迈阿密12层大楼倒塌159人被埋!黄金救援期,搜寻机器人为什么没用?

文/Mickey

来源:大数据文摘(BigDataDigest)

2021 年 6 月 24 日,佛罗里达州瑟夫赛德的 12 层公寓大楼忽然倒塌。

据《迈阿密先驱报》报道,48 小时后,仍有 159 人下落不明。救援人员小心翼翼地清除倒塌碎片,争分夺秒地寻找那些仍被困在一片缠结瓦砾中的幸存者。

在波士顿动力等网红机器人大行其道的今天,我们似乎理所当然的认为,机器人应该在这类灾害事件中发挥更大的作用。

但事实并不是这样。

在每一秒都极为重要的黄金救援期,我们很难不注意到,这些救援队使用的搜救方式依旧是最传统的——狗和麦克风。

搜救机器人为何缺席?

为什么?

2021 年 6 月 24 日,佛罗里达州瑟夫赛德,一名迈阿密-戴德消防救援官员和一名 K-9 继续在部分倒塌的 12 层尚普兰塔南公寓大楼中进行搜救行动。
2021 年 6 月 24 日,佛罗里达州瑟夫赛德,一名迈阿密-戴德消防救援官员和一名 K-9 继续在部分倒塌的 12 层尚普兰塔南公寓大楼中进行搜救行动。

先从搜救现场来看,上图显示了佛罗里达坍塌现场的样子。它是高度非结构化的,尽管目前波士顿机器狗似乎已经在视频中可以穿越大多数障碍区,但是这种杂乱的地貌对于大多数有腿的机器人来说,还是非常难以逾越。

不过这也不是不能完成的任务。有一种方式是,先使用探查机器人勘探地貌,再调整搜救机器人按照地形图进入。但是时间紧急的情况下,人和狗才是更加快速高效的选择。也就是说,只要环境足够安全,就没有必要或不切实际地用机器人进行搜救,尤其是在时间如此紧迫的情况下。

相比进入现场的机器人,就现场搜救人员表示,现在更迫切需要的是一种不仅可以定位被救援者的机器人,也就是说,能够在所有瓦砾之下精准定位生命体,而且还可以确定周围瓦砾的结构,以及该人与地面之间还夹杂了哪些结构。

更简单来说,我们不需要可以穿越瓦砾的机器人,我们需要可以进入瓦砾的机器人。

德克萨斯 A&M 的 Robin Murphy 就此表达了看法, Murphy 是人道主义机器人和人工智能实验室的负责人,该实验室以前是机器人辅助搜索和救援中心 (CRASAR),现在是一个非营利组织。Murphy 参与了将机器人技术应用于世界范围内的灾难,包括 9/11、福岛和飓风哈维。她所做的工作不是抽象的研究——CRASAR 还部署了训练有素的专业人员团队,他们拥有经过验证的机器人技术来协助(当被要求时)世界各地的灾难,然后将这些经验作为数据驱动方法的基础来改进灾难机器人技术技术和培训。 

根据 Murphy 的说法,目前,使用机器人探索倒塌建筑物的瓦砾是不可能的,任何一种可以在灾难现场实际使用的方式都是不可能的。一般来说,倒塌现场是一种非常无结构且不可预测的环境。大多数机器人太大而无法穿过瓦砾,而且环境对非常小的机器人也不友好,因为经常有水从破裂的管道中流出,使一切变得泥泞和湿滑,还有许多其他物理危害。无线通信或定位通常也不具备的,因此需要有限网络和电源,但又容易被障碍物抓住或缠住。 

即使我们可以建造一个足够小、足够耐用的机器人,能够在物理层面上穿过倒塌建筑物瓦砾中的各种空隙,比如墨西哥城在 2017 年地震时,CMU 送去进行探寻的机器蛇。但是还有一个很重要的问题——不可预测性。

