Finders, keepers: search and rescue robots evolve

Vandre over ruinene av den italienske fjellbyen Amatrice etter det voldsomme jordskjelvet i 2016, Oppdaget Dr Ivana Kruiff-Korbayova en liten rød sko. «Nesten ingenting ble stående igjen,» husker hun. «Og rundt hjørnet var det druer og tomater modning i en liten hage – men var det noen igjen for å høste dem?»

som leder av talking robots group VED DFKI, det tyske Forskningssenteret For Kunstig Intelligens, hadde hun blitt kalt på kort varsel for å bruke sin eksperimentelle robotteknologi for å hjelpe i kjølvannet av jordskjelvet, som ødela en linje med byer og landsbyer i sentrale Italia, drepte 295 mennesker og etterlot 4000 hjemløse. Amatrice,» den slags pittoreske landsbyen hvor du ville dra på ferie», ble hardest rammet,og halvparten av byens mest historiske bygninger smuldret. Hele veier gjennom de italienske åsene hadde falt bort, og gatene var ugjenkjennelige.

Kruiff-Korbayova og hennes medforskere begynte å jobbe med italienske brannmenn en uke etter jordskjelvet rammet, «da håp om å finne flere overlevende hadde gått», og nødetatene desperat trengte å vite hvilke strukturer som var trygge. To middelalderkirker var vaklevorne, men fortsatt står midt i ruinene, og teamet som arbeider på EU-støttet TRADR prosjekt (for robot-assistert disaster response) reiste fra Hele Europa for å bistå. Når bygninger er skadet, kan de kollapse på forskjellige måter, toppling sidelengs eller pannekake-flat-og en detaljert recce hjelper eksperter med å lage en plan.

Å Komme inn var ikke lett, men lagets jordbaserte roboter var i stand til å krysse murstein for å komme inn i kirken uten å se operatøren og streife rundt interiøret, ta bilder, som laget brukte til å bygge detaljerte 3d-modeller av de eksisterende bygningene. «De var sterkt skadet, sprukne vegger, kollapset tak og støv og steinsprut overalt.»

Droner supplerte bildet med en levende feed av de jordbaserte robotene og en annen drone som kom inn i kirken. «Vi hadde aldri gjort dette før,» sier Kruiff-Korbayova. «Vi hadde brukt flere roboter samtidig, men aldri i så tett teamsamarbeid – det var en fantastisk suksess.»

hvert år naturkatastrofer dreper noen 90.000 mennesker og påvirker nær 160 millioner rundt om i verden. Etter at katastrofen rammer, vet søk-og redningsteam at det er viktig å finne overlevende så snart som mulig – jo lenger forsinkelsen er, desto flere liv går tapt.

» hvis du tror du kan redde liv, vil du ta større risiko, » sier Privat brannkonsulent Andy Elliott. Etter en brann er bygninger skjøre, vannskadet og utsatt for å kollapse. Det kan være levende gass og elektrisitet i, eller farlige materialer som acetylen i trange rom. «Du trenger noyaktige risikovurderinger,» sier han. «Ødelagte bygninger er farlige steder.»

MANGE BRITISKE brannvesen bruker allerede droner til å spore hendelser, sier Elliott. Droner relay virkningen av naturkatastrofer – også-i August, flyfoto viste ødeleggelsen Av Bahamas etter Orkanen Dorian.

i April 2019 videresendte kamerautstyrte droner sanntidsdetaljer om flammene som grep Notre Dame-Katedralen i Paris – med viktig informasjon om hvor intens brannen var og hvordan den spredte seg. En fjernstyrt robot Kalt Colossus sprayet vann i den gotiske strukturens interiør, sparer brannmenn fra risikoen for tumbling tømmer. Ved å flytte på maksimalt 1m / s, hadde roboten, laget Av Shark Robotics, et kamera med allround hd-visjon og termisk bildebehandling og en motorisert vannkanon.

