Rescue Robotics: An Introduction

Recentemente ho avuto il piacere di incontrare la dottoressa Robin Murphy quando ha partecipato al Forum politico di 3 giorni sugli UAV umanitari, che ho organizzato e gestito al Rockefeller Center in Italia il mese scorso. Chiunque sia serio sulla tecnologia umanitaria di prossima generazione dovrebbe leggere il libro di Robin sulla robotica di salvataggio. Il libro fornisce una superba introduzione all’uso della robotica nelle missioni di ricerca e soccorso e funge anche da prezioso “come manuale” ricco di approfondimenti, lezioni apprese e migliori pratiche. I robot di salvataggio consentono “ai soccorritori e alle altre parti interessate di percepire e agire a distanza dal luogo di un disastro o di un incidente estremo.”Mentre l’attenzione di Robin è prevalentemente sull’uso di robot di ricerca per le missioni di soccorso negli Stati Uniti, le organizzazioni umanitarie internazionali non dovrebbero trascurare le importanti lezioni apprese da questa esperienza.

WP2

Come osserva giustamente Robin, ” l’impatto di terremoti, uragani, inondazioni sta aumentando, quindi aumenterà anche la necessità di robot per tutte le fasi di un disastro, dalla prevenzione alla risposta e al recupero.”Questo è particolarmente vero per i robot aerei, o veicoli aerei senza equipaggio (UAV), che rappresentano il primo uso diffuso della robotica negli sforzi umanitari internazionali. Come tale, questo post sul blog trasmette alcune delle intuizioni chiave dal campo dei robot di salvataggio e degli UAV aerei in particolare. Per un altro libro eccellente sull’uso degli UAV per la ricerca e il salvataggio, si prega di consultare il libro di Gene Robinson intitolato First to Deploy.

Il principale caso d’uso per rescue robotics è la raccolta dei dati. “I robot di salvataggio sono una categoria di robot mobili che sono generalmente abbastanza piccoli e abbastanza portatili da essere trasportati, utilizzati e gestiti su richiesta dal gruppo che ha bisogno delle informazioni; tale robot è chiamato un sistema tattico organico .”Tattico significa che” il robot è controllato direttamente dalle parti interessate con “stivali a terra” – persone che hanno bisogno di prendere decisioni abbastanza rapide sull’evento. Organico significa che il robot viene distribuito, mantenuto, trasportato e incaricato e diretto dallo stakeholder, anche se, naturalmente, le informazioni possono essere condivise con altri stakeholder .”Questi robot mobili sono” spesso indicati come sistemi senza equipaggio per distinguerli dai robot utilizzati per l’automazione di fabbrica.”

WP1

Esistono tre tipi o modalità di robot mobili: veicoli terrestri senza equipaggio (UGV), veicoli marini senza equipaggio (UMV) e veicoli aerei senza equipaggio (UAV). UGV sono in genere utilizzati per entrare nelle miniere di carbone a seguito di cave-in o edifici crollati per la ricerca di sopravvissuti. Infatti, ” i disastri minerari sono gli utenti o i richiedenti più frequenti di robot di salvataggio.”Per inciso, ho trovato abbastanza sorprendente che” le strutture urbane siano probabilmente ispezionate manualmente almeno quattro volte da diverse parti interessate ” in seguito a un disastro. In ogni caso, “poche organizzazioni di risposta formale “propri robot di soccorso, il che spiega il tempo medio di ritardo di 6,5 giorni per un robot da utilizzare disastro .”Detto questo, Robin osserva che questo tempo di ritardo è ridotto a 0.5 giorno in cui un ” istituto di comando aveva un robot o una partnership esistente con un gruppo che aveva robot .”Mentre” i robot sono ancora lontani dall’essere perfetti, sono utili.”Robin è attenta a notare che i fallimenti e le lacune descritte nel suo libro” non dovrebbero essere usati come motivi per rifiutare l’uso di un robot, ma piuttosto come aiuti decisionali nella scelta di un robot attualmente disponibile e per preparare proattivamente una squadra sul campo per cosa aspettarsi.”

Il team di risposta alle emergenze dello Stato della Florida ha implementato il primo uso documentato di piccoli UAV per la risposta ai disastri dopo l’uragano Katrina nel 2005. Il Centro di Robin Murphy per la ricerca assistita da robot & Rescue (CRASAR) ha anche volato due tipi di piccoli UAV per assistere alla fase di salvataggio: un corvo AeroVironment (UAV ad ala fissa) e un elicottero in miniatura iSENSYS T-Rex variant (nella foto sotto). Due voli sono stati effettuati per ” determinare se le persone sono state bloccate nella zona intorno a Pearlington, Mississippi, e se il fiume delle Perle cresting stava ponendo minacce immediate.”Queste aree colpite erano” irraggiungibili da camion a causa di alberi sulla strada.”L’UAV Raven purtroppo si è schiantato contro una serie di linee elettriche mentre atterrava in un quartiere demolito.”CRASAR ha successivamente effettuato altri 32 voli con un elicottero in miniatura iSENSYS IP-3 per esaminare” danni strutturali a sette edifici a più piani.”

