CORSO ROBOTICA UMANOIDE per docenti

Modulo 1: Robotica Umanoide Cos'è la robotica umanoide: definizione, caratteristiche e differenze rispetto ad altri tipi di robot. Panoramica storica e delle principali applicazioni dei robot umanoidi: dalla ricerca scientifica all'assistenza agli anziani, dall'industria all'educazione. Elementi di base dell’architettura di un robot umanoide: struttura, sensori, attuatori e sistemi di controllo. Modulo 2: Componenti Hardware di un Robot Umanoide Studio dei principali componenti hardware di un robot umanoide: motori (servomotori, attuatori lineari), sensori (camera, accelerometri, giroscopi, sensori di forza). Sistemi di alimentazione e gestione energetica. Progettazione e assemblaggio di un robot umanoide di base: analisi della struttura, la scelta dei materiali e la gestione del movimento. Analisi delle sfide strutturali: equilibrio, locomozione, e gestione del peso. Modulo 3: Sistemi di Movimento e Cinematica dei Robot Umanoidi Cinematica dei robot umanoidi: movimenti dei giunti e controllo delle articolazioni. .la cinematica diretta e inversa per il controllo dei movimenti complessi di un umanoide. Tecniche di stabilizzazione e controllo del movimento: equilibrio dinamico, controllo di postura e locomozione (camminata, corsa, salti). Studio dei modelli matematici per il movimento umanoide e applicazione pratica a semplici movimenti. Modulo 4: Linguaggi di Programmazione per Robot Umanoidi Linguaggi di programmazione utilizzati nella robotica umanoide: Python, C++, ROS (Robot Operating System), e linguaggi proprietari. Introduzione a ROS e sue applicazioni: come usare ROS per il controllo e la gestione di sensori e attuatori. Programmazione di movimenti di base e coordinazione tra motori e sensori. Utilizzo di librerie specifiche per robot umanoidi, come MoveIt!, per la pianificazione e l’esecuzione dei movimenti. Modulo 5: Sensori Avanzati e Percezione del Robot Umanoide Sensori di visione: telecamere, sensori di profondità e LiDAR per la percezione spaziale. Sensoristica per l’interazione con l’ambiente: sensori di forza, di prossimità, tattili e sensori di equilibrio. Elaborazione e analisi dei dati sensoriali per la costruzione di una mappa dell’ambiente e la navigazione autonoma. Algoritmi di visione artificiale per il riconoscimento di oggetti, la localizzazione e la mappatura. Modulo 6: Intelligenza Artificiale e Machine Learning nei Robot Umanoidi .l'AI e al Machine Learning (ML) nella robotica: come i robot umanoidi apprendono dall’esperienza. Algoritmi di ML applicati alla robotica umanoide: apprendimento supervisionato e non supervisionato, reti neurali, apprendimento per rinforzo. Integrazione di AI per il riconoscimento vocale, la comprensione del linguaggio naturale e la pianificazione autonoma. Applicazioni pratiche di AI nei robot umanoidi: interazione sociale, navigazione autonoma, e assistenza agli utenti. Modulo 7: Controllo e Coordinamento dei Movimenti nei Robot Umanoidi Teoria del controllo dei movimenti: PID (Proporzionale-Integrale-Derivativo), controllo adattivo e predittivo. Sincronizzazione dei movimenti di più attuatori: movimenti fluidi e coordinati (es. camminata, danza, interazioni). Controllo della postura e gestione dell'equilibrio: algoritmi per il mantenimento dell’equilibrio statico e dinamico. Gestione delle forze di contatto e risposta alle perturbazioni esterne (e.g., cadute, ostacoli). Modulo 8: Comunicazione e Interazione con l’Umano Creazione di interfacce di interazione uomo-robot (HRI): controllo vocale, interazioni tattili e gestuali. Sviluppo di robot umanoidi interattivi per l’educazione: come i robot possono rispondere ai comandi vocali, alle emozioni e ai gesti. Tecniche di riconoscimento vocale e analisi del linguaggio naturale: implementazione di chatbot e sistemi di riconoscimento delle emozioni. Esercitazioni pratiche sull’interazione in tempo reale tra docente e robot umanoide. Modulo 9: Robotica Umanoide per l'Educazione e l'Insegnamento Applicazioni educative dei robot umanoidi: come i robot possono essere usati per insegnare matematica, scienze, lingue, e altre materie. Creazione di programmi educativi basati su robot umanoidi: pianificazione di attività didattiche interattive. Studio di casi di successo: scuole e università che usano robot umanoidi per l’insegnamento e la ricerca. Progettazione di attività pratiche per integrare i robot umanoidi nelle classi e nei laboratori. Modulo 10: Programmazione dei Comportamenti Sociali nei Robot Umanoidi Sviluppo di comportamenti sociali per i robot umanoidi: empatia, riconoscimento emozionale e comunicazione non verbale. Algoritmi di riconoscimento facciale e emozionale: come i robot umanoidi possono adattarsi alle reazioni emotive degli utenti. Gestione della personalità del robot: come creare un robot umanoide con comportamenti e risposte personalizzate. Applicazioni pratiche in contesti sanitari e assistenziali: come i robot possono supportare le persone anziane o disabili. Modulo 11: Robot Umanoide per la Locomozione e Navigazione Autonoma Tecniche avanzate di locomozione per robot umanoidi: camminata bipedale, corsa, e saltelli. Algoritmi di pianificazione dei movimenti e navigazione autonoma in ambienti complessi. Sistemi di controllo per la navigazione in tempo reale: come il robot può evitare ostacoli, riconoscere percorsi e ambienti sconosciuti. Integrazione di sensori per la localizzazione autonoma: GPS, sensori di distanza, mappe 3D. Modulo 12: Etica e Sicurezza nella Robotica Umanoide Problematiche etiche nell’utilizzo dei robot umanoidi: privacy, sicurezza e responsabilità. Gestione dei rischi legati all’uso di robot umanoidi in ambienti pubblici e privati. Design per la sicurezza: protezione dai danni fisici, interazioni sicure con le persone. Discussione sulle implicazioni sociali dei robot umanoidi nel lavoro, nella scuola e nella vita quotidiana. Modulo 13: Progettazione e Costruzione di un Robot Umanoide Personalizzato Pianificazione e progettazione di un robot umanoide su misura: obiettivi didattici e di ricerca. Scelta dei componenti (sensori, attuatori, controller) in base alle esigenze didattiche o di ricerca. Assemblaggio e programmazione del robot umanoide: integrazione hardware-software. Esercitazioni pratiche di progettazione per creare un prototipo funzionante di robot umanoide. Modulo 14: Simulazione e Testing dei Robot Umanoidi Simulazione del comportamento del robot umanoide in ambienti virtuali. Utilizzo di software di simulazione (come Gazebo o V-REP) per testare i movimenti, il riconoscimento degli oggetti e l’interazione con l’ambiente. Analisi dei test di comportamento del robot umanoide in scenari diversi (classroom, ufficio, casa). Debugging e ottimizzazione del codice per la realizzazione di movimenti naturali e l’efficienza operativa. Modulo 15: Progetto Finale e Presentazione Sviluppo di un progetto finale che integra le competenze apprese: progettazione, programmazione e implementazione di un robot umanoide. Creazione di un robot umanoide interattivo per una presentazione in aula. Discussione del progetto finale con valutazione della realizzazione pratica e teoretica. Condivisione delle esperienze e delle possibili applicazioni in ambito educativo, industriale e sociale.