Nao per gli anziani: sviluppo di un assistente intelligente per il mantenimento delle capacità cognitive

The thesis focuses on exploring the potential of Nao within a simulated environment, using Webots, an open-source and multiplatform simulator dedicated to modeling, programming and testing robots in highly realistic virtual scenarios. The aim of this work is to answer a central question: How an extension of the functionalities attributable to Nao in a simulated environment can innovate cognitive assistance in the elderly, and facilitate its use. The possibilities explored will include: developing and testing new qualities of interaction, such as speech recognition, speech synthesis of a text and the implementation of activities to keep the mind active, in order to improve the user experience and make the system more accessible. The integration of the modifications also aims at developing a versatile final product, so as to be able to extend the use of simulated Nao not only in the context of elderly care, but also in different fields, from education to support for people with cognitive or motor difficulties. Subsequently, the Webots 3D simulator will be presented, an open-source software developed by Cyberbotics and conceived to design, model and simulate robots in realistic virtual environments. In particular, attention will be paid to the support offered for Nao by the program and the reasons that led to choosing it will be explained. After this introduction concerning the context, the potential of the simulation of Nao in Webots will be explored, highlighting the mechanisms that regulate the model within the virtual environment. The operation and configuration methods of an external controller for the Robot will also be discussed. Subsequently, the expansion of Nao's capabilities will be exposed through the development of an advanced controller, designed to improve the quality of interaction with users. The various integrated modules that have transformed Nao into a more responsive assistant will be illustrated, capable of communicating vocally thanks to the implementation of a voice synthesizer. Furthermore, with the help of an artificial intelligence, it will obtain the ability to process intelligent responses, understanding the context of the conversation and adapting to the user's needs. Finally, the application of Nao's new features in the assistive robotics sector will be explored in depth, with particular reference to support for the elderly, highlighting the goal of making simulated Nao a valid cognitive assistant, capable of stimulating the mental abilities of users through specifically created activities. These will include physical and mental exercises aimed at maintaining the psycho-physical faculties of the most fragile subjects.

L’elaborato si concentra sull’esplorare le potenzialità di Nao all’interno di un ambiente simulato, utilizzando Webots, un simulatore open-source e multipiattaforma dedicato alla modellazione, programmazione e verifica di robot in scenari virtuali ad alto realismo. Nell'intento di questo lavoro vi è la risposta ad un interrogativo centrale: In quale modo una estensione delle funzionalità attribuibili a Nao in ambiente simulato possa innovare l'assistenza cognitiva negli anzianio, e facilitarne l'uso. Le possibilità esplorate comprenderanno: sviluppare e testare nuove qualità di interazione, quali il riconoscimento vocale, la sintesi vocale di un testo e l’implementazione di attività per mantenere attiva la mente, al fine di migliorare l’esperienza utente e rendere il sistema più accessibile. L’integrazione delle modifiche mira anche allo sviluppo di un prodotto finale versatile, così da poter estendere l’impiego di Nao simulato non solo nel contesto dell’assistenza agli anziani, ma anche in diversi ambiti, da quelli dell'educazione al supporto di persone con difficoltà cognitive o motorie. Successivamente, verrà presentato il simulatore 3D Webots, un software open-source sviluppato da Cyberbotics e concepito per progettare, modellare e simularrerobot in ambienti virtuali realistici. In particolare, verrà prestata attenzione al supporto offerto per Nao dal programma e saranno esposti i motivi che hanno portato a sceglierlo. Dopo questa introduzione inerente al contesto, verranno esplorate le potenzialità della simulazione di Nao in Webots, evidenziando i meccanismi che regolano il modello all’interno dell’ambiente virtuale. Saranno inoltre trattati il funzionamento e le modalità di configurazione di un controller esterno per il Robot. In seguito,sarà esposto l’ampliamento delle capacità di Nao attraverso lo sviluppo di un controller avanzato, progettato per migliorare la qualità dell’interazione con gli utenti. Verranno illustrati i diversi moduli integrati che hanno trasformato Nao in un assistente più responsivo, in grado di comunicare vocalmente grazie all’implementazione di un sintetizzatore vocale. Inoltre, attraverso l’aiuto di un’intelligenza artificiale, otterrà la capiacità di elaborare risposte intelligenti, comprendendo il contesto della conversazione e adattandosi alle esigenze dell’utente. Infine, verrà approfondita l’applicazione delle nuove funzionalità di Nao nel settore della robotica assistiva, con particolare riferimento al supporto agli anziani, evidenziando l’obiettivo di rendere Nao simulato un valido assistente cognitivo, capace di stimolare le capacità mentali degli utenti attraverso attività create appositamente. Queste ultime comprenderanno esercizi fisici e mentali finalizzati al mantenimento delle facoltà psico-fisiche nei soggetti più fragili.