Finders, keepers: search and rescue robots evolve

az olasz Amatrice hegyi város romjain sétálva a 2016-os erőszakos földrengés után Dr. Ivana Kruiff-Korbayova észrevett egy kis piros cipőt. “Alig maradt valami állva” – emlékszik vissza. “A sarkon pedig szőlő és paradicsom érlelődött egy apró kertben – de maradt-e valaki, aki betakarította őket?”

a DFKI, a német mesterséges intelligencia Kutatóközpont talking robots csoportjának vezetőjeként rövid időn belül felhívták, hogy használja kísérleti robot technológiáját a földrengés nyomán, amely egy sor dombtetős várost és falut pusztított Közép-Olaszországban, 295 embert megölve és 4000 hajléktalant hagyva. Amatrice, “az a fajta festői falu, ahol nyaralni megy”, a legsúlyosabban sújtotta, és a város többnyire történelmi épületeinek fele összeomlott. Az itáliai dombokon át vezető utak összedőltek, az utcák felismerhetetlenek voltak.

Kruiff-Korbayova és kutatótársai egy héttel a földrengés után kezdtek együtt dolgozni az olasz tűzoltókkal, “amikor már nem volt remény további túlélők megtalálására”, és a mentőszolgálatoknak nagy szükségük volt arra, hogy megtudják, mely építmények biztonságosak. Két középkori templom rozoga volt, de még mindig a romok között állt, és az EU által támogatott TRADR projekten (robot-assisted disaster response) dolgozó csapat egész Európából utazott segíteni. Ha az épületek megsérülnek, különböző módon összeomolhatnak, oldalra borulhatnak vagy palacsinta laposak-és egy részletes recce segít a szakértőknek a terv elkészítésében.

a bejutás nem volt könnyű, de a csapat földi robotjai képesek voltak átjutni a törmelékeken, hogy belépjenek a templomba az operátoruk láttán, és körbejárják a belső teret, képeket készítenek, amelyeket a csapat a meglévő épületek részletes 3D-s modelljeinek elkészítéséhez használt. “Súlyosan megrongálódtak, megrepedtek a falak, beomlott a mennyezet, por és törmelék volt mindenütt.”

Drónok egészítették ki a képet a földi robotok és egy másik, a templomba belépő drón élő közvetítésével. “Ezt még soha nem tettük meg”-mondja Kruiff-Korbayova. “Több robotot használtunk egyszerre, de soha nem volt ilyen szoros csapatmunka – elképesztő siker volt.”

minden évben a természeti katasztrófák mintegy 90 000 embert ölnek meg, és közel 160 millió embert érintenek világszerte. A katasztrófa után a kutató-mentő csapatok tudják, hogy a lehető leghamarabb meg kell találni a túlélőket – minél hosszabb a késés, annál több ember veszíti életét.

“ha úgy gondolja, hogy életeket menthet, akkor nagyobb kockázatot vállal” – mondja Andy Elliott magán tűzoltó tanácsadó. Tűz után az épületek törékenyek, vízkárosak és hajlamosak az összeomlásra. Lehet élő gáz és villamos energia belül, vagy veszélyes anyagok, például acetilén zárt térben. “Pontos kockázatértékelésre van szükség” – mondja. “A sérült épületek veszélyes helyek.”

sok brit tűzoltóság már használ drónokat az események nyomon követésére-mondja Elliott. A drónok közvetítik a természeti katasztrófák hatásait is-tavaly augusztusban a légi felvételek a Bahama-szigetek pusztítását mutatták a Dorian hurrikán után.

2019 áprilisában a kamerával felszerelt Drónok valós idejű részleteket közöltek a párizsi Notre Dame-székesegyházat megragadó lángokról-döntő információkkal arról, hogy a láng milyen intenzív volt és hogyan terjedt. A Colossus nevű távirányítású robot vizet permetezett a gótikus szerkezet belsejébe, megkímélve a tűzoltókat a gerendák bukásának kockázatától. A Shark Robotics által gyártott, maximum 1 m/s sebességgel mozgó robot egy nagyfelbontású látást és hőkamerát, valamint egy motoros vízágyút szállított.

a robotok katasztrófazónába juttatása, hogy a földön piszkáljanak, nem jelenti azt, hogy feat. Ha egy robot, a világ tele van akadályokkal.

a drónokat gyakran használják a sürgősségi szolgálatok, de küzdenek a zárt térben történő repüléssel, nem tudnak sokat szállítani, és az akkumulátor élettartama korlátozott. A szárazföldi robotok lépcsőkkel, törmelékkel és ajtónyílásokkal küzdenek.

