九年前的今天,強(qiáng)震摧毀了汶川,近七萬(wàn)同胞不幸遇難。我們體驗(yàn)了生命的脆弱,也看到了救援力量的重要。在汶川地震的救援過(guò)程中，由于災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，救援人員自身安全得不到保證，廢墟中形成的狹小空間使救援人員甚至救援犬也無(wú)法進(jìn)入。因?yàn)槿鄙倬仍?a href="http://www.baoxianwx.cn/" target="_blank">機(jī)器人，很多危險(xiǎn)的救援工作需要解放軍戰(zhàn)士進(jìn)入高危的環(huán)境徒手完成，由此導(dǎo)致了很多無(wú)謂的犧牲。九年過(guò)去了，汶川已經(jīng)恢復(fù)生機(jī)，我們的救援機(jī)器人也得到了進(jìn)一步的研究與發(fā)展，為災(zāi)難救援帶來(lái)了一支有力的援助力量，能盡可能的避免傷亡，解救被困人員 ，今天我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)救援機(jī)器人。

概述：

救援機(jī)器人，為救援而采取先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研制的機(jī)器人，它是一種專門(mén)用于大地震后在地下商場(chǎng)的廢墟中尋找幸存者執(zhí)行救援任務(wù)的機(jī)器人。這種機(jī)器人配備了彩色攝像機(jī)，熱成像儀和通訊系統(tǒng)。

中國(guó)在“十一五”期間，已經(jīng)將“廢墟搜索與輔助救援機(jī)器人”項(xiàng)目列入國(guó)家863重點(diǎn)項(xiàng)目，由中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與中國(guó)地震應(yīng)急搜救中心聯(lián)合承擔(dān)研制，并成功研制出“廢墟可變形搜救機(jī)器人、機(jī)器人化生命探測(cè)儀、旋翼無(wú)人機(jī)”三款機(jī)器人。這三款機(jī)器人曾經(jīng)被國(guó)家地震局評(píng)為“十一五”以來(lái)最具應(yīng)用實(shí)效的10項(xiàng)科技成果之一。2013年4月20日，四川雅安地震發(fā)生后，沈陽(yáng)自動(dòng)化所科研人員迅速反應(yīng)，已于20日下午組成臨時(shí)搜救隊(duì)隨同機(jī)器人急赴災(zāi)區(qū)開(kāi)展救援工作。

救援機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

移動(dòng)性／機(jī)械機(jī)構(gòu)

移動(dòng)性是救援機(jī)器人完成救援工作的決定因素。機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)該能夠在惡劣廢墟環(huán)境中靈活地穿梭于狹小的空間之中，能夠翻越障礙，爬樓梯，穿越泥濘的道路等，且機(jī)器人的移動(dòng)不應(yīng)對(duì)周圍不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，以免發(fā)生二次坍塌或爆炸等。此外，機(jī)器人還應(yīng)該具備適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，具有防水、耐高溫等能力。

傳感檢測(cè)裝置

救援機(jī)器人的主要工作就是通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)自身的導(dǎo)航、環(huán)境信息的獲取以及幸存人員的搜尋。由于災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性及不確定性，傳統(tǒng)在室內(nèi)結(jié)構(gòu)化環(huán)境中已較成熟的導(dǎo)航算法無(wú)法滿足救援工作的要求，傳統(tǒng)的聲納、激光測(cè)距儀等在充滿煙霧和灰塵的環(huán)境中也很難取得理想的效果。目前救援機(jī)器人主要采用人工控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的導(dǎo)航。

人機(jī)通訊方式

目前常用的通信方式有無(wú)線和電纜兩種方式。

電纜方式可以穩(wěn)定可靠地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和操作者之間的信息傳送。但電纜方式也存在一定的問(wèn)題，隨著機(jī)器人搜尋范圍的深入，線纜很容易發(fā)生纏繞而影響機(jī)器人的移動(dòng)性。研制收放靈活的電纜卷繞裝置是解決目前有線通信方式機(jī)器人通訊問(wèn)題的關(guān)鍵。

無(wú)線通訊方式的穩(wěn)定性較難保證，即使在穿透性能最佳的頻段，也會(huì)由于帶寬及各種干擾的影響使得通訊無(wú)法正常進(jìn)行。“911”事件的救援工作證明，無(wú)線方式的機(jī)器人大約有25％以上的時(shí)間無(wú)法正常通訊。穩(wěn)定可靠的通訊方式是當(dāng)前救援機(jī)器人領(lǐng)域需要很好解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

