Роботы в поисково-спасательных работах
Как создают роботов для спасательных операций? Могут ли роботы принимать самостоятельные решения? Какими основными путями происходит развитие поисково-спасательной робототехники? На эти и другие вопросы отвечает профессор Университета Иннополис Евгений Магид.
В 1991 году огромное землетрясение в японском городе Кобо практически полностью снесло поселение с лица Земли. Тогда у японских ученых возникла мысль, что человек не всегда в состоянии бороться с природой, нужно искать дополнительных помощников, которые могут помочь в таких случаях.
Что происходит во время землетрясения? После основной волны рушится большая часть зданий, и поисково-спасательная операция, состоящая из команд людей и собак, отправляется в эти здания для поиска выживших. Наступает волна автошоков, повторных землетрясений, и может случиться так, что всю команду спасателей накроет полуразвалившимися обломками зданий. Для этого японцы и начали исследовать спасательно-поисковых роботов, чтобы заменить человека. Теперь вместо команды человека с собакой или группы людей в полуразрушенное здание заходит робот, управляемый телеоператором из безопасного места, и начинает бродить по зданию, искать людей. Возникает огромное количество сложностей. На первый взгляд, это очень простая задача — запустили, например, робота-пылесоса Румбу, пусть он ходит и ищет по зданию, кто выжил. Но мы забываем, что после землетрясения полуразрушенное здание состоит буквально из месива железобетонных конструкций, которые не позволяют распространяться сигналу. Для того чтобы избежать потери связи с роботом из-за отсутствия связи wireless, робота цепляют на кабель и запускают в помещение. Во-первых, кабель ограничен по длине. Во-вторых, кабель все время цепляется за какие-то выступающие части разрушенных зданий.
После большого землетрясения 2011 года в Японии в один из полуразрушенных реакторов ядерной станции «Фукусима» запустили спасательного гусеничного робота, который был связан с телеоператором при помощи кабеля. Спустя некоторое время кабель зацепился за обломки здания, и произошел обрыв кабеля. Таким образом, робот остался навсегда внутри реактора. В то же время этой проблемы можно было бы избежать, если бы робот был наделен достаточно высокой интеллектуальностью и мог сам определить, когда он потерял кабель, когда ему нужно по расположению этого кабеля вернуться назад к своему оператору и в целом выполнить какие-то более сложные функции, чем просто управляемый джойстиком робот.
Мы понимаем, что современный уровень развития поисково-спасательных роботов, которые напрямую управляются телеоператором, не совсем соответствует нашим пожеланиям. Для того чтобы избежать подобных проблем, мы должны вложить в робота достаточно сознания, интеллекта и способности к самообучению, чтобы робот мог вовремя понять произошедшие динамические изменения, определить, что возникла какая-то проблема, и он должен действовать по непредсказуемому алгоритму.
Робот должен сам определить проблему, принять решение и действовать в соответствии с принятым решением уже независимо от человека, который ранее им управлял.
Тема поисково-спасательных роботов особо интересна тем, что она не только позволяет спасти человеческие жизни во время таких операций, но может быть развита до роботов, которые оперируют на других планетах, на астероидах, в ядерных реакторах, при высоком давлении или химическом загрязнении окружающей среды. То есть этот робот способен выполнять функции, которые не смог бы выполнить человек, находясь в том же месте и в то же время.
Например, это роботы, которые выполняют разведку на других планетах, тот же Curiosity. В данный момент инженеры с Земли сами решают, куда направить робота, сколько он должен пройти. При этом мы испытываем огромные затруднения в том, что связь с роботом происходит не мгновенно, а затягивается во времени в связи с необходимостью передачи данных на дальние расстояния.
В то же время мы бы могли давать роботу какие-то абстрактные команды высокого уровня, а робот уже сам принимал бы локальные решения: пойти ли налево, обойти ли этот камень справа, увидит песок и решит, что нет, в песок не поеду, а лучше объеду его за два метра вокруг. Таким образом, мы не только облегчим свою задачу, но и явно получим те функциональные результаты, которые мы хотим, и робот придет туда, куда мы ему абстрактно сказали двигаться.
