邁阿密大樓倒塌至今仍有百人受困,為何搜救機器人完全無法發揮作用?

圖片來源:Miami-Dade Fire Rescue Twitter

(本文經合作夥伴 大數據文摘 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈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?〉。)

【為什麼我們要挑選這篇文章】邁阿密大樓於 24 日倒塌,截至 30 日,仍有超過百人下落不明,早已超過黃金救援期。但現在機器人(例如波士頓機器人)已具備在極端環境移動的能力,理應在災難現場發揮更大的作用,但邁阿密事故現場卻不見機器人的身影,搜救團隊依舊使用最傳統的工具:搜救犬與搜救人員。為什麼不用機器人?現有搜救機器人有哪些技術上的限制?(責任編輯:郭家宏)

2021 年 6 月 24 日,佛羅里達州瑟夫賽德的 12 層公寓大樓忽然倒塌。

據《邁阿密先驅報》報導,48 小時後,仍有 159 人下落不明。救援人員小心翼翼地清除倒塌碎片,爭分奪秒地尋找那些仍被困在一片纏結瓦礫中的倖存者。

在波士頓動力等網紅機器人大行其道的今天,我們似乎理所當然的認為,機器人應該在這類災害事件中發揮更大的作用。

但事實並不是這樣。

在每一秒都極為重要的黃金救援期,我們很難不注意到,這些救援隊使用的搜救方式依舊是最傳統的——狗和麥克風。

倒塌現場「高度非結構化」,搜救機器人無法發揮作用

為什麼?

2021 年 6 月 24 日,佛羅里達州瑟夫賽德,一名邁阿密-戴德消防救援官員和一名 K-9 繼續在部分倒塌的 12 層尚普蘭塔南公寓大樓中進行搜救行動。

先從搜救現場來看,上圖顯示了佛羅里達坍塌現場的樣子。它是高度非結構化的,儘管目前波士頓機器狗似乎已經在影片中可以穿越大多數障礙區,但是這種雜亂的地貌對於大多數有腿的機器人來說,還是非常難以踰越。

不過這也不是不能完成的任務。有一種方式是,先使用探查機器人勘探地貌,再調整搜救機器人按照地形圖進入。但是時間緊急的情況下,人和狗才是更加快速高效的選擇。也就是說,只要環境足夠安全,就沒有必要或不切實際地用機器人進行搜救,尤其是在時間如此緊迫的情況下。

相比進入現場的機器人,就現場搜救人員表示,現在更迫切需要的是一種不僅可以定位被救援者的機器人,也就是說,能夠在所有瓦礫之下精準定位生命體,而且還可以確定周圍瓦礫的結構,以及該人與地面之間還夾雜了哪些結構。

更簡單來說,我們不需要可以穿越瓦礫的機器人,我們需要可以進入瓦礫的機器人。

德克薩斯 A&M 的 Robin Murphy 就此表達了看法, Murphy 是人道主義機器人和人工智慧實驗室的負責人,該實驗室以前是機器人輔助搜索和救援中心(CRASAR),現在是一個非營利組織。Murphy 參與了將機器人技術應用於世界範圍內的災難,包括 9/11、福島和颶風哈維。她所做的工作不是抽象的研究——CRASAR 還部署了訓練有素的專業人員團隊,他們擁有經過驗證的機器人技術來協助(當被要求時)世界各地的災難,然後將這些經驗作為數據驅動方法的基礎來改進災難機器人技術技術和培訓。

根據 Murphy 的說法,目前使用機器人探索倒塌建築物的瓦礫是不可能的,任何一種可以在災難現場實際使用的方式都是不可能的。一般來說,倒塌現場是一種非常無結構且不可預測的環境。大多數機器人太大而無法穿過瓦礫,而且環境對非常小的機器人也不友好,因為經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。無線通訊或定位通常也不具備,因此需要有線網路和電源,但又容易被障礙物抓住或纏住。

即使我們可以建造一個足夠小、足夠耐用的機器人,能夠在物理層面上穿過倒塌建築物瓦礫中的各種空隙,比如墨西哥城在 2017 年地震時,CMU 送去進行探尋的機器蛇。但是還有一個很重要的問題——不可預測性。

