在灾难面前，机器人能不能拉你一把？

Mary

当地时间 6 月 24 日早上，美国佛罗里达州迈阿密海滩附近一座 12 层的公寓大楼突然发生局部坍塌。事故发生后，数十名消防救援人员正在现场采取救援行动。目前该事故已造成至少 10 人死亡，多人受伤，截至 28 日仍有 151 人下落不明，事故现场复杂的环境给搜救工作带来了巨大的困难。

整理报道 | 吕海洋

在佛罗里达事故现场，救援队仍在使用重型机械和电动工具清除瓦砾，并从下方挖隧道进入内部实施搜救。

非结构化的现场环境，对大多数两足或四足机器人的移动能力提出了挑战。尽管现场可以部署有轨机器人进行管理和作业，但在没有特别危险的搜救环境中，搜救队员和搜救犬完全可以胜任搜救工作，尤其是在时间特别紧迫的情况下，没有必要用机器人来代替人类或工作犬的工作。

虽然很多机构和机器人公司都在研究救灾类的特种机器人，但真正能应用到实际场景中的似乎并没有多少。绝大多数机器人还没有做好参加搜救工作的准备。

在各种事故、灾难现场的搜救工作中，搜救人员面临的主要困境不是如何清理瓦砾救出被困者，而是如何在成堆的瓦砾和废墟中找到他们。不仅是找到，还需要精确定位，并了解他们周围瓦砾的结构，以及人距离地面的距离，在瓦砾当中的情况。根据这些情况，制定具体救援方针。

以今天的机器人技术来看，机器人并不适合在复杂环境中完成搬运和挖掘工作。因此，在现场搜救过程中，机器人暂时不需要参与「救」的工作，而是应该多在「搜」的方面加以尝试。

德克萨斯农工大学 Robin Murphy 主导了一个以智能救灾机器人为研究对象的非盈利实验室——人道主义机器人和人工智能实验室（Humanitarian Robotics and AI Laboratory），其前身是机器人辅助搜索和救援中心（Center for Robot-Assisted Search and Rescue ，CRASAR ) 。该实验室一直参与将机器人技术应用于世界各地的灾难救援工作，包括 9/11、福岛核泄漏和飓风哈维的灾难现场。

CRASAR 的工作不只是抽象的研究，他们部署了训练有素的专业团队，用经过验证的机器人技术，为世界各地的灾难现场提供支援（应要求），并在以后的研究中，将这些经验作为数据基础，改进救灾机器人技术和培训。

「目前尚不可能以任何方式在灾难现场实际使用机器人来探索倒塌建筑物的废墟。一般来说，碎石是一个非常非结构化和不可预测的环境。」Murphy 表示，大多数机器人太大了，无法穿过碎石，环境对非常小的机器人也不友好，因为水管破裂时经常有水，使环境变得泥泞湿滑，同时废墟中还有许多其他物理危害。无线通信或终端智能决策在选择来看也很难实现，实际应用中需要绳索、线缆来解决通信和电源问题，但线缆很容易被挂住或缠绕在障碍物上。

对于那些一个足够小、足够耐用的机器人来说，虽然其身体能够适应倒塌建筑的废墟中的小空隙（卡内基梅隆大学的蛇形机器人曾被应用在 2017 年的墨西哥 7.1 级地震），其实际的移动性能也无法完全适应真实场景。许多灾难模拟中可以通过的场景，在现场都需要挖掘或小范围的破拆，这对于机器人在完全没有通过路径的废墟中移动至关重要，这也是该领域在当下最活跃的研究主题之一。

当然，即使能够建造一款机器人，成功地进入废墟，找到被困者，还要面对一个问题，即一旦它到达了它需要的地方，它能够提供什么价值。机器人传感系统通常不是为极端环境设计的，像相机这样的视觉传感器的敏感元器件可能会在进入废墟的过程中损坏或在沾上太多污垢，以至于变得毫无用处。

Murphy 解释说，理想情况下，探索瓦砾的机器人不仅要能够找到受害者，还要使用其传感器来帮助救援他们。「训练有素的救援人员需要看到废墟的内部结构，而不仅仅是受害者的状态。想象一下，一个外科医生需要在枪击受害者身上找到一颗子弹，但对受害者器官的布局一无所知；如果外科医生只是直接切割，他们可能会让事情变得更糟。」这对于废墟救援也是一样的，废墟的内部结构需要由结构专家进行分析，从而更快、更安全地解救被困者，并减少二次坍塌的风险。

除了这些技术挑战外，救援机器人的研发还会涉及到道德风险，人们都希望救援设备在应用时是完整可靠的。将研究级机器人带入到灾难现场，对于被困者来说显然是不道德的。

Murphy 解释说：「用于灾难的机器人通常每天都用于类似的任务。」例如，无人机被用来调查佛罗里达倒塌事故中未倒塌部分部分的监测，从而确保人们在附近工作的安全性。目前无人机已是一项成熟且被广泛采用的技术，在抢险救灾中的应用也是常规操作，而大多数救灾机器人在达到类似无人机的成熟度水平之前，我们不太可能看到它应用在积极的救援中。

在目前尚没有能够满足上述所有实际使用标准的机器人的情况下，Murphy 描述了她理想中的救灾机器人，「这种机器人的外形最好像一只非常长的微型雪貂。具备长而灵活的蛇形身体，有小腿和爪子，可以抓、推和挖。同时配备功能性的眼睑可以保护和清洁视频传感器。」

「日本的主动瞄准镜相机（Active Scope Camera）是救灾机器人的一个很好的产品方向。」Murphy 介绍说，主动瞄准镜相机大约在 15 年前由佐藤太郎在东北大学开发。它的操作有点像一个瘦长的，径向对称的鬃毛机器人，这款相机机器人具备自主前进的功能。

图注：机器人辅助搜索救援中心，佐藤多科罗博士在 2007 年伯克曼广场 II（佛罗里达州杰克逊维尔）停车场坍塌处插入主动瞄准镜相机机器人。

Active Scope Camera 的机身软管被倾斜的纤毛覆盖。偏心质量电机安装在电缆中，激发振动，使电缆完成上下运动。当电缆向下移动并推动机身时，纤毛尖端会粘在地板上。同时，尖端滑落在地板上，机身向上移动时不会向后移动。通过重复这个动作，电缆可以在狭窄的碎石堆空间中缓慢移动。

「这种奇怪的构造能够使这款拍摄机器人进入那些小空间，前进大约 30 英尺。」虽然这种机器很具创意，但其推广和商业化进程十分缓慢，Murphy 表示，「只有当灾难发生时，才会有资金对救灾机器人感兴趣，灾难过后，这些资金对热度会迅速冷却，没有资本力量推动硬件、软件和传感器方面的实际产品，很大程度上限制了这种机器人的产品化。」

此类灾害的罕见性也使灾难机器人的开发周期复杂化。这也是 CRASAR 存在的部分原因，机器人研究人员需要了解「机器急救人员」需要怎样的救援方式，并在现实的灾难场景中测试这些机器人，以确定最佳实践。Murphy 说，「我认为救灾机器人的发展也需要政策和政府的支持。」

机器人应该能够帮助佛罗里达州正在发生的情况，我们应该花更多时间和精力在这个可能拯救生命的方向上。很多救灾机器人潜力很大，它们只需要稍加助力，实现从研究项目到实际应用的跨越。