Finders, keepers: Sök-och räddningsrobotar utvecklas

gå över ruinerna av den italienska bergsstaden Amatrice efter den våldsamma jordbävningen 2016, upptäckte Dr Ivana Kruiff-Korbayova en liten röd sko. ”Nästan ingenting stod kvar”, minns hon. ”Och runt hörnet fanns druvor och tomater mogna i en liten trädgård – men var det någon kvar att skörda dem?”

som chef för talking robots-gruppen vid dfki, det tyska Forskningscentret för artificiell intelligens, hade hon med kort varsel kallats att använda sin experimentella robotteknik för att hjälpa till i kölvattnet av jordbävningen, som förstörde en rad bergsstäder och byar i centrala Italien, dödade 295 personer och lämnade 4000 hemlösa. Amatrice,” den typ av pittoreska byn där du skulle åka på semester”, drabbades värst och hälften av stadens mest historiska byggnader smulrade. Hela vägar genom de italienska kullarna hade fallit bort, och gatorna var oigenkännliga.

Kruiff-Korbayova och hennes medforskare började arbeta med italienska brandmän en vecka efter jordbävningen, ”när hoppet om att hitta fler överlevande hade gått”, och räddningstjänsten behövde desperat veta vilka strukturer som var säkra. Två medeltida kyrkor var skrangliga men stod fortfarande mitt i spillrorna, och teamet som arbetade med det EU-stödda TRADR-projektet (för robotassisterad katastrofreaktion) reste från hela Europa för att hjälpa till. När byggnader är skadade kan de kollapsa på olika sätt, välta i sidled eller pannkaka-platt – och en detaljerad recce hjälper experter att göra en plan.

att komma in var inte lätt, men lagets markbaserade robotar kunde korsa murar för att komma in i kyrkan utom synhåll för sin operatör och vandra runt i interiören och ta bilder, som laget brukade bygga detaljerade 3D-modeller av befintliga byggnader. ”De var kraftigt skadade, spruckna väggar, kollapsade tak och damm och spillror överallt.”

drönare kompletterade bilden med ett levande flöde av de markbaserade robotarna och av en annan drönare som kom in i kyrkan. ”Vi hade aldrig gjort det förut”, säger Kruiff-Korbayova. ”Vi hade använt flera robotar samtidigt men aldrig i så tätt lagsamarbete – det var en fantastisk framgång.”

varje år dödar naturkatastrofer cirka 90 000 människor och drabbar nära 160 miljoner runt om i världen. Efter katastrofattacker vet Sök – och räddningsteam att det är viktigt att hitta överlevande så snart som möjligt-ju längre förseningen desto fler liv går förlorade.

” om du tror att du kan rädda liv, tar du större risker”, säger privat brandkonsult Andy Elliott. Efter en brand är byggnader bräckliga, vattenskadade och benägna att kollapsa. Det kan finnas levande gas och elektricitet i eller farliga material som acetylen i trånga utrymmen. ”Du behöver noggranna riskbedömningar”, säger han. ”Skadade byggnader är farliga platser.”

många brittiska brandtjänster använder redan drönare för att spåra händelser, säger Elliott. Drönare förmedlar också effekterna av naturkatastrofer – i augusti förra året visade flygbilder förödelsen av Bahamas efter orkanen Dorian.

i April 2019 vidarebefordrade kamerautrustade drönare detaljer i realtid om lågorna som grep Notre Dame-katedralen i Paris-med viktig information om hur intensiv Branden var och hur den spred sig. En fjärrstyrd robot som heter Colossus sprutade vatten i den gotiska strukturens inre, vilket sparar brandmän från risken för tumlande timmer. Roboten, Tillverkad av Shark Robotics, rörde sig med högst 1 m/s och bar en kamera med allsidig HD-syn och termisk avbildning och en motoriserad vattenkanon.

att få robotar till en katastrofzon för att poke runt på marken är ingen dålig prestation. När du är en robot, är världen full av hinder.

drönare används ofta av räddningstjänsten, men kämpar för att flyga i trånga utrymmen, kan inte bära mycket och begränsas av batteriets livslängd. Landrobotar kämpar med trappor, murar och dörröppningar.

”Robotormar är ett sätt att lösa problemet med smala utrymmen”, säger Dr Emma Rushforth, chef för Warwick Mobile Robotics vid University of Warwick, ” men de är oerhört komplexa att skapa.”

hennes robotstudenter är väl bekanta med farorna med katastrofzoner, och de förädlar en larvspårad bot utrustad med en robotarm, i syfte att hitta överlevande mitt i katastrofzonernas spillror. Deras bot kan klättra trottoarkanter och trappor och färdas genom lera. Dess designers kommer att testa sin skicklighet på RoboCup Rescue League – en internationell robotik händelse där Sök-och räddningsrobotar ta itu med några tuffa scenarier. ”År efter år försöker vi förbättra det, men svårigheterna är enorma.”

det är svårt att köra något du inte kan se; ”det är inte som en Julleksak”, säger Rushforth. Operatörerna förlitar sig på bilder som vidarebefordras av roboten, vilket kräver en rimlig signal – och det är inte alltid möjligt genom tjocka murar eller under marken. ”Du driver gränserna för batterilivslängd och mekanisk förmåga – det är bara en utmaning att driva den dator som krävs för att göra de intelligenta autonoma grejerna”, säger hon.

medan robotar har vågat sig in i film inom Japans förstörda Fukushima Daiichi kraftverk, skadad av tsunamin 2011, spelar strålning kaos med signalen. Men att dra en kommunikationskabel genom en katastrofzon är också full av svårigheter, säger hon. Framsteg inom batterier, motorer och material hjälper till att förfina Sök-och räddningsrobotar för att så småningom göra dem lämpliga för ändamål.

