地震帶的救星：日本災後救援機器人研究成果及發展現狀

新聞 08-25

雷鋒網按：8月24日上午，2017年「WRC 世界機器人大會」展開第二天的論壇日程，本屆大會以「創新創業創造，迎接智能社會」為主題，囊括「論壇、博覽會、大賽及主題活動」四大板塊，是我國機器人領域規模最大的國際會議之一，本次會議有來自國內外 300 多位機器人領域知名科學家、企業家、政府工作者和國際科技機構代表出席，雷鋒網也來到了現場為大家帶來新鮮出爐的報道。

來自日本的IEEE RAS現任主席Satoshi Tadokoro是參加大會的其中一位知名科學家，他在今天的主論壇上發表了關於「日本災後救援機器人」的演講。

Satoshi Tadokoro，日本東北大學副院長兼研究教授，Satoshi Tadokoro自2002年以來開始擔任國際救援系統研究機構主席，2016年至2017年期間擔任IEEE機器人與自動化學會主席。2002年至2007年期間，他作為MEXT DTT救援機器人項目的項目經理。他亦曾擔任NEDO災害機器人項目的首席研究員，其團隊研發出了多個救援機器人，其中名為Quince和Active scope Camera的兩個機器人被用於福島第一核電站事故中的核反應堆建築災害事故的救援，故知名度較高。2014年至2018年，他將擔任日本內閣政府ImPACT項目的項目經理。他是IEEE、日本機器人學會、日本機械學會及日本儀器與控制工程師學會的會員。

以下為Satoshi Tadokoro的演講內容，雷鋒網做了不改變原意的編輯整理：

今天我想為大家介紹一下日本的救災機器人。

上圖是典型的救災過程。在災難發生後需要搜救和應急救援，之後需要重建，所以需要對所造成的問題進行調查，尤其是在災難發生之前的建築調查，同時要加強其防震功能。機器人是可以完成某些人類無法完成的事情。比如日本的福島核電站發生泄漏之後，機器人可以代替人進去調查和救援。

這是一款名為Quince的救援機器人，我參與了它的開發，它最早使用在福島核電站調查當中。

從操作台對Queens行動的監測，可看到它實時地去檢測核電站內部的情況，拍到內部反應堆的照片和關鍵信息，並對福島核電站的泄漏事件作出回應和相應的救援措施。當時我們的政府和公司都希望能夠把這個冷卻系統重新啟動，因為裡面的溫度已經到了98度，所以我們需要讓核反應堆冷卻。Queens機器人對裡面的情況進行調查，然後給我們提供了具體的數據。之後它又進行了多次行動，令溫度在一個月後有所下降，因而機器人在這方面發揮了很大的作用。

在這個經驗的基礎上，日本政府啟動了幾個項目。救災機器人項目的目的不僅僅是針對核電站的災難，還包括自然和人為災害。機器人主要是用於救援和防災，目前最大的問題是技術尚未成熟，比較脆弱。比如你可以想像一下，它的攝像系統、成像系統在我們會議廳里可以看見，但是在光線很暗或有霧霾情況下就看不見，如果風速很快或者雨很大的話也難看得見，所以這種脆弱性必須要被解決。

我們試圖開發出更強大的視覺系統，尤其是極端情況下的視覺系統。這裡所謂的視覺系統並不是機器人本身能不能到那個地方，而是它能不能在現場進一步精密地感知，以便獲得更好的信息。這些對情況的估測非常重要，同時在災難環境當中的自我恢復能力也非常重要。

我們要開發下一代能夠應對緊急情況的建築機器人，令他們在災區重建當中發揮作用，完成更加複雜的任務，也會監測周圍的物體。這個機器人可以長期飛行，配合地面的機器給我們提供整個區域的鳥瞰圖，另外在強風的狀態下也通過這個機器人負載的幾個攝像頭形成一個立體的照片。機器人獲得的信息很快就回饋到了操作員，以便操作員及時調整。它還帶有震度感應器，能夠感應或者判斷觸碰物的大小。除此之外，我們提高了建築機器人的能力，其攝像頭是自帶光的，所以在黑暗和霧中也可以看得清楚。

這種救災機器人主要是用於在石堆當中發現遇難者和倖存者，我們把它和搜救犬進行對比，通過現場的一些攝像頭和圖像識別的方式，它可以識別人的鞋或者其它的衣物。這隻搜救狗找到了要援救人員的位置，受害者就在這個管子裡面，由於圖像識別的功能，我們就能夠自動地識別出這個受害者，令整個搜救能力得以大幅度提升。

多臂機器人可以幫助人們在很多危險環境中完成工作，這是一個有四條腿的機器人，它裡面加裝了很多電器和感測器。除了能夠行走和提起物品之外，它也能夠做一些更複雜的運動。我們可遠程控制這個機器人，同時關注這個機器人周邊的環境，由於可能無法看到機器人的圖像，所以我們也想辦法通過計算機圖像技術解決圖像的盲點。這種多臂機器人的作用是它能夠代替我們進入到坍塌、爆炸等危險環境中。

這種裝有RM感測器的輕型蜿蜒機器人可以調整爆炸時的壓力，它可爬行在水平和豎直方向的管子里。我們可以通過聲音的傳輸計算距離，這種蜿蜒的機器人能夠在一些人類難以接觸的工廠或者地理位置進行探索。比如60度、70度陡峭的坡。另外，它可以在坍塌的房屋下面找到受害者，並且很好地勘探出周圍的環境。這種非常靈活的蜿蜒機器人加上線纜能夠進入到一些非常狹窄的空間中，我們通過遠程遙控能夠遠程看到觸摸裡面的環境，搜救的過程當中可以很好地了解周邊的環境。蜿蜒機器人配置10米長的電纜再加上一些振動器，能夠用分散型的驅動進入到不同的地方，通過遠程控制能夠觸摸、看見並且聽見這種環境的情況，搜救的過程當中能夠有更清晰的認識。

通過多振動感測器，這個機器人能夠預估前面與接觸物體的距離，實時回傳數據。機器人能夠通過視覺識別技術發現裡面的東西，也可以用麥克風的聲音傳輸來探索周邊的環境。我們可以通過多麥克風的配置和聲音的傳輸判斷它的位置，從而找到受害者，對周邊環境進行深入研究。

這是傳統的攝像頭和新的技術攝像頭的對比，它能夠在非常狹窄的空間里非常靈活地移動。實際上之前在美國已經使用過了，這是一個發生嚴重事故的建築現場，這種機器人爬入了8米深的地方之後拍了一些照片，也給我們的研究提供了非常好的信息。

去年4月份我們進行了實地的使用，他們測試了這個機器人的具體能力。去年12月份到今年2月份，他們（美國研究機構）也用這個機器人做了結構性的調研，將這個機器人的攝像頭放入到了很多殘骸中，然後通過拍照了解內部的結構。這些數據可以幫助我們做出內部的3D模型，從而了解它在坍塌之前屋頂和房屋的結構是什麼樣子。

接下來是檢查PVC，這些東西要想去除掉的話並不是那麼容易，所以必須建立一個3D的模型，然後把攝像頭從邊上放進去，然後拍出這些照片，通過這些照片可以做出3D的模型，但是這還不夠，所以除了把這個攝像頭放入到井內之外，我們還進一步地走得更深，拍了更多的照片。基於這些照片和視頻，我們很好地做出了3D的模型，甚至了解到了井內更深處的結構。