all’at- tuazione di soluzioni tecniche rivolte all’analisi e conservazione del patrimonio archite onico.
La ricerca in corso, parzialmente innova va nel campo della robo ca, prevede la messa a punto di una procedura opera va consistente nella defi - nizione delle specifi che manovre -cara eris che delle operazioni del rilevamento archite onico- da affi dare ai movimen automa zza di un ro- bot, costruito nel laboratorio LARM (Fig. 2).
La prima fase del proge o ha interessato l’indi- viduazione dei parametri e delle apparecchiatu- re -proprie delle operazioni di rilevamento- che potessero essere adeguate ed eventualmente integrate con il sistema robo co a disposizione,
Fig. 1. Robot per l’analisi del dipinto Guernica di Pablo Picasso - Museo Reina Sofi a a Madrid
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e quindi la valutazione “se e come” il disposi vo stesso potesse soddisfare le specifi che esigenze [4]. A ualmente sono in corso le operazioni di o mizzazione del proto po costruito dal LARM (Fig. 2) in funzione della sua capacità di movi- mentazione e controllo da remoto delle apparec- chiature per il rilievo installate.
A questo scopo, dopo una serie di test di labora- torio sono state programmate ed eseguite prove campione in si reali, scel in base a già piani- fi cate future campagne di rilevamento, assis te da disposi vi robo ci. La scelta è caduta sull’Area archeologica della Cassino romana (an ca Casi- num) [5] nel Lazio meridionale (Fig. 3), in par - colare si è ritenuto idoneo, per la prova, uno dei cunicoli dell’anfi teatro [6] (Fig. 4).
Per eff e uare il test il proto po è stato dotato di una telecamera wireless ad alta defi nizione posta nella parte inferiore della plancia del sistema ro- bo zzato. Mentre nella parte superiore del corpo centrale il proto po aveva collocato il gruppo di controllo remoto, collegato in wireless per il suo governo, ges bile anche a raverso un comune smartphone, con il quale è possibile trasme ere semplici comandi di avanzamento, arretramento, di sosta, svolta oppure di stop (Fig. 5). La prova ha consen to l’ispezione della parte interna del cunicolo e la registrazione della movimentazione delle ruote e delle gambe del proto po nella sua prima esperienza in reale. L’esperienza ha eviden- ziato le cri cità dell’apparato, in par colar modo negli stadi di avanzamento del robot nel superare
Fig. 2. La struttura base del prototipo “Robot esapodo” costruito dal LARM
Fig. 3. Planimetria dell’Area Archeologica di Casinum e sua localizzazione nella Cassino attuale
Fig. 4. L’anfi teatro di Casinum
i vari ostacoli presen , consentendo di o miz- zare la stru ura ed il so ware di ges one del disposi vo, sopra u o nella combinazione con le apparecchiature necessarie alle operazioni di rilevamento. Conforta dai risulta emersi dalle prove di campagna, si è proceduto nello sviluppo del proge o, integrando il team di ricerca con un nuovo partner: il Centro Rea no di ricerche di In- gegneria per la Tutela e la Valorizzazione dell’Am- biente e del Territorio della Sapienza, il cui Labo- ratorio di Rilievo dell’archite ura (LRA) è dire o
dal prof. Leonardo Paris. Grazie alla dotazione di apparecchiature per il rilievo archite onico del LRA (Laser Scanner lineari e 3D, apparecchiature fotografi che ad alta defi nizione ecc.) e con l’inter- vento del laboratorio LARM, si stanno defi nendo le opportune modifi che proge uali al proto po, in modo da poter eff e uare -nell’immediato fu- turo- un primo test assis to da disposi vi robo - ci, in ambien di diffi cile accessibilità, con l’ada a strumentazione professionale per le operazioni di rilevamento.
CONCLUSIONI
Il sistema integrato di servizi, propos dal pro- ge o HeritageBot, rappresenta e sinte zza un modello innova vo applicato allo studio di beni culturali reperibili a vari livelli territoriali, fi na- lizzato essenzialmente alla loro conservazione e valorizzazione.
La proposta proge uale è indirizzata, in questa fase di sviluppo, verso applicazioni rivolte al ricco patrimonio ar s co-culturale della regione Lazio, con la fi nalità di sollecitare l’incremento di alcuni aspe del sistema socio-economico al quale può essere accostata l’inizia va. Il proge o trova s - molo nella convinzione che le determinan della tecnologia da impiegare, in un’o ca di fl essibili- tà, facilità di u lizzo e basso costo, per perseguire gli obie vi del proge o HeritageBot, si riversino e si trasformino in benefi ci economici futuri ge- nera dal suo u lizzo. Per quanto invece riguarda l’impa o sui beni culturali della Regione, l’ambito di applicazione può spaziare sull’intero territorio del Lazio. Regione con un immenso patrimonio culturale, declinato in vari modi: musei di an -
Fig. 5. Il prototipo robotizzato (HB1), accessoriato con una telecamera wireless per lo studio del percorso, nel suo primo test fuori dal laboratorio LARM, nelle operazioni di ispezione di un cunicolo non accessibile da operatore umano
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[1] Cessione di brevetti o licenze, servizi di supporto all’uso, realiz- zazione di spin-off, facilitazione di start-up locali, valorizzazione delle conoscenze e competenze maturate dalla compagine progettuale.
