邁阿密12層大樓倒塌159人被埋！黃金救援期，搜尋機(jī)器人為什么沒(méi)用？
大數(shù)據(jù)文摘作品
作者：Mickey
2021 年 6 月 24 日，佛羅里達(dá)州瑟夫賽德的 12 層公寓大樓忽然倒塌。
據(jù)《邁阿密先驅(qū)報(bào)》報(bào)道，48小時(shí)后，仍有159 人下落不明。救援人員小心翼翼地清除倒塌碎片，爭(zhēng)分奪秒地尋找那些仍被困在一片纏結(jié)瓦礫中的幸存者。
在波士頓動(dòng)力等網(wǎng)紅機(jī)器人大行其道的今天，我們似乎理所當(dāng)然的認(rèn)為，機(jī)器人應(yīng)該在這類災(zāi)害事件中發(fā)揮更大的作用。
但事實(shí)并不是這樣。
在每一秒都極為重要的黃金救援期，我們很難不注意到，這些救援隊(duì)使用的搜救方式依舊是最傳統(tǒng)的——狗和麥克風(fēng)。
搜救機(jī)器人為何缺席?
為什么?
2021 年 6 月 24 日，佛羅里達(dá)州瑟夫賽德，一名邁阿密-戴德消防救援官員和一名 K-9 繼續(xù)在部分倒塌的 12 層尚普蘭塔南公寓大樓中進(jìn)行搜救行動(dòng)。
先從搜救現(xiàn)場(chǎng)來(lái)看，上圖顯示了佛羅里達(dá)坍塌現(xiàn)場(chǎng)的樣子。它是高度非結(jié)構(gòu)化的，盡管目前波士頓機(jī)器狗似乎已經(jīng)在視頻中可以穿越大多數(shù)障礙區(qū)，但是這種雜亂的地貌對(duì)于大多數(shù)有腿的機(jī)器人來(lái)說(shuō)，還是非常難以逾越。
不過(guò)這也不是不能完成的任務(wù)。有一種方式是，先使用探查機(jī)器人勘探地貌，再調(diào)整搜救機(jī)器人按照地形圖進(jìn)入。但是時(shí)間緊急的情況下，人和狗才是更加快速高效的選擇。也就是說(shuō)，只要環(huán)境足夠安全，就沒(méi)有必要或不切實(shí)際地用機(jī)器人進(jìn)行搜救，尤其是在時(shí)間如此緊迫的情況下。
相比進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器人，就現(xiàn)場(chǎng)搜救人員表示，現(xiàn)在更迫切需要的是一種不僅可以定位被救援者的機(jī)器人，也就是說(shuō)，能夠在所有瓦礫之下精準(zhǔn)定位生命體，而且還可以確定周圍瓦礫的結(jié)構(gòu)，以及該人與地面之間還夾雜了哪些結(jié)構(gòu)。
更簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們不需要可以穿越瓦礫的機(jī)器人，我們需要可以進(jìn)入瓦礫的機(jī)器人。
德克薩斯 A&M 的Robin Murphy就此表達(dá)了看法， Murphy是人道主義機(jī)器人和人工智能實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人，該實(shí)驗(yàn)室以前是機(jī)器人輔助搜索和救援中心 (CRASAR)，現(xiàn)在是一個(gè)非營(yíng)利組織。Murphy參與了將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于世界范圍內(nèi)的災(zāi)難，包括 9/11、福島和颶風(fēng)哈維。她所做的工作不是抽象的研究——CRASAR 還部署了訓(xùn)練有素的專業(yè)人員團(tuán)隊(duì)，他們擁有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的機(jī)器人技術(shù)來(lái)協(xié)助(當(dāng)被要求時(shí))世界各地的災(zāi)難，然后將這些經(jīng)驗(yàn)作為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的基礎(chǔ)來(lái)改進(jìn)災(zāi)難機(jī)器人技術(shù)技術(shù)和培訓(xùn)。
