Come un braccio robotico giocattolo degli anni ’80 ha ispirato la robotica moderna

I compiti assunti dall’Armatron non sono molto diversi da quelli che l’intelligenza artificiale affronta oggi.

Essendo figlio di un ingegnere elettronico, da bambino passavo molto tempo nel nostro Radio Shack locale. Mentre mio padre cercava condensatori e resistenze, io ero nel reparto giocattoli. È stato lì, nel 1984, che ho scoperto il miglior giocattolo della mia infanzia: il braccio robotico Armatron.

Descritto come un “braccio robotico per aiutare i giovani geni negli esperimenti scientifici e di laboratorio”, era il raro giocattolo all’altezza dell’entusiasmo stampato sul fronte della scatola. Si trattava di un braccio robotico vero e proprio. Era possibile ruotare il braccio intorno alla sua base, inclinarlo verso l’alto e verso il basso, piegarlo all’articolazione del “gomito”, ruotare il “polso” e aprire e chiudere la mano articolata di colore arancione brillante in eleganti accordi di movimento, il tutto utilizzando solo i due joystick gemelli.

Chiunque abbia giocato con questo giocattolo ricorderà anche il suono che emetteva. Una volta spostato il pulsante di accensione sulla posizione On, si sentiva un costante fruscio di ingranaggi di plastica che giravano e si contorcevano. E se si cercava di spingerlo oltre i suoi limiti, si contorceva e protestava con uno stridente “CLIC… CLIC… CLIC”.

Non erano solo i bambini a trovare l’Armatron così speciale. La rivista Robotics Age, nel numero di novembre/dicembre del 1982, ne riportava la copertina, sottolineando che questo giocattolo da 31,95 dollari (circa 96 dollari di oggi) aveva “capacità che di solito si trovano solo in bracci sperimentali molto più costosi”.

Qualche anno fa ho ritrovato il mio Armatron e, quando ho aperto la custodia per farlo funzionare di nuovo, ho scoperto con sorpresa che, a parte il vano per la coppia di batterie D-cell, un interruttore e un minuscolo motore a corrente continua da tre volt, questo oggetto era totalmente privo di componenti elettronici. Era puramente meccanico. In seguito, ho trovato online i disegni del brevetto dell’Armatron e ho visto quanto fossero incredibilmente complessi gli schemi del cambio. Questo progetto era opera di un genio o di un pazzo.

L’uomo dietro il braccio

Avevo bisogno di conoscere la storia di questo giocattolo. Ho contattato il produttore, Tomy (ora noto come Takara Tomy), che opera in Giappone da oltre 100 anni. Mi ha messo in contatto con Hiroyuki Watanabe, un ingegnere e designer di giocattoli di 69 anni che vive a Tokyo. Oggi è in pensione, ma ha lavorato alla Tomy per 49 anni, costruendo molti classici giocattoli elettronici portatili degli anni ’80, tra cui Blip, Digital Diamond, Digital Derby e Missile Strike. Il nome di Watanabe è presente in 44 brevetti e ha partecipato alla commercializzazione di 50-60 prodotti. Watanabe ha risposto alle domande inviate via e-mail tramite video e le sue risposte sono state tradotte dal giapponese.

“Non ho avuto un periodo in cui ho studiato ingegneria a livello professionale. Mi sono invece iscritto a quella che in Giappone si chiama una scuola superiore tecnica che forma ingegneri tecnici, e lì sono entrato nel dipartimento di elettricità”, mi ha detto.

In seguito, ha lavorato alla Komatsu Manufacturing, perché, dice, gli piacevano i bulldozer. Ma nel 1974 ha visto che Tomy stava assumendo personale e voleva produrre giocattoli. “Mi dissero che era l’azienda di giocattoli numero 1 in Giappone, così decisi che valeva la pena di dare un’occhiata”, ha raccontato. “Ho preso un treno notturno da Tohoku a Tokyo per sostenere un colloquio di lavoro, ed è così che ho finito per entrare nell’azienda”.

L’ispirazione per l’Armatron venne da un ritaglio di giornale che il capo di Watanabe gli portò un giorno. “Mostrava l’immagine di un [braccio meccanico] che teneva un uovo con tre dita. Credo che abbiamo iniziato pensando: ‘È questa la direzione che stanno prendendo le cose al giorno d’oggi, quindi facciamo questo'”, ha ricordato.

A capo di un piccolo team, Watanabe si dedicò per un breve periodo a un altro progetto e, quando tornò al braccio robotico, il team aveva già un prototipo. Ma era molto diverso dalla forma finale dell’Armatron. “La mano sporgeva lateralmente dal corpo principale e poteva muoversi solo di circa 90 gradi. Anche il pannello di controllo aveva sei posizioni di movimento, che venivano commutate con sei interruttori. Personalmente non mi piaceva”, ha detto Watanabe. Così si è rimesso al lavoro.

La scoperta di Watanabe è stata ispirata dagli elicotteri radiocomandati che utilizzava per hobby. Tenendo in mano un radiocomando con doppi comandi a joystick, mi ha detto: “Questa levetta permette di eseguire quattro movimenti con due braccia, ma ho pensato che se si gira questa parte, si possono usare sei movimenti”.