Å Få roboter inn i en katastrofesone for å rote rundt på bakken er ingen dårlig prestasjon. Når du er en robot, er verden full av hindringer.

Droner brukes ofte av nødtjenester, men sliter med å fly i trange rom, kan ikke bære mye og er begrenset av batterilevetiden. Land roboter kamp med trapper, steinsprut og døråpninger.

«Robot slanger er en måte å løse problemet med trange rom,» sier Dr Emma Rushforth, direktør For Warwick Mobile Robotics Ved University Of Warwick, «men de er utrolig komplekse å skape.»

hennes robotstudenter er godt kjent med farene ved katastrofesoner, og de raffinerer en larvesporet bot utstyrt med en robotarm, med sikte på å finne overlevende midt i ruinene av katastrofesoner. Deres bot kan klatre fortauskanter og trapper og reise gjennom gjørme. Dens designere vil teste sin dyktighet på RoboCup Rescue League-en internasjonal robotikkhendelse hvor søk-og redningsroboter takler noen tøffe scenarier. «År etter år prøver vi å forbedre det, men vanskelighetene er enorme.»

det er vanskelig å kjøre noe du ikke kan se; «det er ikke Som En Juleleke,» sier Rushforth. Operatørene er avhengige av visualer som videresendes av roboten, noe som krever et rimelig signal – og det er ikke alltid mulig gjennom tykke murstein eller under bakken. «Du skyver grenser for batterilevetid og mekanisk evne-bare å drive databehandlingen som kreves for å gjøre de intelligente autonome tingene, er en utfordring,» sier hun.

mens roboter har våget seg inn i film i Japans ødelagte Fukushima Daiichi kraftverk, skadet av tsunamien i 2011, spiller stråling ødeleggelse med signalet. Men å trekke en kommunikasjonskabel gjennom en katastrofesone er også full av vanskeligheter, sier hun. Fremskritt innen batterier, motorer og materialer vil bidra til å avgrense søk-og redningsroboter for å gjøre dem egnet til formål.

noen av de største problemene kommer imidlertid når roboter støter på vann. Professor Auke Ijspeert er godt klar over dette. Han er leder for biorobotiklaboratoriet Ved Sveits ‘ EPFL (④cole Polytechnique Féé De Lausanne) og en ekspert innen beregningsorientert nevrovitenskap og maskinlæring.

i åtte år har Ijspeert og hans kolleger bygget en amfibisk robot inspirert av den naturlige verden. Og etter å ha studert ambling gangart og svømming bevegelse av en salamander, hans team har skapt algoritmer som etterligner naturen i robot form, ved hjelp av dem til å designe «pleurobot» – en utrolig kompleks segmentert skapelse med «en liten mikro kontroll i hvert segment, så det er ingen enkelt punkt av svikt», sier ijspeert. «Det er veldig robust.»Og pleurobot går og svømmer uhyggelig som den virkelige tingen-selv om det krever en skreddersydd tørrdrakt. «Å gjøre det vanntett, støvtett og solid er en utfordring, og det er også å finne riktig avveining mellom størrelse og vekt.»

ijspeert følger Sveitsiske søk – og redningsgrupper på regelmessige øvelser på deres realistiske treningsfelt, komplett med ødelagte bygninger, for å prøve å forstå hva nødpersonalet trenger i varmen i øyeblikket. «Vi ønsker ikke å erstatte et redningsteam, men komplementere det når det er for farlig for mennesker eller hunder,» sier han.

Roboter kan samle data for å bygge detaljerte 3d-kart, bruke infrarøde kameraer for å søke etter overlevende, til og med transportforbindelser for toveiskommunikasjon. «Våre roboter har en nyttelastkapasitet slik at de kan transportere vann og medisin,» sier ijspeert.

mens pleurobot er mer en akademisk innsats, er Noen av IJSPEERTS robottekniske kolleger VED EPFLS Laboratorium For Intelligente Systemer opptatt av å utvikle praktiske applikasjoner.

