Finders, keepers: vyhledávací a záchranné roboty evolve

při procházce ruinami italského horského města Amatrice po násilném zemětřesení v roce 2016 si Dr. Ivana Kruiff-Korbayova všimla malé červené boty. „Skoro nic nezůstalo stát,“ vzpomíná. „A za rohem dozrávaly hrozny a rajčata v malé zahradě-ale nechal je někdo sklízet?“

jako vedoucí skupiny talking robots group v Německém výzkumném středisku pro umělou inteligenci DFKI byla v krátké době povolána, aby použila svou experimentální robotickou technologii na pomoc po zemětřesení, které zničilo řadu měst a vesnic ve střední Itálii, zabilo 295 lidí a zanechalo 4 000 bezdomovců. Amatrice,“ druh malebné vesnice, kam byste jeli na dovolenou“, byl nejhůře zasažen, a polovina převážně historických budov města se rozpadla. Celé cesty přes italské kopce odpadly a ulice byly k nepoznání.

Kruiff-Korbayova a její kolegové vědci začali pracovat s italskými hasiči týden po zemětřesení, „když naděje na nalezení dalších přeživších zmizela“, a záchranné služby zoufale potřebovaly vědět, které struktury jsou bezpečné. Dva středověké kostely byly vratké, ale stále stojí uprostřed trosek, a tým pracující na projektu TRADR podporovaném EU (pro robot-assisted disaster response) cestoval z Celé Evropy, aby pomohl. Když jsou budovy poškozeny, mohou se zhroutit různými způsoby, svrhnout se do strany nebo palačinka-byt – a podrobný recce pomáhá odborníkům vytvořit plán.

dostat se dovnitř nebylo snadné, ale pozemní roboti týmu byli schopni překročit sutiny, aby vstoupili do kostela mimo dohled svého operátora a potulovali se po interiéru a pořizovali snímky, které tým použil k vytvoření podrobných 3D modelů stávajících budov. „Byly silně poškozené, popraskané stěny, zřícený strop a prach a sutiny všude.“

drony doplnily obraz živým přenosem pozemních robotů a dalšího dronu vstupujícího do kostela. „Nikdy předtím jsme to neudělali,“ říká Kruiff-Korbayová. „Použili jsme více robotů současně, ale nikdy v tak těsné týmové spolupráci – byl to úžasný úspěch.“

každý rok přírodní katastrofy zabijí asi 90 000 lidí a postihnou téměř 160 milionů po celém světě. Po katastrofických úderech pátrací a záchranné týmy vědí, že je důležité najít přeživší co nejdříve – čím delší je zpoždění, tím více životů je ztraceno.

„pokud věříte, že můžete zachránit životy,budete více riskovat,“ říká soukromý požární konzultant Andy Elliott. Po požáru jsou budovy křehké, vodou poškozené a náchylné ke zhroucení. V uzavřených prostorách může být živý plyn a elektřina nebo nebezpečné materiály, jako je acetylen. „Potřebujete přesné posouzení rizik,“ říká. „Poškozené budovy jsou nebezpečná místa.“

mnoho britských hasičských služeb již používá drony ke sledování událostí, říká Elliott. Drony přenášejí i dopady přírodních katastrof-loni v srpnu letecké snímky ukázaly devastaci Baham po hurikánu Dorian.

v dubnu 2019 drony vybavené kamerou předaly v reálném čase podrobnosti o plamenech, které sevřely katedrálu Notre Dame v Paříži – s klíčovými informacemi o tom, jak intenzivní byl požár a jak se šířil. Dálkově ovládaný robot s názvem Colossus stříkal vodu v interiéru gotické stavby, šetří hasiče před rizikem pádu dřeva. Pohyboval se rychlostí maximálně 1 m / s, robot, vyrobený společností Shark Robotics, nesl kameru s všestranným viděním s vysokým rozlišením a termovizí a motorizované vodní dělo.

dostat roboty do zóny katastrofy, aby se hrabali po zemi, není žádný zlý výkon. Když jste robot, svět je plný překážek.

drony jsou často používány záchrannými službami, ale snaží se létat ve stísněných prostorech, nemohou nést mnoho a jsou omezeny výdrží baterie. Pozemní roboti bojují se schody, sutinami a dveřními otvory.

