救援機器人:研發新一代救生機器人

消防員、警務人員和其他專業人員被要求冒著生命危險來幫助受災群眾是他們工作中的必要職責,可是真的如此嗎?在緊急情況和災難中越來越多使用的救援機器人正在改變急救人員的工作方式,並且可以挽救更多的生命,以及減少損耗。為了闡明這項技術所能夠帶來的幫助,我們可以瞭解一下該機器人是如何給日本帶來巨大變化的。

 

rescue robot for disaster response

moonrise – stock.adobe.com

 

日本救援機器人

日本在研發抗震建築技術方面具有無可置疑的領先地位。在整個20世紀,數千人在日本地震中喪生。據估計,在1948年6月的福井地震中,有3000多人死亡。由於地質原因,日本一直面臨著巨大的地震危機,而這一現實是無法改變的。所以,日本工程師和領導人都積極致力於尋找減少地震影響的方法。

東京消防局的機器人RoboCue是已經投入使用的一種救援機器人。該機器人最初被設計用來在爆炸地點附近尋找受害者,該機器人使用紅外熱像儀和超聲波技術來定位可能被殘骸困住的人。這些感測器至關重要,因為受傷的人可能無法呼救來尋求幫助。機器人將受傷人員放置在一個平台上,以便將他們移送到更安全的區域。在地震區,這種機器人可以用來對受損的建築物、橋樑和其他基礎設施進行探索檢測,從而找到受害者。這種機器人需要在操作人員的遠端指導下找到受困的人。

將受傷人員帶離救援現場不是在災難中對人類進行幫助的唯一途徑。在倒塌的建築物中,一個像RoboCue這樣的大型機器人可能是無法行駛的。所以,在這種情況下,您就會需要一個小型機器人,如蛇形機器人。這種機器人技術是基於一個較早的技術—視訊顯微鏡—進行研發的。主要區別在於,東北大學的Satoshi Tadokoro所研發的蛇形機器人可以爬上20度的斜坡,並且可以繞過6英寸高的障礙物。透過對這幾種裝置進行選擇和使用,搜索和救援人員可以評估損耗並確定救援的最佳方案。

福島第一核電站事故是如何激發新一代救援機器人研究的

核事故中,救援人員很難在災難現場提供幫助。核設施的輻射會對人類產生致命的影響,並顯著增加患其他疾病的機率。不幸的是,很少有可以在這種條件下運行的機器人。

為了對應這一挑戰,美國國防高級研究計畫局(DARPA)介入這一領域以鼓勵創新研究。該組織的機器技術挑戰賽要求新型機器人具有以下功能:“接合緊急斷路切換,從俯臥姿勢站起,步行10米不發生摔倒,越過障礙物並將圓形閥旋轉360度。”讓我們來回顧一下DARPA挑戰賽中的機器人所使用的一些硬體:

  • 加速度計:為了實現安全行駛,需要使用該裝置來説明災難救援機器人對速度進行測量。想像一下機器人在殘骸中行動的場景。它需要緩慢行動,以免被撞倒。加速度計可以説明機器人實現對速度的有效控制。
  • 陀螺儀:當機器需要改變方向的時候,如何保持其穩定性?陀螺儀在維持機器人平衡方面發揮了作用。對於人形機器人,陀螺儀對於保持平衡至關重要。由於災區可能到處都是殘骸碎片,機器人對平衡性的保持將會是救援機器人的關鍵功能。
  • 3D雷射掃描器:某些救援機器人,例如Momaro(由德國研究人員研發),使用3D雷射掃描器來創建周圍區域的詳細地圖。該功能很有幫助,因為它可以為救援人員提供救援現場的詳細地圖。
  • 機械手:為了説明災難中的人們,機器人還需要能夠撿拾和清理木材以及其他材料的物品。因此,救援機器人需要具備靈敏的抓手來檢測壓力並小心地移除殘骸碎片。有關機械手和類似裝置的更多資訊,請查看我們的文章:人造皮膚和直接大腦控制: 機器人假肢的未來。

借助救災機器人挽救生命的四種方法

員警、消防員和其他專業人員是如何借助機器人在災難現場進行救助的?基於當前技術,以下是最普遍使用的幾種方式:

  • 資訊收集:救援人員在進入災難區域(例如發生故障的核電站或部分倒塌的建築物)之前,需要瞭解詳細的資訊。救援機器人可以被送至現場,透過雷射和熱圖像來創建照片、視訊以及3D地圖,並對這些資料進行收集。
  • 災難現場清理:在破碎的傢俱、木材、磚塊以及其他雜物上攀爬是非常危險的!為了減少受傷的風險,可以使用救援機器人對路徑進行清理。對災難現場的清理可以使救援行動更容易進行。
  • 直接營救:在某些情況下,救援機器人可以直接對人們實施幫助。已經在日本投入使用的RoboCue可以將受傷人員移送出現場。
  • 運送輔助物資:説明遭受災難的偏遠地區(例如大規模森林大火)的受困人群是很困難的。在這種情況下,您可以使用機器人來運送食物、水和急救用品。這種物資運輸可以幫助受害者在計畫全面營救期間維持生命。

救援機器人需求急遽增加的兩個理由

救援機器人的迅速普及出於兩種關鍵性因素。首先,如今緊急救援人員對災難情況下受傷風險的瞭解有所增加。為了降低受傷的風險,將會更頻繁地使用救援機器人來獲取有關情況的即時資料。其次,氣候變化增加了自然災害事件(例如洪水和野火)的發生頻率以及嚴重性。為了滿足救援的需求,機器人將會發揮至關重要的作用。