Screen Shot 2015-08-04 at 4.43.46 PM

Il secondo spiegamento documentato di UAV nel libro di Robin si verifica nel 2009, quando un quadrotore utilizzato dall’Università Sapienza di Roma all’indomani del terremoto dell’Aquila nel 2009. I membri del Laboratorio di Robotica cooperativa cognitiva dell’Università hanno implementato l’UAV per conto dei Vigili del Fuoco dell’Aquila. “Il dispiegamento nei detriti si è concentrato sulla dimostrazione della mobilità alle agenzie di soccorso antincendio.”Il terzo uso documentato di UAV si è verificato ad Haiti dopo il terremoto del 2010. Un UAV Elbit Skylark (ala fissa) è stato utilizzato per esaminare lo stato di un lontano orfanotrofio vicino a Leogane, appena fuori dalla capitale.

Diverse implementazioni UAV si sono verificate nel 2011. Dopo il terremoto di Christchurch in Nuova Zelanda, un drone Parrot AR di consumo è stato inizialmente utilizzato per volare in una cattedrale per ispezionare i danni (foto aerea qui sotto). Nello stesso anno, un UAV Pelican è stato utilizzato in risposta al terremoto e allo tsunami in Giappone per “testare la mappatura collaborativa multi-robot in un edificio danneggiato all’Università di Tohoku.”In questo caso, multirobot significa che” l’UAV è stato trasportato da un UGV” per ottenere il primo all’interno delle macerie in modo che potesse volare all’interno dell’edificio danneggiato. Almeno due UAV aggiuntivi sono stati utilizzati per l’emergenza nella centrale nucleare di Fukushima Daiichi. Si noti che un ” sensore radiologico di registrazione è stato zip legato al fine di ottenere indagini a bassa quota.”Sempre nel 2011, due UAV sono stati utilizzati a Cipro dopo che un’esplosione ha danneggiato una centrale elettrica. Gli UAV sono stati dispiegati per ” ispezionare il danno e creare un’immagine tridimensionale della centrale elettrica.”Questa missione” ha suggerito che più UAV potrebbero mappare simultaneamente un volto della struttura, accelerando il processo di ricognizione. Infine, almeno due UAV multipli ad ala fissa sono stati utilizzati a Bangkok in seguito alla Grande inondazione della Thailandia nel 2011. Questi robot aerei sono stati utilizzati per ” monitorare vaste aree e consentire agli scienziati di disastri di prevedere e prevenire le inondazioni.”

Wp3

Nel 2012, un progetto finanziato dall’Unione Europea (UE) messo in campo a UAV a seguito di terremoti nel Nord Italia per valutare gli esterni di “due chiese che non erano stati inseriti motivi di sicurezza. I robot hanno avuto successo e hanno fornito agli ingegneri e agli storici della cultura informazioni che non avrebbero potuto essere ottenute altrimenti.”Implementazioni UAV a seguito di disastri ad Haiti nel 2012 e nelle Filippine nel 2013 non appaiono nel libro, purtroppo. In ogni caso, Robin osserva che la principale barriera alla distribuzione di UGV, UMV e UAV “non è un problema tecnico ma amministrativo.”Vorrei aggiungere vincoli normativi come un altro ostacolo importante.

Il libro di Robin fornisce alcune eccellenti indicazioni operative su come eseguire con successo le missioni di salvataggio-robot. Queste note orientative identificano anche le lacune esistenti nelle recenti missioni. Uno di questi gap è la “mancanza di capacità di integrare i dati UAV con immagini satellitari e altre fonti geografiche”, un’area su cui sto lavorando attivamente (vedi MicroMappers). Robin fa un’importante osservazione sulle lacune-o più precisamente le lacune di dati che esistono nel campo della robotica di soccorso. “Sorprendentemente poche implementazioni sono state riportate nella letteratura scientifica o professionale, e ancora meno sono state analizzate in modo approfondito.”E anche quando” i dati vengono raccolti, molti rapporti mancano di un quadro unificante o di un modello concettuale per l’analisi.”