На первый взгляд, такая задача выглядит как простая инженерная задача: спрограммировать «пойди направо, если нет, то пойди налево». На самом деле это намного более сложная задача, при которой робот должен обладать определенным уровнем интеллекта, чтобы он мог исследовать окружающую среду, планировать, принимать какие-то решения и уже затем воплощать эти решения в конкретные действия. Создание поисково-спасательного робота, как и любого другого робота, требует работы большой команды. Один человек, какой бы гениальный он ни был, какими бы знаниями он ни обладал, не в состоянии полностью создать робота. Нам требуются инженеры-механики, специалисты по созданию непосредственно тела робота, программисты, которые будут программировать алгоритмы, рассчитанные математиками. В свою очередь, психологи и социальные работники должны помогать нам в создании графических интерфейсов и поведения роботов, которые будут удобны для использования непосредственно либо операторами, либо людьми, которые взаимодействуют с этими роботами, либо, когда мы говорим о поисково-спасательных роботах, взаимодействовать с обнаруженными жертвами. Тут включаются в работу врачи и прочие медики, которые могут помочь в диагностировании проблем, возникших с человеком, пострадавшим во время какого-то инцидента. Действительно, для создания удачной модели робота требуется большая команда работающих вместе людей.
Это работа команды людей с совершенно разными исследовательскими способностями. Эти люди могут обладать совершенно различным бэкграундом. Когда мы говорим: «А кто такой робототехник?» — это может быть кто угодно. Это может быть математик, физик, химик, программист по образованию. Это могут быть даже люди, куда более далекие от точных наук по своей первой специальности. Важен просто большой интерес и мотивация создать новую робототехническую систему. Как пример, один из моих бывших научных руководителей является физиком, другой — химиком. Им удаленность от математики, алгоритмов, программирования совершенно не помешала стать очень выдающимися учеными в области робототехники. Важно просто желание и глубокая мотивация в изучении роботов, робототехники и всего с этим связанного. И практически любой бэкграунд применим в разработке роботов.
Одна из главных проблем в поисково-спасательных роботах — это уменьшение размеров роботов. Часто мы видим отличных роботов, обладающих силой, которые могут успешно тянуть за собой кабель, прокладывать его, у них есть какой-то интеллект, запас батареи на длительное время, но при этом размеры этого робота не позволят ему ни развернуться на лестнице, ни пролезть в какое-то узкое отверстие. Одно из очень интересных направлений — это именно уменьшение размеров роботов до размера мухи, которая автономно сможет летать по помещению и искать то, что нам необходимо: либо выживших, либо место, откуда исходит химическое либо радиоактивное загрязнение, либо выполнять какую-то другую задачу.
В основном поисково-спасательные роботы — это гусеничные роботы.
Но тем не менее сейчас тренд уходит в сторону роботов с множеством ног, многоконечных, или роботов-змей, которые могут пролезать в какие-то узкие отверстия или перешагивать через завалы, а не зацикливаться. Пошел колесный робот, встретил перед собой гору камней, застрял — до свидания, колесный робот, его оттуда никто не вытащит. Перспективы — это уменьшение размеров роботов, увеличение емкости батарей на этих небольших роботах, которые смогут передвигаться в трехмерном пространстве. Теми же колесными, гусеничными роботами мы ограничены на двухмерное пространство.
Дальнейшее развитие поисково-спасательной робототехники идет в создании роботов, похожих на какие-то существующие примеры, как то: муха, комар, змея, таракан. Может быть, вы даже видели роботов-киборгов — тараканов, которым в Америке исследователи крепят на спину так называемый «рюкзачок» и управляют этим роботом издалека с помощью джойстика. Негуманно, но, с другой стороны, служат целям науки и непосредственно функциям поисково-спасательных работ.
Я думаю, что следующий шаг — это не использование живых существ для робототехники, а создание существ с помощью железа, электроники, наделение их интеллектом, чтобы такие же похожие на живых, но неживые существа могли выполнять функции поиска. Функцию спасения, конечно, таракан не выполнит, но найти человека — это главная проблема. Потом к нему уже может подойти медперсонал или робот, который вытащит этого человека из завала, но в первую очередь нужно обнаружить живого человека.
Полный текст статьи читайте на Postnauka.ru