機器人研究中的許多災難場景都假設只要遵循正確的路徑就可以到達目標,但真正的災難並非如此,如果有可能進入,很有可能需要強行挖洞的能力,因為對於機器人能夠在瓦礫中自由移動非常重要,在瓦礫中可能沒有任何隧道或空隙將其引導到它想去的地方,也就是說這是機器人很難具備的能力。

即使可以建造一個可以成功地在瓦礫中挖洞的機器人,我們還需要思考,機器人到達既定目的地後,又能夠提供什麼價值。機器人感測系統通常不是為極端近距離而設計的,像相機這樣的視覺感測器可能會迅速損壞或沾上太多污垢而不可使用。Murphy 解釋說,理想情況下,瓦礫搜救機器人不僅可以定位受害者,還可以使用其感測器來協助救援。「訓練有素的救援人員需要看到瓦礫的內部結構,而不僅僅是受害者的狀態。想像一下,一位外科醫生需要在槍擊受害者身上找到子彈,但對受害者器官的佈局一無所知;如果外科醫生只是直接切開,他們可能會讓事態更加嚴重。但是,如果結構專家可以看到廢墟的內部構造,他們就可以更快、更安全地提取受害者,同時降低二次倒塌的風險。」

除了這些技術挑戰之外,另一個重要因素是,如何確保救援人員在救援點使用這些技術。將研究級機器人帶入佛羅里達州建築物倒塌這些場所顯然還不夠成熟。「用於災難的機器人需要具備極高的成熟度,」Murphy 表示。例如,在佛羅里達州,無人機被用於勘測建築物的某些部分,以確保人們在附近工作的安全,無人機就已經是一種成熟且廣泛採用的技術。在災難機器人達到類似的成熟度之前,我們不太可能看到它出現在主動救援行動中。

理想的搜救機器人:擁有蛇狀身體,並具備功能性眼瞼來保護感測器

所以,目前還沒有任何機器人能夠滿足上述所有實際使用標準,因此我們請 Murphy 為我們描述她理想的災難機器人。

「它可能會像一隻很長的微型雪貂,一個長而靈活的蛇狀身體,小腿和爪子可以抓、推和推。」機器人雪貂將能夠鑽洞、擺動、擠壓和擠壓,透過緊密的曲折和擠壓,並配備功能性眼瞼來保護和清潔其感測器。

既然我們還沒有機器人雪貂, Murphy 現在希望在搜救現場看到已有的哪種機器人?

Murphy 提到了日本東北大學的一種「可活動相機」。

該相機是在東北大學的田所諭大約 15 年前開發的。它的運作方式有點像一個細長的、徑向對稱的刷毛機器人,能夠將自己向前推進:

軟管被傾斜的纖毛覆蓋,帶有偏心質量的電機安裝在電纜中,通過激發振動引起電纜的上下運動。當電纜向下移動並推動機身時,纖毛的尖端會粘在地板上。同時,尖端在地板上滑動,身體向上移動時不會向後移動。重複這個過程後,這一電纜形狀的機器人就可以在碎石堆的狹窄空間中緩慢移動。

「這看起來有點奇怪,但能夠進入這些小空間並深入約 30 英呎並環顧四周,這一想法比機器人本身更重要,」Murphy 說。但是我們能找到的關於這個系統的最後一份出版物已經有將近十年的歷史了。

進行災難相關研發對資金要求也很高,當災難發生時,會有不少人表現出興趣,並投入一批資金。但隨後這筆資金就會消失,直到下一次災難發生,並且在某個時間點之後,就沒有經濟動力去創造一個在硬體、軟體和感測器方面都可靠的實際產品,因為幸運的是,像這種建築物倒塌這樣的事件很少見。

Satoshi Tadokoro 博士在 2007 年 Berkman Plaza II(佛羅里達州傑克遜維爾)停車場倒塌事故中插入 Active Scope Camera 機器人。

Murphy 說,類似這樣的災難很少發生,這也使災難機器人的開發週期變得複雜。這就是 CRASAR 最初存在的部分原因——它是機器人研究人員了解急救人員需要機器人做什麼的一種方式,並在現實的災難場景中測試這些機器人,以確定它們的最佳實踐。

參考資料

IEEE Spectrum #1》、《IEEE Spectrum #2》、《Tohoku University

(本文經合作夥伴 大數據文摘 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈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?〉。首圖來源:Miami-Dade Fire Rescue Twitter

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