“a Robotkígyók a keskeny terek problémájának megoldására szolgálnak” – mondja Dr. Emma Rushforth, a Warwick Mobile Robotics igazgatója a Warwicki Egyetemen, “de hihetetlenül bonyolult létrehozni őket.”

robotikai diákjai jól ismerik a katasztrófa zónák veszélyeit, és egy robotkarral felszerelt hernyó-lánctalpas botot finomítanak azzal a céllal, hogy túlélőket találjanak a katasztrófa zónák romjai között. A botjuk fel tud mászni a járdán és a lépcsőn, és át tud utazni a Sáron. Tervezői a RoboCup Rescue League – en tesztelik bátorságát-egy nemzetközi robotikai eseményen, ahol a kutató-mentő robotok néhány nehéz forgatókönyvet kezelnek. “Évről évre próbálunk javítani rajta, de a nehézségek hatalmasak.”

nehéz vezetni valamit, amit nem lát; “ez nem olyan, mint egy karácsonyi játék” – mondja Rushforth. Az operátorok a robot által közvetített látványra támaszkodnak, ami ésszerű jelet igényel – és ez nem mindig lehetséges vastag törmelék vagy föld alatt. “Az akkumulátor élettartamának és a mechanikai képességeknek a határait feszegeti – az intelligens autonóm dolgok elvégzéséhez szükséges Számítástechnika egyszerű táplálása kihívást jelent” – mondja.

míg a robotok filmre merészkedtek a japán tönkrement Fukushima Daiichi erőműben, amelyet a 2011-es szökőár károsított meg, a sugárzás pusztítást végez a jellel. De a kommunikációs kábel katasztrófazónán keresztüli húzása is nehézségekkel jár, ő mondja. Az akkumulátorok, a motorok és az anyagok fejlődése segít a kereső és mentő robotok finomításában, hogy végül alkalmassá váljanak a célra.

a legnagyobb problémák azonban akkor jelentkeznek, amikor a robotok vízzel találkoznak. Auke Ijspeert professzor tisztában van ezzel. A Biorobotikai laboratórium vezetője a svájci EPFL-ben (Adapcole Polytechnique F), valamint a számítógépes idegtudomány és a gépi tanulás szakértője.

ijspeert és kollégái nyolc éve építenek egy kétéltű robotot, amelyet a természet ihlette. Miután tanulmányozta a Szalamandra járását és úszási mozgását, csapata olyan algoritmusokat hozott létre, amelyek robot formájában utánozzák a természetet, és felhasználják a “pleurobot” megtervezésére – egy fantasztikusan összetett, szegmentált alkotásra, amely “minden szegmensben egy kis mikrovezérléssel rendelkezik, így nincs egyetlen hibapont” – mondja Ijspeert. “Nagyon robusztus.”A pleurobot pedig úgy sétál és úszik, mint az igazi – bár ehhez egyedi szárazruhára van szükség. “Vízállóvá, porállóvá és strapabíróvá tenni kihívás, csakúgy, mint megtalálni a megfelelő kompromisszumot a méret és a súly között.”

Ijspeert rendszeres gyakorlatokon kíséri a svájci kutató-mentő csapatokat reális kiképző helyükön, romos épületekkel kiegészítve, hogy megpróbálja megérteni, mire van szüksége a sürgősségi személyzetnek a pillanat hevében. “Nem akarjuk helyettesíteni a mentőcsapatot, hanem kiegészítjük, ha túl veszélyes az emberekre vagy a kutyákra” – mondja.

a robotok adatokat gyűjthetnek részletes 3D-s térképek készítéséhez, infravörös kamerákkal kereshetik a túlélőket, akár közlekedési kapcsolatokat is a kétirányú kommunikációhoz. “Robotjaink teherbíró képességgel rendelkeznek, így képesek vizet és gyógyszert szállítani” – mondja Ijspeert.

míg a pleurobot inkább tudományos törekvés, az IJSPEERT robotikai kollégái az EPFL Intelligens Rendszerek laboratóriumában gyakorlati alkalmazások fejlesztésével foglalkoznak.

