Finders, keepers :search and rescue robots evolve

gå over ruinerne af den italienske bjergby Amatrice efter det voldsomme jordskælv i 2016, Dr Ivana Kruiff-Korbayova spottet en lille rød sko. “Der var næsten ikke noget tilbage,” husker hun. “Og rundt om hjørnet var der druer og tomater modning i en lille have – men var der nogen tilbage til at høste dem?”

som leder af talking robots group i DFKI, det tyske forskningscenter for kunstig intelligens, blev hun med kort varsel opfordret til at bruge sin eksperimentelle robotteknologi til at hjælpe i kølvandet på jordskælvet, der ødelagde en række bakketopbyer og landsbyer i det centrale Italien, dræbte 295 mennesker og efterlod 4.000 hjemløse. Amatrice,” den slags maleriske landsby, hvor du ville tage på ferie”, blev hårdest ramt, og halvdelen af byens mest historiske bygninger smuldrede. Hele veje gennem de italienske Bakker var faldet væk, og gader var uigenkendelige.

Kruiff-Korbayova og hendes medforskere begyndte at arbejde med italienske brandmænd en uge efter jordskælvet ramte, “da håbet om at finde flere overlevende var gået”, og nødtjenester havde desperat brug for at vide, hvilke strukturer der var sikre. To middelalderkirker var usikre, men stod stadig midt i murbrokkerne, og holdet, der arbejdede på EU-støttet TRADR-projekt (til robotassisteret katastrofeberedskab) rejste fra hele Europa for at hjælpe. Når bygninger er beskadiget, kan de kollapse på forskellige måder, vælte sidelæns eller pandekage-flad – og en detaljeret recce hjælper eksperter med at lave en plan.

det var ikke let at komme ind, men holdets jordbaserede robotter var i stand til at krydse murbrokker for at komme ind i kirken uden for deres operatørs syn og strejfe rundt i det indre og tage billeder, som holdet brugte til at bygge detaljerede 3d-modeller af de eksisterende bygninger. “De var stærkt beskadiget, revnede vægge, kollapsede loft og støv og murbrokker overalt.”

Droner supplerede billedet med et levende feed af de jordbaserede robotter og af en anden drone, der kom ind i kirken. “Vi havde aldrig gjort det før,” siger Kruiff-Korbayova. “Vi havde brugt flere robotter samtidigt, men aldrig i så tæt teamsamarbejde – det var en fantastisk succes.”

hvert år dræber naturkatastrofer omkring 90.000 mennesker og rammer tæt på 160 millioner rundt om i verden. Efter katastrofeangreb ved eftersøgnings – og redningshold, at det er afgørende at finde overlevende så hurtigt som muligt-jo længere forsinkelse, jo flere liv går tabt.

“hvis du tror, du kan redde liv, tager du større risici,” siger privat brandkonsulent Andy Elliott. Efter en brand er bygninger skrøbelige, vandbeskadigede og tilbøjelige til at kollapse. Der kan være levende gas og elektricitet inden for, eller farlige materialer såsom acetylen i lukkede rum. “Du har brug for nøjagtige risikovurderinger,” siger han. “Beskadigede bygninger er farlige steder.”

mange britiske brandvæsener bruger allerede droner til at spore begivenheder, siger Elliott. Droner videresender også virkningen af naturkatastrofer – i August sidste år viste luftbilleder ødelæggelsen af Bahamas efter orkanen Dorian.

i April 2019 videresendte kameraudstyrede droner detaljer i realtid om flammerne, der greb Notre Dame-Katedralen i Paris-med afgørende information om, hvor intens branden var, og hvordan den spredte sig. En fjernstyret robot kaldet Colossus sprøjtede vand inden i den gotiske strukturs indre og sparer brandmænd mod risikoen for at tumle tømmer. Ved at bevæge sig maksimalt 1 m/s Bar robotten, fremstillet af Shark Robotics, et kamera med allround high-definition vision og termisk billeddannelse og en motoriseret vandkanon.

at få robotter ind i en katastrofesone for at kaste rundt på jorden er ikke noget middel. Når du er en robot, er verden fuld af forhindringer.

droner bruges ofte af nødtjenester, men kæmper for at flyve i trange rum, kan ikke bære meget og er begrænset af batteriets levetid. Land robotter kamp med trapper, murbrokker og døråbninger.