men några av de största problemen kommer när robotar stöter på vatten. Professor Auke Ijspeert är väl medveten om detta. Han är chef för Biorobotics laboratory vid Schweiz EPFL (exceptional Polytechnique f Ocusd Ocustrale de Lausanne) och expert på beräkningsneurovetenskap och maskininlärning.

i åtta år har Ijspeert och hans kollegor byggt en amfibisk robot inspirerad av den naturliga världen. Och efter att ha studerat en salamanders ambling-gång och simningsrörelse har hans team skapat algoritmer som efterliknar naturen i robotform och använder dem för att designa ”pleurobot” – en fantastiskt komplex segmenterad skapelse med ”en liten mikrokontroll i varje segment så det finns ingen enda felpunkt”, säger ijspeert. ”Det är väldigt robust.”Och pleurobot går och simmar uncannily som the real thing – även om det kräver en skräddarsydd torrdräkt. ”Att göra den vattentät, dammtät och robust är en utmaning, liksom att hitta rätt avvägning mellan storlek och vikt.”

Ijspeert följer Schweiziska Sök-och räddningsteam på regelbundna övningar på sina realistiska träningsplatser, komplett med förstörda byggnader, för att försöka förstå vad nödbesättning behöver i stundens hetta. ”Vi vill inte ersätta ett räddningsteam, men komplettera det när det är för farligt för människor eller hundar”, säger han.

robotar kan samla in data för att bygga detaljerade 3D-kartor, använda infraröda kameror för att söka efter överlevande, även transportförbindelser för tvåvägskommunikation. ”Våra robotar har en nyttolastkapacitet så att de kan transportera vatten och medicin”, säger ijspeert.

medan pleurobot är mer av en akademisk strävan, är några av IJSPEERTS robotkollegor vid EPFLS laboratorium för intelligenta system upptagna med att utveckla praktiska tillämpningar.

’i framtiden vill vi hjälpa ett räddningsteam att bli snabbare, säkrare och effektivare – potentiellt med en flotta robotar för att utforska många saker på en gång.’

som alla Sök-och räddningspersonal kommer att berätta för dig, hindrar murar och snäva pressningar sökandet efter överlevande. Inspirerad av fåglar som klämmer genom smala luckor genom att vika sina vingar, har robotister vid EPFL och Zurich University byggt en ”vikbar” drone – en quadcopter som kan ändra form för att passera genom smala chinks. Detta gör det möjligt att manövrera i trånga utrymmen. Fyra armar, utrustade med fyra propellrar, kan röra sig oberoende, och ett styrsystem justerar kraften när tyngdpunkten växlar så att dronen förblir stabil. I framtiden hoppas laget att det blir mer anpassningsbart och utrustat med tillräcklig autonomi för att svara på instruktioner som ”gå in i byggnaden, inspektera varje rum och återvänd sedan”.

utbildning akut besättning för att driva drönare är en extra huvudvärk för tjänster, och forskare vid EPFL forskar lönsamheten för en haptisk kostym – en ’fly jacket’ –som skulle tillåta en operatör att fysiskt ’flyga’ drönare med kroppsrörelser och wheeling armar, med skyddsglasögon ansluten till en inbyggd kamera, lämnar händerna fria att sätta fingret på områden av intresse, eventuellt med hjälp av data Handskar.

en annan ljus ide att komma från de schweiziska laboratorierna är små drönare som kan flytta objekt mer än 40 gånger sin vikt, med hjälp av vinschar och gripteknik inspirerad av geckos och insektsfötter. Att arbeta tillsammans, dessa micro tugging robotar kunde lasso ett dörrhandtag för att dra upp en dörr. Eller en drone inspirerad av insektsvingar – byggd för att förbli styv när du flyger, men kan böjas vid kollision, så att du begränsar eventuella skador.

vissa mönster är unashamedly experimentella, säger ijspeert, men de tar itu med de viktiga frågorna, till exempel hur mycket autonomi att ge en flotta flygande robotar, vilken situationsmedvetenhet de behöver och hur en människa bäst interagerar med dem, liksom hur man hanterar en översvämd källare eller ett kollapsat golv.

” i framtiden vill vi hjälpa ett räddningsteam att bli snabbare, säkrare och effektivare – potentiellt med en flotta robotar för att utforska många saker på en gång.”

medan robotar når platser som människor inte kan, är de ingen match för räddningshundar än. ”Vetenskapen har en lång väg att gå för att komma ikapp”, säger Hampshire Fire and Rescue dog handler Robin Furniss, vars hundar flögs ut för att arbeta bland de nepalesiska och japanska jordbävningarna. ”Brandkåren har massiv teknik som stöder dem, men hundar är fortfarande det första föredragna samtalet.”Hans hundar användes för att sniffa för överlevande när det nedlagda Didcot-kraftverket kollapsade 2016 och runt fallna klippor i Dorset 2012 och många fler incidenter.

”hundar kan söka på några minuter vad som skulle ta ett team av brandmän dagar”, säger han. ”Deras luktsinne är fenomenal-de kan upptäcka en halv tesked socker upplöst i en pool i olympisk storlek.”Forskare börjar experimentera med att använda hundar för att transportera robotar till en katastrofplats – Furniss utrustade sina hundar med sändare för att mata tillbaka levande signaler, men överföring genom murar var problematisk.

efter att ha sett räddningstjänsten i aktion är Ijspeert och hans kollegor optimistiska, men realistiska. ”I robotics samhället kan vi vara ganska na exporve. Och vi måste vara ödmjuka inför de fantastiska saker som räddningssamhället uppnår-vi kommer att hjälpa dem, men vi kommer aldrig att ersätta dem.”