傳感器融合

由于救援現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性，對(duì)傳統(tǒng)的室內(nèi)結(jié)構(gòu)化環(huán)境下傳感器數(shù)據(jù)的處理算法不能滿足救援工作的需要。如通過(guò)視頻圖像對(duì)幸存者的檢測(cè)，由于灰塵、煙霧等的影響使得識(shí)別變得非常困難，通過(guò)檢測(cè)到聲音的方向辨別幸存者的方位，也由于現(xiàn)場(chǎng)噪音的影響而變得很困難。因此，為了完成搜索并發(fā)現(xiàn)幸存者，必須通過(guò)多種傳感器數(shù)據(jù)的融合，研究更加有效的識(shí)別算法。

以下介紹幾款能滿足抗震之需常用機(jī)器人

　　東京消防廳的救援機(jī)器人RoboCue

　　這個(gè)機(jī)器人看起來(lái)似乎正要將一個(gè)人體模特的頭部吞進(jìn)肚子里去，但實(shí)際上它正在履行可控式的救護(hù)工作。來(lái)自于東京消防廳的救援機(jī)器人RoboCue可以在災(zāi)難發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)——尤其是爆炸現(xiàn)場(chǎng)定位和安全搜索受害者，但在應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害時(shí)，這種機(jī)器人也能發(fā)揮巨大作用。RoboCue不但能有利用超聲傳感器和紅外攝像機(jī)定位受困對(duì)象，而且還能將傷員輕柔的放到救護(hù)車上，以轉(zhuǎn)移到安全地帶。它甚至還隨身攜帶氧氣瓶。

　　8米長(zhǎng)的蛇形機(jī)器人

　　日本頂尖的救援機(jī)器人研究專家田所悟志（Satoshi Tadokoro）發(fā)明了這種蛇形機(jī)器人，它主要承擔(dān)搜索工作。蛇形機(jī)器人長(zhǎng)約8米，依靠裝有動(dòng)力裝置的尼龍繩索進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，雖然移動(dòng)速度并不快（5厘米/每秒），但它能鉆進(jìn)狹小的角落，攀爬20度的斜坡，擠過(guò)狹窄的縫隙，還能利用攝像機(jī)構(gòu)成的“眼睛”傳回影像，以便救援者了解受災(zāi)區(qū)域的內(nèi)部情形。 蛇形機(jī)器經(jīng)受了可控和現(xiàn)實(shí)災(zāi)難的雙重檢驗(yàn)，它曾在佛羅里達(dá)的一次停車場(chǎng)坍塌事故中幫助救援隊(duì)實(shí)施營(yíng)救。

　　機(jī)器人安全履帶車

　　盡管看上去就像是個(gè)坦克棺材，但機(jī)器人安全履帶車履行的卻是救死扶傷的職責(zé)——它是一臺(tái)可將傷員轉(zhuǎn)移到安全地帶的救援機(jī)器。日本橫濱警視廳發(fā)明的這種履帶車，其內(nèi)部殼體足以承受一個(gè)重達(dá)110公斤的傷員。機(jī)器履帶車的搜索功能僅限于標(biāo)準(zhǔn)紅外攝像機(jī)，但它的主要功能相當(dāng)于安全系數(shù)極高的遙控式擔(dān)架。此外，它還有用于檢測(cè)傷者血流量和其他生命體征的內(nèi)在傳感器。

　　輪式救援機(jī)器人

　　在BBC發(fā)布的一段演示視頻里，來(lái)自東京理工學(xué)院的教授廣瀨茂男（Shigeo Hirose）展示了三種不同類型的救援機(jī)器人，每一種機(jī)器人的設(shè)計(jì)目標(biāo)都有些許差異。第一款機(jī)器人是身體兩面都裝有輪子的蛇形機(jī)器人，不管身體的哪面朝上，它都能行動(dòng)自如；第二款是加強(qiáng)版的蛇形機(jī)器人，它使用踏板代替輪子，而且外表更為堅(jiān)固，能抵御灰塵和防水，足以應(yīng)對(duì)更為險(xiǎn)惡的工作環(huán)境；最讓人感興趣的是第三種機(jī)器人，它可以檢查地形以確定最佳的行走方式。在崎嶇不平的地面上行動(dòng)時(shí)，相比踏板，支架的靈活性更佳，但在平地上，不管是速度、能量需求還是穩(wěn)定性上，輪子的表現(xiàn)都更為優(yōu)異。因此，廣瀨茂男設(shè)計(jì)了一種可轉(zhuǎn)換的機(jī)械腿，它能在必要的時(shí)候變成輪式，依靠滑輪運(yùn)動(dòng)推動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)。