“Ho sempre desiderato creare un sistema che potesse ruotare a 360 gradi, quindi ho pensato a come farlo funzionare”, ha aggiunto.

Watanabe ha sottolineato che, pur essendo indicato come l’inventore principale dell’Armatron, si è trattato di un lavoro di squadra. Un designer ha creato l’involucro, i colori e il logo, aggiungendo tocchi per imitare le caratteristiche dei robot industriali dell’epoca, come i tubi di gomma (che sono solo estetici).

Quando l’Armatron uscì, nel 1981, gli ingegneri robotici iniziarono a contattare Watanabe. “Non mi contattavano tanto le persone dei negozi di giocattoli, quanto piuttosto i ricercatori dei laboratori universitari, delle fabbriche e delle aziende che producevano robot industriali”, racconta Watanabe. “Erano piuttosto incoraggianti e spesso parlavamo insieme”.

Il lungo raggio del robot di Radio Shack

L’aspetto audace e le funzioni di Armatron hanno fatto colpo su molti ragazzi che un giorno avrebbero intrapreso una carriera nella robotica.

Uno di loro era Adam Borrell, un ingegnere di progettazione meccanica che da 15 anni costruisce robot alla Boston Dynamics, tra cui Petman, il famoso Atlas su YouTube e il quadrupede di taglia canina chiamato Spot.

Borrell è cresciuto a pochi isolati da un Radio Shack di New York. “Se andavo alla stazione della metropolitana, passavamo davanti a Radio Shack. Mi fermavo a giocarci e a impostare il timer, a fare le sfide”, racconta. “So che era un giocattolo, ma quello era un vero robot”. L’Armatron è stato il gancio che lo ha attirato da Radio Shack e che ha scatenato il suo interesse per l’ingegneria per tutta la vita: “Tiravo i penny e li usavo per comprare i saldatori e saldare da Radio Shack”.

“Ancora oggi ci sono ricerche che utilizzano l’intelligenza artificiale per cercare di capire come afferrare in modo ottimale gli oggetti che [un robot] vede in un cestino o nel mondo”.

Borrell ha avuto un incontro fatale con il giocattolo durante la scuola di ingegneria. “Uno dei miei colleghi aveva un Armatron sulla scrivania”, ricorda, “ed era rotto. Lo smontammo insieme e quella fu la prima volta che ne vidi le viscere”.

“Aveva questo fantastico treno di ingranaggi meccanici per innestare e disinnestare questo motore in diversi modi. Era davvero affascinante che avesse fatto così tanto, con un solo piccolo motore. E questo mi ha fatto tornare a pensare ai bracci robotici industriali”.

Eric Paulos, professore di ingegneria elettrica e informatica presso l’Università della California, Berkeley, ricorda di aver assillato i suoi genitori su quale regalo educativo sarebbe stato Armatron. Alla fine è riuscito a fare pressioni.

“Si trattava di un’esplorazione infinita, di prendere le cose, di spostarle e anche solo di guardarle muoversi. Per me era ipnotico. Mi sembrava di possedere il mio piccolo robot”, ricorda. “Ho molto a cuore questa cosa. Ce l’ho ancora oggi e funziona ancora”.

Oggi Paulos costruisce robot e insegna ai suoi studenti a costruirne di propri. Li sfida a risolvere i problemi all’interno di vincoli, come costruire con cartone o Play-Doh; ritiene che le restrizioni imposte a Watanabe e al suo team li abbiano costretti a essere più creativi nella loro progettazione.

Non è molto difficile tracciare collegamenti tra l’Armatron, un robot incredibilmente analogico, e le macchine altamente avanzate che oggi imparano a muoversi in modi incredibilmente nuovi, grazie a progressi dell’intelligenza artificiale come la computer vision e l’apprendimento per rinforzo.

Paulos vede dei parallelismi tra i problemi che affrontava da bambino con il suo Armatron e quelli che i ricercatori cercano di affrontare ancora oggi: “Cosa succede quando si prendono in mano degli oggetti che sono troppo pesanti, ma che si riesce a sollevare se si affrontano da diverse angolazioni? O come si afferrano le cose? Ancora oggi la ricerca utilizza l’intelligenza artificiale per cercare di capire come afferrare in modo ottimale gli oggetti che [un robot] vede in un cestino o nel mondo”.

Anche se l’intelligenza artificiale sta conquistando il mondo della robotica, il settore richiede ancora ingegneri, costruttori e artigiani che sappiano risolvere i problemi nel mondo fisico.

L’Armatron incoraggiava i bambini a esplorare questi meccanismi analogici, ricordando che non tutte le scoperte avvengono sullo schermo di un computer. E questa curiosità pratica non è svanita. Oggi, una nuova generazione di appassionati sta riscoprendo l’Armatron attraverso comunità online e modifiche fai-da-te. Su YouTube sono disponibili decine di video sull’Armatron, tra cui uno in cui il braccio è stato modificato per funzionare con l’energia a vapore.

“Sono molto felice di vedere che le persone che amano i meccanismi sono stupite”, mi ha detto Watanabe. “Sono davvero felice che ci siano ancora persone là fuori che amano i nostri prodotti in questo modo”.

Jon Keegan scrive di tecnologia e IA e pubblica Beautiful Public Data, una raccolta curata di set di dati governativi (beautifulpublicdata.com).