Resgate de Robótica: Uma Introdução

recentemente, tive o prazer de conhecer o Dr. Robin Murphy, quando participou de 3 dias do Fórum de Políticas Humanitárias Uav, que eu organizei e correu no Rockefeller Center, na Itália, no mês passado. Qualquer pessoa séria sobre a tecnologia humanitária da próxima geração deve ler o livro de Robin sobre robótica de resgate. O livro fornece uma excelente introdução ao uso da robótica em missões de busca e resgate e funciona como um valioso “how to manual” repleto de insights profundos, lições aprendidas e melhores práticas. Os robôs de resgate permitem que ” os respondentes e outras partes interessadas percebam e ajam à distância do local de um desastre ou incidente extremo.”Embora o foco de Robin seja predominantemente o uso de robôs de busca para missões de resgate nos EUA, as organizações humanitárias internacionais não devem ignorar as importantes lições aprendidas com essa experiência.

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Como Robin, com razão, notas, ” o impacto de terremotos, furacões, enchentes está aumentando, assim, a necessidade de robôs para todas as fases de um desastre, a partir de prevenção, resposta e recuperação, vai aumentar bem.”Isso é particularmente verdadeiro para robôs aéreos, ou veículos aéreos não tripulados( UAVs), que representam o primeiro uso generalizado da robótica em esforços humanitários internacionais. Como tal, esta postagem do blog retransmite alguns dos principais insights do campo de robôs de resgate e UAVs aéreos em particular. Para outro excelente livro sobre o uso de UAVs para busca e resgate, consulte o livro de Gene Robinson intitulado First to Deploy.

o principal caso de uso para robótica de resgate é a coleta de dados. “Os robôs de resgate são uma categoria de robôs móveis que geralmente são pequenos o suficiente e portáteis o suficiente para serem transportados, usados e operados sob demanda pelo grupo que precisa da Informação; esse robô é chamado de sistema tático e orgânico .”Tático significa que” o robô é controlado diretamente pelas partes interessadas com ‘botas no chão’—pessoas que precisam tomar decisões bastante rápidas sobre o evento. Orgânico significa que o robô é implantado, mantido, transportado e encarregado e dirigido pelo stakeholder, embora, é claro, as informações possam ser compartilhadas com outras partes interessadas .”Esses robôs móveis são” frequentemente chamados de sistemas não tripulados para distingui-los dos robôs usados para automação de fábrica.”

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Existem três tipos ou modalidades de robôs móveis: Veículos Terrestres não tripulados (UGVs), não-tripulados de Veículos Marinhos (UMVs) e Veículos Aéreos não tripulados (Uav). UGVs são normalmente usados para entrar em minas de carvão após cavernas ou edifícios colapsados para procurar sobreviventes. De fato, ” os desastres de minas são os usuários ou solicitantes mais frequentes de robôs de resgate.”Como um aparte, achei bastante impressionante que” as estruturas urbanas provavelmente sejam inspecionadas manualmente pelo menos quatro vezes por diferentes partes interessadas ” após um desastre. Em qualquer caso, “poucas organizações de resposta formal” possuem robôs de resgate, o que explica o tempo médio de atraso de 6,5 dias para um robô ser usado em desastres .”Dito isto, Robin observa que esse tempo de atraso é reduzido para 0.5 dia em que uma ” instituição de comando tinha um robô ou uma parceria existente com um grupo que tinha robôs .”Enquanto” os robôs ainda estão longe de ser perfeitos, eles são úteis.”Robin tem o cuidado de observar que as falhas e lacunas descritas em seu livro “não devem ser usadas como razões para rejeitar o uso de um robô, mas sim como auxiliares de decisão na seleção de um robô atualmente disponível e para preparar proativamente uma equipe de campo para o que esperar.”

a equipe de Resposta de emergência do Estado da Flórida implantou o primeiro uso documentado de pequenos UAVs para resposta a desastres após o Furacão Katrina em 2005. Robin Murphy’s Center for Robot-Assisted Search & Rescue (CRASAR) também voou dois tipos de pequenos UAVs para ajudar na fase de resgate: um AeroVironment Raven (UAV de asa fixa) e um isensys T-Rex variante helicóptero em miniatura (foto abaixo). Dois voos foram realizados para ” determinar se as pessoas estavam presas na área ao redor de Pearlington, Mississippi, e se o crescente Pearl River estava apresentando ameaças imediatas.”Essas áreas afetadas eram” inacessíveis por caminhão devido a árvores na estrada.”O Raven UAV infelizmente caiu” em um conjunto de linhas de energia enquanto pousava em um bairro demolido.”A CRASAR posteriormente realizou mais 32 voos com um helicóptero em miniatura iSENSYS IP-3 para examinar” danos estruturais em sete edifícios de vários andares.”