根據(jù) Murphy的說(shuō)法，目前，使用機(jī)器人探索倒塌建筑物的瓦礫是不可能的，任何一種可以在災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的方式都是不可能的。一般來(lái)說(shuō)，倒塌現(xiàn)場(chǎng)是一種非常無(wú)結(jié)構(gòu)且不可預(yù)測(cè)的環(huán)境。大多數(shù)機(jī)器人太大而無(wú)法穿過(guò)瓦礫，而且環(huán)境對(duì)非常小的機(jī)器人也不友好，因?yàn)榻?jīng)常有水從破裂的管道中流出，使一切變得泥濘和濕滑，還有許多其他物理危害。無(wú)線通信或定位通常也不具備的，因此需要有限網(wǎng)絡(luò)和電源，但又容易被障礙物抓住或纏住。
即使我們可以建造一個(gè)足夠小、足夠耐用的機(jī)器人，能夠在物理層面上穿過(guò)倒塌建筑物瓦礫中的各種空隙，比如墨西哥城在2017年地震時(shí)，CMU送去進(jìn)行探尋的機(jī)器蛇。但是還有一個(gè)很重要的問(wèn)題——不可預(yù)測(cè)性。
機(jī)器人研究中的許多災(zāi)難場(chǎng)景都假設(shè)只要遵循正確的路徑就可以到達(dá)目標(biāo)，但真正的災(zāi)難并非如此，如果有可能進(jìn)入，很有可能需要強(qiáng)行挖洞的能力，因?yàn)閷?duì)于機(jī)器人能夠在瓦礫中自由移動(dòng)非常重要，在瓦礫中可能沒(méi)有任何隧道或空隙將其引導(dǎo)到它想去的地方，也就是說(shuō)這是機(jī)器人很難具備的能力。
即使可以建造一個(gè)可以成功地在瓦礫中挖洞的機(jī)器人，我們還需要思考，機(jī)器人到達(dá)既定目的地后，又能夠提供什么價(jià)值。機(jī)器人傳感系統(tǒng)通常不是為極端近距離而設(shè)計(jì)的，像相機(jī)這樣的視覺(jué)傳感器可能會(huì)迅速損壞或沾上太多污垢而不可使用。Murphy 解釋說(shuō)，理想情況下，瓦礫搜救機(jī)器人不僅可以定位受害者，還可以使用其傳感器來(lái)協(xié)助救援。“訓(xùn)練有素的救援人員需要看到瓦礫的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而不僅僅是受害者的狀態(tài)。想象一下，一位外科醫(yī)生需要在射擊受害者身上找到子彈，但對(duì)受害者器官的布局一無(wú)所知;如果外科醫(yī)生只是直接切開(kāi)，他們可能會(huì)讓事態(tài)更加嚴(yán)重。但是，如果結(jié)構(gòu)專家可以看到廢墟的內(nèi)部構(gòu)造，他們就可以更快、更安全地提取受害者，同時(shí)降低二次倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。”
除了這些技術(shù)挑戰(zhàn)之外，另一個(gè)重要因素是，如何確保救援人員在救援點(diǎn)使用這些技術(shù)。將研究級(jí)機(jī)器人帶入佛羅里達(dá)州建筑物倒塌這些場(chǎng)所顯然還不夠成熟。“用于災(zāi)難的機(jī)器人需要具備極高的成熟度，”Murphy表示。例如，在佛羅里達(dá)州，無(wú)人機(jī)被用于勘測(cè)建筑物的某些部分，以確保人們?cè)诟浇ぷ鞯陌踩?，無(wú)人機(jī)就已經(jīng)是一種成熟且廣泛采用的技術(shù)。在災(zāi)難機(jī)器人達(dá)到類似的成熟度之前，我們不太可能看到它出現(xiàn)在主動(dòng)救援行動(dòng)中。
理想的災(zāi)難機(jī)器人長(zhǎng)啥樣?
