Domotica

LiDAR o vSLAM – Migliore tecnologia di mappatura per robot aspirapolvere

In questo articolo andremo a vedere quali sono le due principali tecnologie di navigazione dei robot aspirapolvere, ovvero il LiDAR e il vSLAM.

Prima di tutto partiamo con un po’ di storia: nel 2002 iRobot ha lanciato il primo robot aspirapolvere della storia, che era dotato di una serie di sensori che combinati ad un algoritmo gli consentivano di coprire in modo casuale più o meno tutta la superficie dei pavimenti della casa. Questa tecnologia è tuttora utilizzata nei robot aspirapolvere di fascia entry level di oggi, e nonostante non sia più una tecnologia innovativa, rimane più che accettabile per le persone che cercano un prodotto semplice ed economico.

Il primo iRobot Roomba

I difetti principali di questa tecnologia sono che il robot gira per la casa in modalità completamente casuale, passando più volte su alcune aree e lasciandone invece altre completamente scoperte, utilizzando molto più tempo per completare il lavoro, oltre anche alla maggiore facilità di incappare in ostacoli vari lungo il percorso.

Nel 2010 Neato ha lanciato l’XV-11 dotato di LiDAR (Light Detection and Ranging), ovvero un laser invisibile che ruotando riesce a creare una mappa della stanza in cui si trova, misurando le varie distanze e rilevando i vari ostacoli all’altezza del laser.

Neato XV-11

Questo rappresenta quindi il primo vero robot aspirapolvere intelligente, che era in grado di mappare le aree da pulire e coprirle in maniera sistematica, senza dimenticarsi nulla e senza perdere tempo su aree già passate.

Nel 2015 invece iRobot e Dyson hanno lanciato la loro proposta di robot aspirapolvere smart, con una tecnologia diversa da quella LiDAR, ovvero la vSLAM (Visual Simultaneous Localization and Mapping), che consiste in una videocamera montata nella parte superiore del robot ed orientata verso l’alto. Con l’inquadratura verso il soffitto il robot è in grado di creare una mappa del soffitto della casa (che corrisponde in genere a quella del pavimento) registrando inoltre tutti gli altri eventuali ostacoli ed elementi che rientrano nel campo visivo della videocamera.

Il risultato finale è pressoché lo stesso di quello ottenuto col LiDAR, ovvero un robot con mappatura in grado di pulire casa in maniera ottimizzata. La differenza sta nella modalità di mappatura, con i vari pro e contro delle due tecnologie, che sono tuttora le tecnologie più avanzate utilizzate nei robot aspirapolvere e lavapavimenti di livello medio-alto.

Andiamo ad analizzare i vantaggi e gli svantaggi di ognuna.

Precisione e velocità

Per quanto riguarda la precisione di mappatura i robot dotati di tecnologia LiDAR sono decisamente in vantaggio: il loro laser infatti, che è posto generalmente nella parte superiore del robot, e gira di 360° a pochi centimetri da terra, è in grado di creare una mappa molto più dettagliata di ciò che si trova ad altezza robot. Inoltre la tecnologia laser è superiore anche nel misurare le distanze. Questi due vantaggi consentono ai robot dotati di LiDAR di avvalersi in misura minore di sensori anticollisione, il che li rende molto più veloci nel completare la pulizia.

In media infatti i robot aspirapolvere con mappatura LiDAR sono il 20-30% più veloci rispetto ai robot con tecnologia vSLAM nel pulire una stanza.

I robot con LiDAR sono anche più veloci nel creare la mappa della vostra casa. Con la tecnologia laser infatti è sufficiente un ciclo di pulizia perché il robot rilevi la planimetria della vostra casa e i vari ostacoli presenti, mentre nei robot con Vslam una buona mappatura può richiedere anche 2 o 3 cicli di pulizia.

Migliore definizione dei limiti virtuali


Limiti virtuali o no-go zones

La funzione no-go lines che ci consente di indicare al robot dove non deve andare, era stata introdotta inizialmente da Neato. Questa funziona andando a disegnare sulla mappa di casa presente nell’app delle linee che delimitano le aree in cui il robot può o non può andare. Oltre ai robot Neato, anche anche quelli di altri brand hanno cominciato ad adottare queste funzioni con successo, grazie alla precisione della mappatura LiDAR.