‘I fremtiden ønsker vi å hjelpe et redningsteam til å bli raskere, tryggere og mer effektivt – potensielt med en flåte av roboter for å utforske mange ting samtidig.’

som enhver søk-og-rednings profesjonell vil fortelle deg, murstein og stramme klemmer hindrer søket etter overlevende. Inspirert av fugler som klemmer seg gjennom smale hull ved å brette sine vinger, har robotikere VED EPFL og Zurich University bygget en» sammenleggbar » drone – en quadcopter som kan forandre form for å passere gjennom smale kinker. Dette gjør det mulig å manøvrere i trange rom. Fire armer, utstyrt med fire propeller, kan bevege seg uavhengig, og et kontrollsystem justerer kraften når tyngdepunktet skifter slik at dronen forblir stabil. I fremtiden håper teamet at det vil være mer tilpasningsdyktig og utstyrt med nok autonomi til å svare på instruksjoner som «gå inn i den bygningen, inspiser hvert rom, og kom tilbake».

Opplæring av beredskapsbesetning for å betjene droner er en ekstra hodepine for tjenester, og forskere VED EPFL undersøker levedyktigheten til en haptisk drakt – en ‘flyjakke’ – som vil tillate en operatør å fysisk ‘fly’ dronen med kroppsbevegelser og wheeling armer, med briller koblet til et innebygd kamera, slik at hendene er fri for å finne interesseområder, muligens ved hjelp av datahansker.

en annen lys ide å komme fra De Sveitsiske laboratoriene er små droner som kan skifte objekter mer enn 40 ganger vekten, ved hjelp av vinsjer og gripende teknologi inspirert av gekkoer og insektfødder. Arbeide sammen, disse micro tugging roboter kunne lasso et dørhåndtak for å trekke åpne en dør. Eller en drone inspirert av insektvinger-bygget for å forbli stiv når du flyr, men i stand til å bøye ved kollisjon, så begrenser eventuelle skader.

Noen design er ubeskjedent eksperimentelle, sier Ijspeert, men de takler de viktige spørsmålene, for eksempel hvor mye autonomi å gi en flåte flygende roboter, hvilken situasjonsbevissthet de krever og hvordan et menneske best samhandler med dem, samt hvordan man skal takle en oversvømmet kjeller eller et kollapset gulv.

«I fremtiden ønsker vi å hjelpe et redningsteam til å bli raskere, tryggere og mer effektivt – potensielt med en flåte av roboter for å utforske mange ting samtidig.»

mens roboter når steder mennesker ikke kan, er de ingen kamp for redningshunder ennå. «Vitenskapen har en lang vei å gå for å fange opp,» sier Hampshire Fire And Rescue dog handler Robin Furniss, hvis hunder ble fløyet ut for å jobbe blant De Nepalske og Japanske jordskjelvene. «Brannvesenet har massiv teknologi som støtter dem, men hunder er fortsatt den første foretrukne samtalen.»Hans hunder ble brukt til å snuse etter overlevende da Det nedlagte Didcot Kraftverk kollapset i 2016, og rundt fallne klipper I Dorset i 2012, og mange flere hendelser.

«Hunder kan søke på få minutter hva som ville ta et team av brannmenn dager,» sier han. «Deres luktesans er fenomenal – de kan oppdage en halv teskje sukker oppløst i Et Olympisk størrelse svømmebasseng.»Forskere begynner å eksperimentere med å bruke hunder til å transportere roboter til et katastrofeområde-Furniss utstyrte sine hunder med sendere for å mate tilbake levende signaler, selv om overføring gjennom murstein var problematisk.

etter å ha sett nødetatene i aksjon, Er Ijspeert og hans kolleger optimistiske, men realistiske. «I robotikk samfunnet kan vi være ganske naï. Og vi må være ydmyke i møte med de fantastiske tingene som blir oppnådd av redningssamfunnet-vi vil hjelpe dem – men vi vil aldri erstatte dem.»