　　呼吸感應(yīng)器

　　Quince是一款由千葉工業(yè)大學(xué)（Chiba Institute of Technology）開(kāi)發(fā)的小型機(jī)器人，它的體積只有玩具車大小，配備有四套滾輪、踏板設(shè)備以及六個(gè)電燈馬達(dá)。Quince機(jī)器人的機(jī)械手靈活到足以打開(kāi)門(mén)把手，可以運(yùn)送食物或其他補(bǔ)給品。這臺(tái)機(jī)器人最有趣的地方在于傳感器，它裝備的紅外感應(yīng)器同時(shí)也是二氧化碳探測(cè)器，能夠監(jiān)測(cè)人體呼吸和體溫狀況。

　　體感救援機(jī)器人

　　全息照相、視頻搖滾以及外科設(shè)備，體感外設(shè)Kinect似乎無(wú)所不能，它是集所有圖像傳感之大成者。本月上旬，來(lái)自于英國(guó)華威大學(xué)（University of Warwick）的學(xué)生發(fā)明了一款以Kinect代替激光雷達(dá)（LIDAR）作為主傳感器的地震救援機(jī)器人。原先的激光測(cè)距儀不僅造價(jià)昂貴，而且效率不高（它只能顯示二維平面影像）。Kinect可以傳輸完全是3D景深的圖像資料，這非常有助于營(yíng)救人員尋找受害者。這種特殊的機(jī)器人不僅僅可以用來(lái)救援，更可以參與搜索任務(wù)，它能夠獲得人眼所不及之處的救援資料，讓救援工作進(jìn)行得更加順利。

　　人形BEAR醫(yī)療機(jī)器人

　　來(lái)自于美國(guó)維克那機(jī)器人公司（Vecna Robotics）的BEAR（Battlefield Extraction-Assist Robot）機(jī)器人是醫(yī)療機(jī)器領(lǐng)域中最為人形化的機(jī)器人之一。它能夠替代人類士兵在戰(zhàn)場(chǎng)活動(dòng)，利用腿部的兩個(gè)獨(dú)立踏板，BEAR能夠完成各種特殊動(dòng)作，它還能依靠膝蓋、臀部或足部的運(yùn)動(dòng)來(lái)改變身體高度。維克那機(jī)器人公司希望美國(guó)軍方能夠引入這種機(jī)器人，來(lái)應(yīng)對(duì)危險(xiǎn)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。

　　強(qiáng)悍廉價(jià)的蟑螂機(jī)器

　　昆蟲(chóng)世界一直是機(jī)器人工程學(xué)領(lǐng)域?qū)ふ异`感來(lái)源的沃土，甚至一些帶有半機(jī)械化的真實(shí)昆蟲(chóng)也相繼面世，但一位加州大學(xué)伯克利分校仿生學(xué)教授發(fā)明的Dash卻是不折不扣的純機(jī)器。這款極其廉價(jià)機(jī)器堅(jiān)固的機(jī)器昆蟲(chóng)是在蟑螂的啟發(fā)下誕生的，它比一美元紙幣還要小，內(nèi)部元件是用來(lái)自手機(jī)和其他電子器件的廢棄部分搭建而成，身體則是由硬紙板做成的。它攜帶基本的裝置：取自手機(jī)的低分辨率照相機(jī)和Wi-Fi芯片。機(jī)器蟑螂非常敏捷，速度奇快，每秒可以移動(dòng)1.5米，硬紙板做成的身體非常堅(jiān)固（視頻顯示它從十層樓上摔下來(lái)之后，還能疾走如飛）。對(duì)于預(yù)算有限的救援行動(dòng)來(lái)說(shuō)，Dash機(jī)器蟑螂將會(huì)是非常有價(jià)值的資源。