a segunda implantação documentada de UAVs no livro de Robin ocorre em 2009, quando um quadrotor usado pela Universidade Sapienza de Roma após o terremoto de L’Aquila em 2009. Membros do Laboratório de Robótica Cooperativa Cognitiva da Universidade implantaram o UAV em nome do corpo de Bombeiros de L’Aquila. “A implantação nos destroços concentrou-se em demonstrar mobilidade para agências de resgate de incêndio.”O terceiro uso documentado de UAVs ocorreu no Haiti após o terremoto de 2010. Um UAV Elbit Skylark (asa fixa) foi usado para examinar o estado de um orfanato distante perto de Leogane, nos arredores da capital.

várias implantações de UAV ocorreram em 2011. Após o terremoto de Christchurch na Nova Zelândia, um drone Parrot AR de consumo foi inicialmente usado para voar em uma catedral para inspecionar os danos (foto aérea abaixo). Nesse mesmo ano, um UAV Pelicano foi usado em resposta ao terremoto e Tsunami no Japão para “testar o mapeamento colaborativo multi-robô em um edifício danificado na Universidade de Tohoku.”Neste caso, multirobot significa que” o UAV foi carregado por um UGV ” para colocar o primeiro dentro dos escombros para que pudesse voar dentro do prédio danificado. Pelo menos dois UAV adicionais foram usados para a emergência na usina nuclear de Fukushima Daiichi. Observe que um ” sensor radiológico de gravação foi vinculado a zip para obter pesquisas de baixa altitude. Ainda em 2011, dois UAVs foram usados em Chipre depois que uma explosão danificou uma usina. Os UAVs foram implantados para ” inspecionar o dano e criar uma imagem tridimensional da usina.”Esta missão” sugeriu que vários UAVs poderiam mapear simultaneamente uma face da estrutura, acelerando o processo de reconhecimento. Finalmente, pelo menos dois múltiplos UAVs de asa fixa foram usados em Bangkok após a grande inundação da Tailândia em 2011. Esses robôs aéreos foram usados para ” monitorar grandes áreas e permitir que cientistas de desastres prevejam e evitem inundações.”

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Em 2012, um projeto financiado pela União Europeia (UE) destacada para UAVs seguinte terremotos no Norte da Itália, para avaliar os exteriores das “duas igrejas que não tinha sido introduzido razões de segurança. Os robôs foram bem-sucedidos e forneceram aos engenheiros e historiadores culturais informações que não poderiam ter sido obtidas de outra forma.”As implantações de UAV após desastres no Haiti em 2012 e nas Filipinas em 2013 não aparecem no livro, infelizmente. De qualquer forma, Robin observa que a principal barreira para implantar UGVs, UMVs e UAVs “não é um problema técnico, mas administrativo.”Eu acrescentaria restrições regulatórias como outro grande obstáculo.

O Livro de Robin fornece algumas orientações operacionais excelentes sobre como realizar missões de resgate-robô com sucesso. Essas notas de orientação também identificam lacunas existentes nas missões recentes. Uma dessas lacunas é a” falta de capacidade de integrar dados UAV com imagens de satélite e outras fontes geográficas”, uma área em que estou trabalhando ativamente (ver MicroMappers). Robin faz uma observação importante sobre as lacunas-ou mais precisamente as lacunas de dados que existem no campo da robótica de resgate. Surpreendentemente, poucas implantações foram relatadas na literatura científica ou profissional, e ainda menos foram analisadas em qualquer profundidade.”E mesmo quando” os dados são coletados, muitos relatórios não têm uma estrutura unificadora ou modelo conceitual para análise.”