I robot dotati di tecnologia vSLAM invece sono arrivati solo l’anno scorso a riuscire ad adottare queste funzioni specifiche e, nonostante non siano ancora allo stesso livello di precisione, rimane un passo importante nello sviluppo della mappatura con videocamera.

Non hanno bisogno di luce

Un’altra differenza che caratterizza robot con LiDAR e vSLAM è la necessità di quest’ultimi a lavorare in un ambiente luminoso. Questo perché essendo basati su una videocamera hanno bisogno di abbastanza luce per capire dove si trovano, mentre i robot che funzionano con LiDAR non hanno questo tipo di problema.

Dyson 360 Eurist

Recentemente Dyson con il suo 360 Eurist, di cui ho parlato in questo articolo, ha rimediato a questo difetto aggiungendo una serie di led bianchi attorno alla videocamera in modo che in caso di scarsa luminosità questi si accendano e permettano al robot di riacquisire la visione del soffitto (o del tavolino/sedia ecc sotto cui si trovano).

Vantaggi della vSLAM

Fino ad ora sembra davvero che la tecnologia vSLAM sia inferiore sotto tutti i punti di vista rispetto alla LiDAR. E allora perché ci sono ancora brand, come appunto Dyson, che continuano ad adottarla?

C’è da far presente che la tecnologia LiDAR, per quanto buona sia, non è priva di difetti. I robot dotati solamente di LiDAR hanno infatti difficoltà in una serie di circostanze. Una di queste sono rappresentate da falsi ostacoli, come per esempio tendaggi, o comunque ostacoli che potrebbero essere superati senza problemi, ma che invece il robot evita credendo siano ostacoli fissi. Il laser non è infatti in grado di distinguere tra i diversi tipi di ostacoli e materiali.

Un’altra situazione dove i robot con LiDAR non si comportano troppo bene sono i piccoli ostacoli e oggetti presenti a terra, come per esempio dei cavi elettrici, o peggio degli escrementi dei nostri animali domestici. È facile immaginare il disastro che può succedere se il robot non le riconosce e le evita in tempo.

Come si può immaginare una videocamera è in grado di fornire molti più dati rispetto ad un laser, ed è per questi motivi che la tecnologia di mappatura basata su videocamera è ancora portata avanti e probabilmente diverrà in futuro

Considerazioni finali

Con l’avanzamento delle tecnologie basate sull’intelligenza artificiale, e quindi con l’aumento delle capacità di riconoscimento attraverso video, la tecnologia vSLAM è destinata a farla sempre più da padrona nel futuro.

I processori stanno infatti diventando sempre più performanti e in grado di rielaborare sempre più informazioni, il che permette a questi robot di diventare sempre più intelligenti.

Allo stato attuale delle cose però i robot aspirapolvere migliori utilizzano solitamente una combinazione di LiDAR e vSLAM, ma con la videocamera posta in posizione frontale invece che puntata verso il soffitto. Questo consente di avere la precisione e velocità di navigazione data dal LiDAR, e il riconoscimento intelligente degli eventuali ostacoli ed oggetti presenti sul percorso del robot.

Un dispositivo di questo tipo che si avvale di entrambe le tecnologie è ad esempio il Deebot Ozmo T8 di Ecovacs con tecnologia AIVI, ovvero Artificial Intelligence and Visual Interpretation. Si tratta del primo robot aspirapolvere in grado di evitare efficacemente cavi, calzini, e altri piccoli oggetti non rilevabili altrimenti e che possono mettere in crisi il funzionamento del robot (o fare disastri in casa nel caso di regalini dei nostri amici a quattro zampe).

Deebot Ozmo T8 AIVI

Fatte queste considerazioni è chiaro quindi che una combinazione di queste due tecnologie permetta di avere un robot aspirapolvere con le capacità più avanzate.

Ma a meno che non vogliate acquistare il robot aspirapolvere top di gamma (consigliato in particolare se avete animali in casa, cavi e altri piccoli ostacoli sparsi sul pavimento), se dovete decidere quale delle due tecnologie scegliere direi che per il momento i robot con mappatura LiDAR sono il miglior compromesso.

In futuro invece è probabile che il LiDAR continui ad essere utilizzato in combinazione a diverse videocamere, o anche totalmente rimpiazzato da queste, dato che la quantità di informazioni ricavabili da un video sarà sempre maggiore.