Questo non dovrebbe essere sorprendente. La robotica di salvataggio e gli UAV umanitari in particolare ” sono nuove aree di scoperta.”Come tale”, la loro novità significa che c’è un ritardo nella comprensione del modo migliore per catturare le prestazioni e persino le dimensioni che compongono le prestazioni.”Per essere sicuri”, le prestazioni vanno oltre le semplici dichiarazioni binarie di successo della missione: richiede di sapere cosa ha funzionato e perché.”Inoltre, l’uso di UAV in aiuti e sviluppo richiede una “valutazione olistica della tecnologia nel più ampio sistema socio-tecnico.”Sono pienamente d’accordo con Robin, ed è proprio per questo che ho sviluppato indicatori standardizzati per valutare le prestazioni degli UAV umanitari utilizzati per la raccolta dei dati, il trasporto del carico utile e i servizi di comunicazione negli aiuti umanitari internazionali. Tali standard sono necessari prima piuttosto che dopo poiché “lo stato attuale delle distribuzioni di report è ad hoc”, il che significa “non vi è alcuna garanzia che tutte le distribuzioni siano state registrate, molto meno documentate in modo da supportare la comprensione scientifica o dispositivi e concetti di operazioni migliorati.”Scriverò di più sugli indicatori standardizzati che ho sviluppato in un futuro post sul blog.

Come osserva anche Robin, “non è facile determinare se un robot ha compiuto la missione in modo ottimale, è stato resistente alle condizioni che non ha incontrato o ha mancato un segnale importante di una vittima o di un pericolo strutturale.”Cosa c’è di più,” buone prestazioni di un robot in un uragano non significa necessariamente buone prestazioni in un altro uragano perché tanti fattori possono essere diversi.”Il fatto è che la robotica di salvataggio ha un “corpus molto piccolo di osservazioni del mondo naturale”, il che significa che esiste una documentazione limitata basata sull’osservazione diretta delle missioni UAV sul campo. Questo vale anche per gli UAV umanitari. A differenza della scienza del salvataggio-robotica, molte delle altre scienze hanno un ” ampio corpus di osservazioni precedenti, e quindi ideazione non può richiedere nuove osservazioni fondamentali del mondo naturale.”Cosa significa questo per rescue robotics (e UAV umanitari)? Secondo Robin, il corpus molto piccolo di osservazioni del mondo reale suggerisce che la sperimentazione e le simulazioni di laboratorio avranno “un’utilità limitata in quanto vi sono poche informazioni per creare modelli di significato o per sapere quale aspetto del mondo naturale duplicare.”

Sono ancora un forte sostenitore delle simulazioni e degli esercizi di risposta ai disastri; sono fondamentali per catalizzare l’apprendimento sulle tecnologie emergenti (umanitarie) in ambienti non high-stakes. Ma certamente capisco il punto di Robin. Ciò che è molto chiaro è che è necessario molto più lavoro sul campo nella robotica di salvataggio (e specialmente nello spazio UAV umanitario). Questo lavoro sul campo può essere effettuato in diversi modi:

  • Sperimentazione controllata
  • Partecipazione a un esercizio
  • Sperimentazione concettuale
  • Ricerca partecipante-Osservatore

La sperimentazione controllata è “altamente focalizzata, sia sul test di un’ipotesi che sull’acquisizione di una metrica di prestazione . La partecipazione a un esercizio avviene in ambienti simulati ma realistici. Questo tipo di lavoro sul campo si concentra su “rafforzare le buone pratiche .”La sperimentazione concettuale può avvenire sia in ambiente simulato che nel mondo reale. “La sperimentazione è focalizzata sulla generazione di concetti di come una nuova tecnologia o protocollo può essere utilizzato .”Anche questo tipo di sperimentazione” identifica nuovi usi o missioni per il robot.”Infine, la ricerca” partecipante-osservatore ” viene condotta mentre il robot viene effettivamente schierato in un disastro ed è una forma di etnografia.”

Ci sono molte più importanti intuizioni operative nel libro di Robin. Consiglio vivamente di leggere le sezioni 3-6 nel capitolo 6 poiché forniscono consigli molto pratici su come effettuare missioni di salvataggio-robotica. Queste sezioni sono piene di lezioni pratiche apprese e migliori pratiche, che rispecchiano molto la mia esperienza nello spazio UAV umanitario, come documentato in questa guida alle migliori pratiche. Ad esempio, sottolinea l’importanza fondamentale di avere un “Data Manager” come parte del team di distribuzione. “La prima priorità del data manager è raccogliere tutti i dati in entrata ed eseguire backup.”Inoltre, Robin Murphy raccomanda vivamente che il ricercatore esperto partecipante-osservatore sia incorporato nel team della missione—un altro suggerimento con cui sono completamente d’accordo. In termini di buona etichetta, “Non tentare il primo contatto durante un disastro”, è un altro suggerimento che sono pienamente d’accordo con. Questo è esattamente il motivo per cui l’ONU ha chiesto agli operatori UAV in Nepal di effettuare il primo check-in con la rete UAV umanitaria (UAViators).

In chiusura, un grande ringraziamento a Robin per aver scritto questo libro e per aver partecipato al recente Forum politico sugli UAV umanitari.

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato.