- RSTAR loopt, klimt of kruipt over oneffen oppervlakken
- SmokeBot leidt brandweerlieden door met rook gevulde gebouwen
- MIT’s ‘blinde’ Cheetah 3 robot beklimt trappen vol obstakels
Jaarlijks worden honderden miljoenen mensen getroffen door natuurrampen, waarbij tienduizenden mensen om het leven komen. Volgens het World Disasters Report 2016 zijn er tijdens natuurrampen in de periode 2006-2015 jaarlijks gemiddeld bijna 70.000 mensen omgekomen. Dat zijn onthutsende aantallen, en iedereen – van overheden tot reddingsteams – is wanhopig op zoek naar oplossingen om die aantallen terug te dringen. Gelukkig kunnen nieuwe technologische ontwikkelingen hulp bieden.
In de afgelopen jaren zijn robots een bijzonder populaire keuze gebleken in zoek- en reddingsoperaties. Ze bieden tal van voordelen ten opzichte van hun menselijke tegenhangers: ze kunnen in kleine ruimtes of gevaarlijke omgevingen hun werk toch voortzetten en bovendien zijn ze onvermoeibaar. Ook zijn ze beter en sneller in het opsporen van overlevenden in rampgebieden, waardoor niet alleen levens worden gered, maar de getroffen gemeenschap ook sneller kan beginnen met herstelwerkzaamheden. “Als je de initiële respons met één dag kunt verminderen, kun je het totale herstel met 1.000 dagen verminderen”, zegt Dr. Robin Murphy, hoogleraar computerwetenschappen en engineering aan Texas A&M University.
Laten we eens kijken naar een paar recente ontwikkelingen in de wereld van zoek- en reddingsrobots.
RSTAR loopt, klimt of kruipt over oneffen oppervlakken
De Rising Sprawl-Tuned Autonomous Robot (RSTAR) is een nieuwe zoek- en reddingsrobot, ontwikkeld door onderzoekers van Ben-Gurion University of the Negev in Beër Sjeva, Israël. Dankzij de uitgestrekte en verstelbare wielpoten die onafhankelijk van het ‘lichaam’ kunnen bewegen is de robot zeer wendbaar en kan het van vorm veranderen. Zo is de robot in staat om zich in krappe ruimtes of over ruw terrein voort te bewegen, over muren te klimmen of op vlakke oppervlakken te rennen, zonder dat daar ook maar een mens aan te pas komt. De robot is slechts 15 centimeter lang en kan zich met een snelheid van ongeveer 1 meter per seconde over harde vlakke oppervlakken voortbewegen. Wanneer de robot modderig of zanderig terrein tegenkomt, kan hij overschakelen van ronde naar spaakwielen, zodat hij zich kan blijven voortbewegen.
“De RSTAR is ideaal voor zoek- en reddingsoperaties in ongestructureerde omgevingen, zoals ingestorte gebouwen of overstroomde gebieden, waar het zich moet kunnen aanpassen en een verscheidenheid aan opeenvolgende obstakels moet kunnen overwinnen om zijn doel te bereiken”, zegt Dr. David Zarrouk, docent aan het BGU Department of Mechanical Engineering en hoofd aan het Bio-Inspired and Medical Robotics Lab. De onderzoekers werken ook aan een grotere versie van deze robot, die bijna twee kilogram aan bepakking op zijn rug zou kunnen dragen. Als deze grotere robot niet door een doorgang of opening van een ruimte zou passen, neemt de kleinere RSTAR het over.
SmokeBot leidt brandweerlieden door met rook gevulde gebouwen
De SmokeBot, ontwikkeld door de Örebro Universiteit in Zweden en reddingseenheden in Dortmund, Duitsland, kan – in plaats van brandweerlieden – ingezet worden om gebouwen binnen te gaan waar sprake is van rookontwikkeling. Door het terrein of gebouw in kaart te brengen kunnen ze zich in gebieden met een zeer beperkt zicht toch snel verplaatsen. De SmokeBot is uitgerust met een thermische stereocamera, een 3D radar camera, een lidar (Light Detection and Ranging) unit en gassensoren. Deze maken het niet alleen mogelijk om door de rook heen te kijken, maar ook om verschillende soorten gas te identificeren en de temperatuur en concentratie ervan te bepalen. Zo kunnen brandweerlieden bijvoorbeeld gewaarschuwd worden als er explosiegevaar bestaat. De robot wordt op afstand via Wifi door een menselijke operator bestuurd. Als de robot het contact met de operator verliest, keert de machine automatisch terug naar de locatie waar hij het laatst een internetverbinding had.
“Beperkt zicht is een echte uitdaging voor onze reddingsteams en beïnvloedt ons waarnemingsvermogen. In dat soort ‘blinde situaties’ fungeert de SmokeBot als onze ogen en kan hij ons tijdens zoek- en reddingsoperaties leiden”, zegt Sylvia Pratzler-Wanczura, hoofdingenieur van het Institute of Fire Service and Rescue Technology in Dortmund. Omdat het momenteel 15 tot 30 minuten duurt om voldoende informatie te verzamelen om een locatie nauwkeurig in kaart te brengen, is SmokeBot nog niet helemaal klaar voor praktisch gebruik, en zeker niet in situaties waarin direct gereageerd moet worden. “In dat soort tijdkritische situaties is hij nog te langzaam. Als we in een brandend gebouw op zoek moeten naar gewonden en het zicht is nul, dan telt elke seconde. Dan hebben we geen tijd om een robot eerst het gebouw te laten doorzoeken”, vervolgt Pratzler-Wanczura.
MIT’s blinde Cheetah robot beklimt trappen vol obstakels
De Cheetah 3 is misschien wel het meest indrukwekkende voorbeeld van een zoek- en reddingsrobot. De robot werd door onderzoekers van het MIT ontwikkeld om zich over ruw terrein voort te kunnen bewegen, maar hij kan ook springen, een trap vol obstakels beklimmen en zelfs zijn evenwicht weer vinden nadat hij opzij geduwd wordt. Wat de robot zo indrukwekkend maakt, is dat hij dat allemaal kan doen zonder camera’s of externe omgevingssensoren. In plaats daarvan gebruikt hij iets dat ‘blinde voortbeweging’ wordt genoemd om door zijn omgeving te navigeren.
“De robot moet kunnen omgaan met verschillende onverwachte situaties zonder daarbij teveel op zicht te vertrouwen”, zegt Sangbae Kim, associate professor werktuigbouwkunde bij het MIT en ontwerper van de robot. “Soms heb je verminderd, verstoord of helemaal geen zicht. Als je teveel op zicht vertrouwt moet je robot zeer nauwkeurig zijn – wat hem in zijn snelheid beperkt. Dus willen we dat de robot meer op tactiele informatie afgaat. Op die manier weet hij wat hij met onverwachte obstakels moet doen zonder teveel aan snelheid in te boeten”.
Volgens het team is de Cheetah ontworpen voor gebruik in omgevingen die te gevaarlijk zijn voor mensen. “Ik denk dat er talloze situaties zijn met eenvoudige maar gevaarlijke taken waar we liever robots op afsturen dan mensen. Gevaarlijk, onhygiënisch en moeilijk werk kan veel veiliger worden gedaan met op afstand bestuurde robots”, zegt Kim. Om de robot op ruw terrein te kunnen laten navigeren en hem de mogelijkheid te geven zijn evenwicht te herstellen, ontwikkelde Kim’s team twee nieuwe algoritmes: een contactdetectie-algoritme en een model-voorspellend controle-algoritme. Het contactdetectie-algoritme helpt de robot bij het bepalen van het beste moment waarop een been van een zwaaiende beweging naar een stap kan overgaan. Het doet dit door de gegevens van gyroscopen, versnellingsmeters en gewrichtsposities van de benen te analyseren. Tegelijkertijd helpt het algoritme voor model-voorspellende controle om te bepalen hoeveel kracht elk been moet uitoefenen op het moment dat het een stap gaat zetten.
In rampgebieden wordt steeds vaker gebruik gemaakt van robottechnologie om overlevenden op te sporen en hulp te bieden. Hoewel veel van deze robots zich nog in een vroeg ontwikkelingsstadium bevinden en nog niet allemaal klaar zijn voor algemeen gebruik, zijn de tot nu toe behaalde resultaten al zeer veelbelovend.