‘a jövőben segíteni akarunk egy mentőcsapatnak, hogy gyorsabb, biztonságosabb és hatékonyabb legyen – potenciálisan egy robotflottával, amely egyszerre sok mindent felfedez.’

mint minden kutató-mentő szakember elmondja, a törmelék és a szoros szorítás akadályozza a túlélők keresését. Az EPFL és a Zürichi Egyetem robotikusai által inspirált madarak, amelyek szárnyaik összecsukásával szűk réseken keresztül préselnek, egy “összecsukható” drónt építettek – egy quadcopter, amely megváltoztathatja az alakját, hogy áthaladjon a keskeny kínokon. Ez lehetővé teszi, hogy zárt térben manőverezzen. Négy kar, négy légcsavarral felszerelve, függetlenül mozoghat, és egy vezérlőrendszer beállítja a tolóerőt, amikor a súlypont elmozdul, így a drón stabil marad. A csapat reméli, hogy a jövőben még alkalmazkodóbb lesz, és elegendő autonómiával rendelkezik ahhoz, hogy reagáljon az olyan utasításokra, mint például: “lépjen be az épületbe, ellenőrizze az összes szobát, majd térjen vissza”.

a sürgősségi személyzet kiképzése Drónok működtetésére extra fejfájást jelent a szolgálatok számára, és az EPFL tudósai egy haptikus öltöny – egy ‘légykabát’ –életképességét kutatják, amely lehetővé tenné az operátor számára, hogy fizikailag ‘repüljön’ a drónnal testmozgásokkal és kerekes karokkal, a fedélzeti kamerához csatlakoztatott védőszemüveggel, így a kezek szabadon hagyhatják az érdeklődési területeket, esetleg adatkesztyű segítségével.

a svájci laboratóriumok egy másik ragyogó ötlete a kis drónok, amelyek a gekkók és rovarlábak ihlette csörlők és megfogási technológia segítségével képesek a tárgyak súlyának több mint 40-szeresét elmozdítani. Együtt dolgozva ezek a mikro-vontató robotok lasszózhatnak egy ajtófogantyút, hogy kinyissák az ajtót. Vagy rovarszárnyak ihlette drón-úgy tervezték, hogy repülés közben merev maradjon, de ütközéskor képes hajlítani, így korlátozva a károkat.

egyes tervek szégyentelenül kísérleti jellegűek, mondja Ijspeert, de olyan fontos kérdésekkel foglalkoznak, mint például, hogy mekkora autonómiát kell biztosítani egy repülő robotflotta számára, milyen helyzetismeretre van szükségük, és hogyan lehet az ember a legjobban kölcsönhatásba lépni velük, valamint hogyan kell megbirkózni az elárasztott alagsorral vagy az összeomlott padlóval.

“a jövőben segíteni akarunk egy mentőcsapatnak, hogy gyorsabbak, biztonságosabbak és hatékonyabbak legyenek – potenciálisan egy robotflottával, amely egyszerre sok mindent felfedez.”

míg a robotok olyan helyekre érnek el, ahol az emberek nem tudnak, még nem felelnek meg a mentőkutyáknak. “A tudománynak még hosszú utat kell megtennie a felzárkózáshoz” – mondja Robin Furniss, a Hampshire-i Tűzoltókutya-kezelő, akinek kutyáit a nepáli és Japán földrengések közepette repülték ki dolgozni. “A tűzoltóságoknak hatalmas technológiájuk van, de még mindig a kutyák az első preferált hívás.”Kutyáit arra használták, hogy túlélők után szimatoljanak, amikor a használaton kívüli Didcot erőmű 2016-ban összeomlott, és 2012-ben Dorsetben a kidőlt sziklák körül, és még sok más incidens történt.

“a kutyák percek alatt megkereshetik, mi tartana egy tűzoltó csapatnak napokig” – mondja. “A szaglásuk fenomenális – egy olimpiai méretű medencében feloldott fél teáskanál cukrot észlelnek.”A tudósok kísérletezni kezdenek azzal, hogy kutyákat használnak robotok szállítására egy katasztrófa helyszínére – Furniss adókkal látta el kutyáit, hogy élő jeleket továbbítsanak, bár a törmeléken keresztüli továbbítás problémás volt.

ijspeert és kollégái optimisták, de reálisak. “A robotika közösség Mi lehet elég na Enterprises. Alázatosnak kell lennünk a megmentő közösség által elért csodálatos dolgokkal szemben – segíteni fogunk nekik, de soha nem fogjuk helyettesíteni őket.”