所以，目前還沒(méi)有任何機(jī)器人能夠滿足上述所有實(shí)際使用標(biāo)準(zhǔn)，因此我們請(qǐng) Murphy為我們描述她理想的災(zāi)難機(jī)器人。 “
它可能會(huì)像一只很長(zhǎng)的微型雪貂，一個(gè)長(zhǎng)而靈活的蛇狀身體，小腿和爪子可以抓、推和推。” 機(jī)器人雪貂將能夠鉆洞、擺動(dòng)、擠壓和擠壓，通過(guò)緊密的曲折和擠壓，并配備功能性眼瞼來(lái)保護(hù)和清潔其傳感器。
既然我們還沒(méi)有機(jī)器人雪貂， Murphy現(xiàn)在希望在搜救現(xiàn)場(chǎng)看到已有的哪種機(jī)器人?
Murphy提到了日本東北大學(xué)的一種“可活動(dòng)相機(jī)”
該相機(jī)是在東北大學(xué)的田所諭大約15年前開(kāi)發(fā)的。它的運(yùn)作方式有點(diǎn)像一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的、徑向?qū)ΨQ的刷毛機(jī)器人，能夠?qū)⒆约合蚯巴七M(jìn)：
軟管被傾斜的纖毛覆蓋，帶有偏心質(zhì)量的電機(jī)安裝在電纜中，通過(guò)激發(fā)振動(dòng)引起電纜的上下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電纜向下移動(dòng)并推動(dòng)機(jī)身時(shí)，纖毛的尖端會(huì)粘在地板上。同時(shí)，尖端在地板上滑動(dòng)，身體向上移動(dòng)時(shí)不會(huì)向后移動(dòng)。重復(fù)這個(gè)過(guò)程后，這一電纜形狀的機(jī)器人就可以在碎石堆的狹窄空間中緩慢移動(dòng)。 “
這看起來(lái)有點(diǎn)奇怪，但能夠進(jìn)入這些小空間并深入約 30 英尺并環(huán)顧四周，這一想法比機(jī)器人本身更重要，” Murphy說(shuō)。但是我們能找到的關(guān)于這個(gè)系統(tǒng)的最后一份出版物已經(jīng)有將近十年的歷史了。”
進(jìn)行災(zāi)難相關(guān)研發(fā)對(duì)資金要求也很高，當(dāng)災(zāi)難發(fā)生時(shí)，會(huì)有不少人表現(xiàn)出興趣，并投入一批資金。但隨后這筆資金就會(huì)消失，直到下一次災(zāi)難發(fā)生，并且在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)之后，就沒(méi)有經(jīng)濟(jì)動(dòng)力去創(chuàng)造一個(gè)在硬件、軟件和傳感器方面都可靠的實(shí)際產(chǎn)品，因?yàn)樾疫\(yùn)的是，像這種建筑物倒塌這樣的事件很少見(jiàn)。”
Satoshi Tadokoro 博士在 2007 年 Berkman Plaza II(佛羅里達(dá)州杰克遜維爾)停車場(chǎng)倒塌事故中插入 Active Scope Camera 機(jī)器人。
Murphy說(shuō)，類似這樣的災(zāi)難很少發(fā)生，這也使災(zāi)難機(jī)器人的開(kāi)發(fā)周期變得復(fù)雜。這就是 CRASAR 最初存在的部分原因——它是機(jī)器人研究人員了解急救人員需要機(jī)器人做什么的一種方式，并在現(xiàn)實(shí)的災(zāi)難場(chǎng)景中測(cè)試這些機(jī)器人，以確定它們的優(yōu)秀實(shí)踐。
【本文是51CTO專欄機(jī)構(gòu)大數(shù)據(jù)文摘的原創(chuàng)譯文，微信公眾號(hào)“大數(shù)據(jù)文摘（ id: BigDataDigest）”】