isso não deve ser surpreendente. Robótica de resgate e UAVs humanitários em particular, ” são novas áreas de descoberta.”Como tal”, sua novidade significa que há um atraso na compreensão da melhor forma de capturar o desempenho e até mesmo as dimensões que compõem o desempenho.”Para ter certeza”, o desempenho vai além de simples declarações binárias de sucesso da missão: requer saber o que funcionou e por quê.”Além disso, o uso de UAVs em ajuda e desenvolvimento requer uma “avaliação holística da tecnologia no sistema sócio-técnico maior.”Concordo totalmente com Robin, e é precisamente por isso que tenho desenvolvido indicadores padronizados para avaliar o desempenho dos VANTs humanitários usados para coleta de dados, transporte de carga útil e serviços de comunicação em ajuda humanitária internacional. Tais padrões são necessários mais cedo do que mais tarde, uma vez que “o estado atual das implantações de relatórios é ad hoc”, o que significa que “não há garantia de que todas as implantações tenham sido registradas, muito menos documentadas de maneira a apoiar a compreensão científica ou dispositivos e conceitos aprimorados de operações.”Vou escrever mais sobre os indicadores padronizados que tenho desenvolvido em um futuro post no blog.

como Robin também observa, “não é fácil determinar se um robô cumpriu a missão de maneira ideal, foi resistente a condições que não encontrou ou perdeu uma sugestão importante de uma vítima ou risco estrutural.”Além do mais,” o bom desempenho de um robô em um furacão não significa necessariamente um bom desempenho em outro furacão porque muitos fatores podem ser diferentes.”O fato é que a robótica de Resgate tem um “corpus muito pequeno de observações naturais do mundo”, o que significa que há documentação limitada baseada na observação direta de missões UAV no campo. Isso também é verdade para UAVs humanitários. Ao contrário da ciência da robótica de resgate, muitas das outras ciências têm um “grande corpus de observações anteriores e, portanto, a ideação pode não exigir novas observações fundamentais do mundo natural.”O que isso significa para a robótica de resgate (e UAVs humanitários)? De acordo com Robin, o corpus muito pequeno de observações do mundo real sugere que a experimentação e as simulações de laboratório terão “utilidade limitada, pois há pouca informação para criar modelos de significado ou para saber que aspecto do mundo natural duplicar.”Ainda sou um forte defensor de simulações e exercícios de resposta a desastres; eles são fundamentais para catalisar o aprendizado em torno de tecnologias emergentes (humanitárias) em ambientes não de alto risco. Mas eu certamente aceito o ponto de Robin. O que está muito claro é que muito mais trabalho de campo é necessário em resgate-robótica (e especialmente no espaço humanitário UAV). Este trabalho de campo pode ser realizada de várias maneiras:

  • Controlada Experimentação
  • Participação em um Exercício de
  • Conceito de Experimentação
  • Participante-Observador de Pesquisa

Controlada a experimentação é “altamente concentrado, quer no teste de uma hipótese ou a captura de uma métrica de desempenho(s) . A participação em um exercício ocorre em ambientes simulados, mas realistas. Este tipo de trabalho de campo centra-se no “reforço das boas práticas .”A experimentação conceitual pode ocorrer tanto no ambiente simulado quanto no mundo real. “A experimentação está focada na geração de conceitos de como uma nova tecnologia ou protocolo pode ser usado .”Este tipo de experimentação também” identifica novos usos ou missões para o robô.”Por fim, a pesquisa” participante-observador ” é conduzida enquanto o robô é realmente implantado em um desastre e é uma forma de Etnografia.”

existem muitos insights operacionais mais importantes no livro de Robin. Eu recomendo a leitura das seções 3-6 no Capítulo 6, uma vez que fornecem conselhos muito práticos sobre como realizar missões de robótica de resgate. Essas seções são repletas de lições práticas aprendidas e melhores práticas, que refletem muito minha própria experiência no espaço humanitário de UAV, conforme documentado neste guia de melhores práticas. Por exemplo, ela enfatiza a importância crítica de ter um “gerenciador de dados” como parte de sua equipe de implantação. “A primeira prioridade do Gerenciador de dados é coletar todos os dados recebidos e realizar backups.”Além disso, Robin Murphy recomenda fortemente que o pesquisador participante-observador especialista seja incorporado na equipe da missão—outra sugestão com a qual concordo completamente. Em termos de boa etiqueta, “não tente primeiro contato durante um desastre”, é outra sugestão com a qual concordo de todo o coração. É precisamente por isso que a ONU pediu aos operadores de UAV no Nepal que fizessem o primeiro check-in com a rede Humanitária de UAV (UAViators).

no encerramento, muito obrigado a Robin por escrever este livro e por participar do recente Fórum de políticas sobre UAVs humanitários.

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