Un robot che tira con l'arco ricurvo: Christmann 2022

Un gruppo di robotica di Taipei ha insegnato a un robot umanoide a impugnare, tendere e rilasciare un arco ricurvo, e ha misurato dove finivano le frecce. Il robot è un THORMANG3, alto 137,5 centimetri, 42 chili, 29 gradi di libertà, con una telecamera in testa; l'arco è un Cartel Sirius Plus da 66 pollici, 16 libbre a 28 pollici di allungo, con l'impugnatura fasciata di gommaschiuma perché la pinza riuscisse a tenerla. Il bersaglio viene riconosciuto cercando tre cerchi concentrici con la trasformata di Hough.

Le prove sono tre. Nella prima il robot tira dieci volte contro una parete a 10 metri senza nessuna correzione di mira, con una freccia di gomma a ventosa e 65 centimetri di trazione: i due impatti più distanti stanno a 62,14 centimetri in orizzontale e 9,34 in verticale, perché dopo ogni tiro il robot oscillava e ruotava un poco verso destra.

Nella seconda, dalla stessa posizione, il robot mira con la telecamera, correggendo l'imbardata in modo proporzionale e tenendo fisso il rollio. Il bersaglio è un disco da 49 centimetri di diametro, con il cerchio interno da 9,7 centimetri, appeso con il centro a 114,5 centimetri da terra. I dieci impatti stanno in 6,6 centimetri in orizzontale e 4,7 in verticale, ma il centro del gruppo cade a 27,85 e 25,96 centimetri dal centro del bersaglio: gruppo raccolto, e spostato di un quarto di metro.

Nella terza prova, in campo aperto e con frecce di 32 pollici, il robot ha mandato la freccia a 44 metri con 70 centimetri di trazione e 4 gradi di rollio, a 55 metri con 70 centimetri e 10 gradi, a 50 metri con 65 centimetri e 12 gradi. Le distanze sono state stimate riprendendo il tiro in video e misurando il punto di caduta su immagini satellitari.

La freccia viene incoccata a mano da una persona a ogni tiro: il robot fa il resto. La pinza sinistra tiene l'arco, la destra prende la corda e la rilascia aprendosi. Le due braccia sono comandate con la cinematica inversa, calcolata con la pseudoinversa dello jacobiano, e il movimento di trazione segue il vettore che va dal rest alla cocca, perché scostarsene fa partire la freccia fuori bersaglio o la fa cadere dall'arco. La corda a riposo sta a 22 centimetri dal rest; da lì la pinza destra si chiude sulla corda e la porta al punto di allungo richiesto.

La mira funziona in due passaggi. Prima la telecamera cerca il bersaglio: immagine in scala di grigi, sfocatura gaussiana con nucleo 5, trasformata di Hough con raggio fra 10 e 30 pixel a 10 metri, poi otto profili di differenze di luminosità dal centro verso l'esterno, soppressione dei non massimi, e un cerchio è accettato se i tre massimi locali si susseguono con raggi coerenti. Serve almeno cinque profili positivi per dichiarare trovato il bersaglio.

Poi la correzione, calibrata a mano. Il robot tira alcune frecce con imbardata a zero, il bersaglio viene messo al centro della rosa ottenuta e quella posizione diventa il riferimento; poi il bersaglio viene spostato di lato e si cercano a tentativi i valori di imbardata che lo centrano, da cui il guadagno proporzionale. Il rollio resta un valore fisso.

Nelle prime due prove il robot non è stato spostato né riallineato, e la seconda è stata eseguita subito dopo la prima, con il bersaglio già appeso alla parete.

È un preprint su arXiv, dichiarato preliminare dagli autori stessi, e non ha passato una revisione tra pari. Il materiale è un robot solo, dieci tiri per condizione nelle due prove di precisione e un tiro per impostazione nella prova di distanza.

Nelle due prove di precisione la freccia non è una freccia: è un'asta di gomma con la ventosa, scelta per sicurezza. Il libbraggio è 16 libbre, cioè una frazione di quello che si usa in gara, e gli autori stessi osservano che per arrivare a 60 o 70 metri servirebbero flettenti più forti. Nessun tiro è stato valutato a punteggio e nessun arciere ha tirato per confronto, quindi il paragone con i tiratori umani resta una prospettiva, non un risultato.

Lo scarto sistematico della seconda prova non viene discusso. I dieci tiri cadono in pochi centimetri, ma il centro del gruppo è a circa 28 e 26 centimetri dal centro del bersaglio: la calibrazione raccoglieva il gruppo senza portarlo al centro, e l'articolo non spiega perché.

I numeri della prima prova non tornano fra loro: la «variazione» di 297,75 è espressa in centimetri ma è chiaramente una varianza, quindi le unità dei risultati non sono coerenti. Nella terza prova le distanze sono lette su Google Earth da un video, senza dati su vento e condizioni, e la freccia è descritta come in fibra di carbonio nei metodi e in fibra di vetro nei risultati.

Lo studio non parla di tecnica, parla di macchine, e per questo serve a una cosa sola: mostrare quanto il supporto che tiene l'arco pesi sul risultato. Senza correzione di mira i dieci tiri si aprivano di 62 centimetri in orizzontale a 10 metri, mentre in verticale restavano sotto i 10. Non è l'arco: è il robot che fra un tiro e l'altro si spostava e ruotava verso destra, e la dispersione segue la direzione di quella rotazione. Con la mira guidata dalla telecamera i dieci tiri sono rientrati in circa 7 centimetri per 5.

L'altra cosa che si legge nei numeri è la distinzione fra gruppo raccolto e gruppo centrato. Dopo la calibrazione il robot ripeteva il tiro in pochi centimetri, ma il gruppo restava spostato di un quarto di metro dal centro: la ripetibilità del gesto e la taratura della mira sono due problemi separati, e risolvere il primo non risolve il secondo.

Niente di tutto questo dice che cosa faccia un arco in mano a una persona. Il libbraggio è 16 libbre, la freccia delle prove di precisione è di gomma con la ventosa, non c'è nessun punteggio e nessun arciere nel confronto. Gli autori stessi inquadrano il lavoro come un primo passo verso un robot che possa tirare su distanze di gara.