” Robotslanger er en måde at løse problemet med smalle rum på, “siger Dr. Emma Rushforth, direktør for Mobile Robotics ved University of Varck,” men de er utroligt komplekse at skabe.”

hendes robotstuderende er godt bekendt med farerne ved katastrofeområder, og de raffinerer en larvesporet bot udstyret med en robotarm med det formål at finde overlevende midt i murbrokkerne i katastrofesoner. Deres bot kan klatre kantsten og trapper og rejse gennem mudder. Dens designere vil teste sin dygtighed på RoboCup Rescue League-en international robotbegivenhed, hvor eftersøgnings-og redningsrobotter tackler nogle hårde scenarier. “År for år forsøger vi at forbedre det, men vanskelighederne er enorme.”

det er svært at køre noget, du ikke kan se; “det er ikke som et julelegetøj,” siger Rushforth. Operatører er afhængige af visuals, der videresendes af roboten, hvilket kræver et rimeligt signal – og det er ikke altid muligt gennem tykke murbrokker eller under jorden. “Du skubber grænserne for batterilevetid og mekanisk evne – det er en udfordring at bare drive den computer, der kræves for at gøre de intelligente autonome ting,” siger hun.

mens robotter har vovet sig ind i film inden for Japans ødelagte Fukushima Daiichi kraftværk, beskadiget af tsunamien i 2011, spiller stråling kaos med signalet. Men at trække et kommunikationskabel gennem en katastrofesone er også fyldt med vanskeligheder, hun siger. Fremskridt inden for batterier, motorer og materialer vil hjælpe med at forfine søgnings-og redningsrobotter for i sidste ende at gøre dem egnede til formålet.

men nogle af de største problemer kommer, når robotter støder på vand. Professor Auke Ijspeert er klar over dette. Han er leder af biorobotics laboratory i EPFL og ekspert i computational neuroscience og machine learning.

i otte år har Ijspeert og hans kolleger bygget en amfibisk robot inspireret af den naturlige verden. Og efter at have studeret en salamanders ambling-gang og svømmebevægelse har hans team skabt algoritmer, der efterligner naturen i robotform, ved at bruge dem til at designe ‘pleurobot’ – en fantastisk kompleks segmenteret skabelse med “en lille mikrokontrol i hvert segment, så der ikke er noget enkelt punkt for fiasko”, siger ijspeert. “Det er meget robust.”Og pleurobot går og svømmer uhyggeligt som den rigtige ting-selvom det kræver en skræddersyet tørdragt. “At gøre det vandtæt, støvtæt og robust er en udfordring, ligesom det er at finde den rigtige afvejning mellem størrelse og vægt.”

Ijspeert ledsager eftersøgnings-og redningshold på regelmæssige øvelser på deres realistiske træningspladser, komplet med ødelagte bygninger, for at prøve at forstå, hvad nødbesætningen har brug for i øjeblikket. “Vi ønsker ikke at erstatte et redningshold, men supplere det, når det er for farligt for mennesker eller hunde,” siger han.

robotter kan indsamle data for at opbygge detaljerede 3D-kort, bruge infrarøde kameraer til at søge efter overlevende, endda transportforbindelser til tovejskommunikation. “Vores robotter har en nyttelast kapacitet, så de kunne transportere vand og medicin,” siger ijspeert.

mens pleurobot mere er en akademisk bestræbelse, har nogle af IJSPEERTS robotkolleger på EPFLS laboratorium for intelligente systemer travlt med at udvikle praktiske anvendelser.