“ robotští hadi jsou způsob, jak vyřešit problém úzkých prostorů,“ říká Dr. Emma Rushforth, ředitelka Warwick Mobile Robotics na University of Warwick, „ale je neuvěřitelně složité je vytvořit.“

její studenti robotiky jsou dobře obeznámeni s nebezpečím zón katastrof a vylepšují housenkovou botku vybavenou robotickým ramenem s cílem najít přeživší uprostřed trosek zón katastrof. Jejich bot může vylézt obrubníky a schody a cestovat blátem. Jeho návrháři otestují svou zdatnost na RoboCup Rescue League-Mezinárodní robotické akci, kde vyhledávací a záchranní roboti řeší některé těžké scénáře. „Rok od roku se snažíme zlepšit na to, ale obtíže jsou obrovské.“

je těžké řídit něco, co nevidíte; „není to jako vánoční hračka,“ říká Rushforth. Operátoři se spoléhají na vizuály přenášené robotem, což vyžaduje rozumný signál – a to není vždy možné prostřednictvím silných sutin nebo pod zemí. „Posouváte limity výdrže baterie a mechanických schopností-pouhé napájení počítačů potřebných k inteligentnímu autonomnímu výkonu je výzvou,“ říká.

zatímco roboti se pustili do filmu v japonské zničené elektrárně Fukušima Daiichi, poškozené tsunami v roce 2011, radiace hraje zmatek se signálem. Tahání komunikačního kabelu přes katastrofickou zónu je ale podle ní s sebou nese i potíže. Pokroky v bateriích, motorech a materiálech pomohou vylepšit vyhledávací a záchranné roboty, aby je nakonec přizpůsobili účelu.

některé z největších problémů však přicházejí, když roboti narazí na vodu. Profesor Auke Ijspeert si je toho dobře vědom. Je vedoucím laboratoře biorobotiky ve švýcarské EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) a expertem na výpočetní neurovědu a strojové učení.

Ijspeert a jeho kolegové již osm let staví obojživelného robota inspirovaného přírodním světem. A poté, co studoval chůzi a plavecký pohyb mloka, jeho tým vytvořil algoritmy, které napodobují přírodu ve formě robota, pomocí nich navrhl „pleurobot – – fantasticky složité segmentované stvoření s“ malým mikroregionem v každém segmentu, takže neexistuje jediný bod selhání“, říká Ijspeert. „Je to velmi robustní.“A pleurobot chodí a plave podivně jako skutečná věc-i když to vyžaduje zakázkový suchý oblek. „Učinit jej vodotěsným, prachotěsným a robustním je výzvou, stejně jako najít správný kompromis mezi velikostí a hmotností.“

Ijspeert doprovází Švýcarské pátrací a záchranné týmy na pravidelných cvičeních na jejich realistických cvičištích, doplněných zničenými budovami, aby se pokusili pochopit, co nouzová posádka potřebuje v žáru okamžiku. „Nechceme nahradit záchranný tým, ale doplnit ho, když je příliš nebezpečný pro lidi nebo psy,“ říká.

roboti mohou shromažďovat data pro vytváření podrobných 3D map, pomocí infračervených kamer hledat přeživší, dokonce i dopravní spojení pro obousměrnou komunikaci. „Naši roboti mají schopnost užitečného zatížení, aby mohli přepravovat vodu a léky,“ říká Ijspeert.

zatímco pleurobot je spíše akademickým úsilím, někteří Ijspeertovi robotičtí kolegové v laboratoři inteligentních systémů EPFL jsou zaneprázdněni vývojem praktických aplikací.