机器人研究中的许多灾难场景都假设只要遵循正确的路径就可以到达目标,但真正的灾难并非如此,如果有可能进入,很有可能需要强行挖洞的能力,因为对于机器人能够在瓦砾中自由移动非常重要,在瓦砾中可能没有任何隧道或空隙将其引导到它想去的地方,也就是说这是机器人很难具备的能力。

即使可以建造一个可以成功地在瓦砾中挖洞的机器人,我们还需要思考,机器人到达既定目的地后,又能够提供什么价值。机器人传感系统通常不是为极端近距离而设计的,像相机这样的视觉传感器可能会迅速损坏或沾上太多污垢而不可使用。Murphy 解释说,理想情况下,瓦砾搜救机器人不仅可以定位受害者,还可以使用其传感器来协助救援。“训练有素的救援人员需要看到瓦砾的内部结构,而不仅仅是受害者的状态。想象一下,一位外科医生需要在射击受害者身上找到子弹,但对受害者器官的布局一无所知;如果外科医生只是直接切开,他们可能会让事态更加严重。但是,如果结构专家可以看到废墟的内部构造,他们就可以更快、更安全地提取受害者,同时降低二次倒塌的风险。”

除了这些技术挑战之外,另一个重要因素是,如何确保救援人员在救援点使用这些技术。将研究级机器人带入佛罗里达州建筑物倒塌这些场所显然还不够成熟。“用于灾难的机器人需要具备极高的成熟度,”Murphy 表示。例如,在佛罗里达州,无人机被用于勘测建筑物的某些部分,以确保人们在附近工作的安全,无人机就已经是一种成熟且广泛采用的技术。在灾难机器人达到类似的成熟度之前,我们不太可能看到它出现在主动救援行动中。

理想的灾难机器人长啥样?

所以,目前还没有任何机器人能够满足上述所有实际使用标准,因此我们请 Murphy 为我们描述她理想的灾难机器人。

“它可能会像一只很长的微型雪貂,一个长而灵活的蛇状身体,小腿和爪子可以抓、推和推。” 机器人雪貂将能够钻洞、摆动、挤压和挤压,通过紧密的曲折和挤压,并配备功能性眼睑来保护和清洁其传感器。

既然我们还没有机器人雪貂, Murphy 现在希望在搜救现场看到已有的哪种机器人?

Murphy 提到了日本东北大学的一种“可活动相机”👇

该相机是在东北大学的田所谕大约 15 年前开发的。它的运作方式有点像一个细长的、径向对称的刷毛机器人,能够将自己向前推进:

软管被倾斜的纤毛覆盖,带有偏心质量的电机安装在电缆中,通过激发振动引起电缆的上下运动。当电缆向下移动并推动机身时,纤毛的尖端会粘在地板上。同时,尖端在地板上滑动,身体向上移动时不会向后移动。重复这个过程后,这一电缆形状的机器人就可以在碎石堆的狭窄空间中缓慢移动。

“这看起来有点奇怪,但能够进入这些小空间并深入约 30 英尺并环顾四周,这一想法比机器人本身更重要,” Murphy 说。但是我们能找到的关于这个系统的最后一份出版物已经有将近十年的历史了。”

进行灾难相关研发对资金要求也很高,当灾难发生时,会有不少人表现出兴趣,并投入一批资金。但随后这笔资金就会消失,直到下一次灾难发生,并且在某个时间点之后,就没有经济动力去创造一个在硬件、软件和传感器方面都可靠的实际产品,因为幸运的是,像这种建筑物倒塌这样的事件很少见。”

Satoshi Tadokoro 博士在 2007 年 Berkman Plaza II(佛罗里达州杰克逊维尔)停车场倒塌事故中插入 Active Scope Camera 机器人。

Murphy 说,类似这样的灾难很少发生,这也使灾难机器人的开发周期变得复杂。这就是 CRASAR 最初存在的部分原因——它是机器人研究人员了解急救人员需要机器人做什么的一种方式,并在现实的灾难场景中测试这些机器人,以确定它们的最佳实践。

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