[2] After dark ha appena conquistato la prima edizione dell'IK Prize, il pre- mio istituito da quest'anno che ri- compensa le idee capaci di sfruttare la tecnica digitale e creare un ponte di collegamento tra la Tate Britain, la galleria d'arte di Londra e il grande pubblico (After Dark, 2013).
[3] Il Robot, progettato e realizzato appositamente per Guernica dal Departamento de Conservación- Restauración del Museo- con il sup- porto di Telefónica - ha sviluppato un sistema di automazione robotica controllato da computer, che si muo- ve con una precisione di 25 micron.
Le sue dimensioni sono spettacolari:
quasi dieci metri per cinque (1.560 kg di peso). “Un viaje digital al in- terior del Guernica”, por M. Quijano.
http://blogthinkbig.com/guernica- interior-viaje-digital/.
[4] Tra le apparecchiature prese in esame sono ovviamente comprese tutte le strumentazioni di base ne- cessarie ad effettuare misure dirette ed indirette, nonché apparecchi di primo contatto con le opere da analizzare (fotocamere, telecamere e altri strumenti di ripresa), disposi- tivi per rilievo strumentale oltre vari modelli (per dimensioni e caratteri- stiche) di laser scanner lineari e 3D con i relativi software di gestione e di post-processo.
[5] Il centro di Casinum nacque come centro sannita, fu prima occu- pato dagli Etruschi e poi verso il 272 a.C. dai Romani che ne fecero un castrum, ossia un luogo fortifi cato creando un insediamento di 4.000 veterani; da prefettura romana Ca- sinum diviene quindi municipium e nel III secolo ottiene il diritto di cit- tadinanza sine suffragio. Casinum è particolarmente fi orente verso la fi ne della repubblica e poi in epoca
imperiale, di questo passato riman- gono i resti romani della via Appia, dell’Anfi teatro e la tomba di Ummi- dia Quadratilla, oltre alla villa dello scrittore romano Terenzio Varrone, vissuto tra il 116 e il 27 a.C. Cono- sciamo queste emergenze anche attraverso le testimonianze grafi che di rilievo lasciati da molti tra i più grandi maestri del Rinascimento e delle epoche successive che si recavano all’Abbazia per studiare quello che per secoli è stato uno dei monumenti più importanti dell'ar- chitettura europea.
[6] Gli autori desiderano ringraziare per la sua disponibilità il Direttore dell’Area Archeologica di Casinum e del Museo archeologico di Cassino, l’arch. Silvano Tanzilli.
[7] Il patrimonio del Fondo Edifi ci di Culto è costituito da beni di varia na- tura, principalmente da edifi ci sacri.
Compito del Fondo è di conservare le Chiese aperte al culto, insieme al patrimonio in esse custodito, af- fi dandole in uso all'autorità religio- sa e di assicurarne il restauro e la conservazione. Tali edifi ci, circa 700, sono dislocati su tutto il territorio na- zionale e tra essi fi gurano Abbazie, Basiliche monumentali e Chiese.
[8] La lista del patrimonio mondiale include 981 siti. Attualmente l'Italia è la nazione che detiene il maggior numero di siti (49) inclusi nella lista dei patrimoni dell'umanità.
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mo un possibile interessamento del proge o ai si della regione Lazio iscri nell'elenco del Pa- trimonio Mondiale dell'Umanità [8], oltre a possi- bili applicazioni connesse alle collaborazioni con le Soprintendenze del Lazio.
Ricordando che il proge o, avendo come focus principale l’analisi, il rilievo e la conseguente va- lorizzazione di elemen decora vi, archite ure, complessi archite onici, può fru uosamente in- teragire con tu i Beni sopra elenca , risultan- do una risorsa che potrà contribuire, opportu- namente in casi specifi ci, alla conservazione del patrimonio culturale.
Nello specifi co infi ne, in merito alla sperimenta- zione in corso sui primi proto pi di robot esapodi (HB1 e HB2), i risulta a esi riguardano le specifi - che cara eris che del sistema robot-strumenta- zione di rilevamento (fotocamere, appara laser scanner 2D, 3D ecc.) orientate all’analisi di am- bien non ispezionabili dall’uomo sia per ragioni di sicurezza che di accessibilità.
In tale o ca la sezione del proge o in esame, in prima ba uta, non mira ad o enere miglio- ramen qualita vi o temporali rispe o alle tec- niche di rilevamento consolidate, ma è rivolta essenzialmente a defi nire fa bili procedure metodologiche per eseguire rilievi professionali in par colari ambi e con controllo da remoto di tu o il processo. Pertanto, di fa o, il sistema in sperimentazione, una volta o mizzato, dovrà essere in grado di risolvere alcune delle principali problema che legate al rilievo di si non dire a- mente accessibili da operatori umani.
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