‘i fremtiden ønsker vi at hjælpe et redningsteam med at være hurtigere, sikrere og mere effektivt – potentielt med en flåde af robotter til at udforske mange ting på en gang.’

som enhver search-and-rescue professionel vil fortælle dig, murbrokker og stramme klemmer hæmmer søgningen efter overlevende. Inspireret af fugle, der klemmer gennem smalle huller ved at folde deres vinger, har robotister ved EPFL og Universitetet bygget en “foldbar” drone – en firkopter, der kan ændre form for at passere gennem smalle chinks. Dette gør det muligt at manøvrere i trange rum. Fire arme, der er udstyret med fire propeller, kan bevæge sig uafhængigt, og et kontrolsystem justerer trykket, når tyngdepunktet skifter, så dronen forbliver stabil. I fremtiden håber teamet, at det stadig vil være mere tilpasningsdygtigt og udstyret med tilstrækkelig autonomi til at reagere på instruktioner som “gå ind i bygningen, inspicere hvert værelse og derefter vende tilbage”.

uddannelse af nødbesætninger til at betjene droner er en ekstra hovedpine for tjenester, og forskere ved EPFL undersøger levedygtigheden af en haptisk dragt – en ‘flyjakke’ –som ville give en operatør mulighed for fysisk at ‘flyve’ dronen med kropsbevægelser og hjularme, med beskyttelsesbriller tilsluttet et indbygget kamera, hvilket giver hænderne fri til at lokalisere interesseområder, muligvis ved hjælp af datahandsker.

en anden lys ide at komme fra de svenske laboratorier er små droner, der kan flytte genstande mere end 40 gange deres vægt ved hjælp af spil og gribeteknologi inspireret af gekkoer og insektfødder. Arbejde sammen, disse mikro slæbebåde robotter kunne lasso et dørhåndtag til at trække åbne en dør. Eller en drone inspireret af insektvinger – bygget til at forblive stiv, når den flyver, men i stand til at bøje ved kollision, hvilket begrænser enhver skade.

nogle designs er skamløst eksperimentelle, siger Ijspeert, men de tackler de vigtige spørgsmål, såsom hvor meget autonomi der skal gives en flåde af flyvende robotter, hvilken situationsbevidsthed de har brug for, og hvordan et menneske bedst interagerer med dem, samt hvordan man håndterer en oversvømmet kælder eller et sammenbrudt gulv.

“i fremtiden ønsker vi at hjælpe et redningsteam til at være hurtigere, sikrere og mere effektivt – potentielt med en flåde af robotter til at udforske mange ting på en gang.”

mens robotter når Steder, mennesker ikke kan, er de endnu ikke noget match for redningshunde. “Videnskaben har en lang vej at gå for at indhente,” siger Hampshire Fire and Rescue dog handleren Robin Furniss, hvis hunde blev fløjet ud for at arbejde midt i de nepalesiske og japanske jordskælv. “Brandvæsener har massiv teknologi, der bakker dem op, men hunde er stadig det første foretrukne opkald.”Hans hunde blev brugt til at snuse efter overlevende, da det nedlagte Didcot-kraftværk kollapsede i 2016 og omkring faldne klipper i Dorset i 2012 og mange flere hændelser.

“hunde kan søge på få minutter, hvad der ville tage et team af brandmænd dage,” siger han. “Deres lugtesans er fænomenal – de kan opdage en halv teskefuld sukker opløst i en svømmebassin i olympisk størrelse.”Forskere begynder at eksperimentere med at bruge hunde til at transportere robotter til et katastrofested – Furniss udstyrede sine hunde med sendere til at fodre levende signaler, selvom transmission gennem murbrokker var problematisk.

efter at have set nødtjenester i aktion er Ijspeert og hans kolleger optimistiske, men realistiske. “I robotteknologi samfund, vi kan være ganske na kristve. Og vi er nødt til at være ydmyge over for de fantastiske ting, der opnås af redningssamfundet – vi vil hjælpe dem, men vi vil aldrig erstatte dem.”