Human Digital Twin per le fabbriche: salute, ergonomia e collaborazione uomo-robot

Gemello digitale umano per l’Industria 5.0
Fondazione Mics ha realizzato un prototipo di gemello digitale umano che amplia il concetto tradizionale oltre alla macchina. Nato all’interno dello Spoke 8, il sistema integra sensori indossabili, dispositivi biometrici e moduli di Intelligenza artificiale. L’infrastruttura di orchestrazione cattura in tempo reale postura, movimenti e segnali di stress, restituendo una rappresentazione dinamica dello stato dell’operatore utile per monitorare e intervenire sui processi produttivi.

Sperimentazione a Bacoli: risultati concreti
La prova sul campo, condotta insieme a Leonardo nello stabilimento di Bacoli, ha evidenziato vantaggi tangibili. L’affiancamento uomo-robot ha alleggerito sia il carico fisico sia quello cognitivo degli operatori: il sistema supporta le attività complesse senza sostituire la persona. Dalle osservazioni sono emerse opportunità concrete per ridisegnare procedure e ridurre i rischi ergonomici.

Finalità operative e ricadute
Il prototipo viene impiegato per decisioni progettuali mirate e interventi ergonomici calibrati. Per “gemello digitale umano” si intende qui una copia digitale aggiornata dell’operatore, che consente di ottimizzare flussi, postazioni e turnazioni sulla base di dati oggettivi. Questo approccio porta benefici non solo in termini di sicurezza sul lavoro, ma anche di efficienza operativa e ritorno economico degli impianti.

Architettura e tecnologie
Alla base del sistema c’è un ecosistema sensoriale collegato a una piattaforma software in grado di orchestrare flussi eterogenei. La qualità e il posizionamento dei sensori sono determinanti per l’affidabilità del modello: sensori indossabili registrano attività muscolare e postura; dispositivi biometrici tracciano frequenza cardiaca e variabilità cardiaca; sensori ambientali monitorano temperatura, umidità e condizioni operative locali. Tutte le informazioni vengono sincronizzate tramite un layer di interoperabilità basato su ROS, che garantisce coerenza temporale e bassa latenza tra mondo reale e modello digitale.

Per mantenere l’allineamento temporale tra segnali e simulazione, la soluzione privilegia pipeline a bassa latenza. Questo consente analisi in real time dei parametri fisiologici e delle condizioni operative, traducendosi in interventi tempestivi su sicurezza, processi e produttività.

Il ruolo dell’intelligenza artificiale
Il sistema integra un motore AI multimodale per l’analisi della cinematica corporea: i modelli ricostruiscono traiettorie, riconoscono posture scorrette e stimano il carico cognitivo. La segmentazione temporale mette in luce le fasi operative più critiche, mentre algoritmi specifici quantificano l’affaticamento muscolare e individuano pattern di movimento a rischio.

Un ulteriore valore viene dall’integrazione di modelli linguistici che trasformano le percezioni soggettive degli operatori in descrizioni strutturate: così si arricchisce la base dati e si facilita il processo decisionale in fabbrica.

Caso pratico: calibrazione di antenne
La calibrazione manuale di un’antenna parabolica, oggetto della sperimentazione con Leonardo, è un esempio calzante. L’operazione richiede posture prolungate, movimenti millimetrici e alta concentrazione: il sistema ha monitorato l’intera sequenza, segmentando le fasi di lavoro e classificando gli eventi ergonomici critici. Dall’analisi sono emersi i momenti di massimo stress fisico e cognitivo, informazioni che hanno portato a interventi mirati per prevenire errori e migliorare l’efficienza.

Simulazioni e robot collaborativi
Le simulazioni sull’introduzione di robot collaborativi per le mansioni ripetitive hanno mostrato benefici evidenti. Confrontando la configurazione tradizionale con quella uomo-robot, si è osservata una riduzione dello stress e un miglioramento dell’ergonomia: il lavoro diventa meno gravoso e la produttività può aumentare senza compromettere il benessere degli operatori. Le analisi hanno preso in considerazione carichi fisici, pause operative e flussi di lavoro, rilevando una diminuzione di microtraumi e affaticamento muscolo-scheletrico e una riduzione dei tempi improduttivi dovuti a errori ripetuti.

Impatto su progettazione delle postazioni e forza lavoro
Il gemello digitale umano supera il ruolo di semplice strumento di monitoraggio: diventa uno strumento di progettazione. Grazie alle simulazioni è possibile riprogettare layout, attrezzature e turnazioni in funzione dei limiti fisici e cognitivi degli operatori, favorendo ambienti di lavoro più inclusivi e adatti a una forza lavoro eterogenea e con età media crescente. Le modifiche tipiche riguardano variazioni di altezza, posizionamento degli strumenti e automazioni selettive, scelte che riducono gli infortuni e migliorano le prestazioni operative. I modelli previsionali applicati al gemello digitale consentono inoltre di stimare il ritorno dell’investimento e i tempi di payback, con prospettive di estensione delle simulazioni a scenari multiimpianto e integrazione con la manutenzione predittiva.

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