‚v budoucnu chceme pomoci záchrannému týmu být rychlejší, bezpečnější a efektivnější-potenciálně s flotilou robotů prozkoumat mnoho věcí najednou.‘

jak vám řekne každý pátrací a záchranářský profesionál, sutiny a těsné stlačení brání hledání přeživších. Robotici na EPFL a Curyšské univerzitě, inspirovaní ptáky, kteří se protlačují úzkými mezerami složením křídel, postavili „skládací“ dron-kvadrokoptéru – která může změnit tvar a projít úzkými bradami. To mu umožňuje manévrovat ve stísněných prostorech. Čtyři ramena, vybavená čtyřmi vrtulemi, se mohou pohybovat nezávisle a řídicí systém upravuje tah při posunu těžiště, takže dron zůstává stabilní. V budoucnu tým doufá, že bude stále přizpůsobivější a bude vybaven dostatečnou autonomií, aby mohl reagovat na pokyny jako „vstoupit do této budovy, zkontrolovat každou místnost a poté se vrátit“.

výcvik nouzové posádky pro provoz dronů je pro služby další bolestí hlavy a vědci z EPFL zkoumají životaschopnost haptického obleku – „pláštěnky“ – což by umožnilo operátorovi fyzicky „létat“ drone s pohyby těla a krouživými rameny, s brýlemi připojenými k palubní kameře, přičemž ruce jsou volné pro určení oblastí zájmu, případně pomocí datových rukavic.

dalším jasným nápadem, který pochází ze švýcarských laboratoří, jsou Malé drony, které mohou posunout objekty více než 40krát větší než jejich hmotnost, pomocí navijáků a uchopovací technologie inspirované gekony a hmyzími nohami. Při spolupráci by tito roboti s mikro taháním mohli laso kliku dveří vytáhnout a otevřít dveře. Nebo dron inspirovaný křídly hmyzu-postavený tak, aby zůstal tuhý při letu, ale je schopen se ohnout při srážce, což omezuje jakékoli poškození.

některé návrhy jsou nestydatě experimentální, říká Ijspeert, ale řeší důležité otázky, jako je kolik autonomie dát flotile létajících robotů, jaké situační povědomí vyžadují a jak s nimi člověk nejlépe interaguje, a jak se vyrovnat se zaplaveným suterénem nebo zhroucenou podlahou.

“ v budoucnu chceme pomoci záchrannému týmu být rychlejší, bezpečnější a efektivnější-potenciálně s flotilou robotů prozkoumat mnoho věcí najednou.“

zatímco roboti dosahují míst, která lidé nemohou, zatím nejsou pro záchranné psy. „Věda má ještě dlouhou cestu, aby to dohnala,“ říká psovod hasičů a záchranářů v Hampshiru Robin Furniss, jehož psi byli vypraveni do práce uprostřed nepálského a japonského zemětřesení. „Hasiči mají masivní technologii, která je podporuje, ale psi jsou stále první preferovanou výzvou.“Jeho psi byli zvyklí čichat pro přeživší, když se nepoužívaná elektrárna Didcot zhroutila v roce 2016 a kolem padlých útesů v Dorsetu v roce 2012 a mnoho dalších incidentů.

„psi mohou během několika minut hledat, co by týmu hasičů trvalo dny,“ říká. „Jejich čich je fenomenální – mohou detekovat půl lžičky cukru rozpuštěného v olympijském bazénu.“Vědci začínají experimentovat s použitím psů k přepravě robotů na místo katastrofy-Furniss vybavil své psy vysílači, aby se mohli vracet živé signály, i když přenos přes sutiny byl problematický.

poté, co Ijspeert a jeho kolegové viděli pohotovostní služby v akci, jsou optimističtí, ale realističtí. „V robotické komunitě můžeme být docela naivní. A musíme být pokorní tváří v tvář úžasným věcem, kterých záchranná komunita dosahuje – pomůžeme jim, ale nikdy je nenahradíme.“