Linköpings universitet 729G11. Räddningsrobotar. Lek och verklighet. Matilda Krig

Transkript

1 729G11 Räddningsrobotar Lek och verklighet 2010

2 Sammanfattning Robotar och avancerad teknik börjar bli en del av vår vardag. Inte bara till nöje utan även till nytta, till exempel för att rädda liv. I detta arbete har jag sökt ta reda på vad en räddningsrobot är och hur den fungerar. Jag har även tittat på hur tävling respektive verklighet ser ut i en räddningsrobots perspektiv samt vad framtidsutsikterna för en räddningsrobot skulle kunna vara. Jag har fått veta att tävlingarna i princip anordnas för att främja forskning och utveckling av räddningsrobotar, 2001 ansågs inte någon robot tillräckligt bra, trots att det var robotar från tävlingarna som hittade offer i rasmassorna från World Trader center-katastrofen. Hur robotar kan vara uppbyggda finns det klargörande blockscheman över i kapitel 4. Men den utveckling som skett de senaste åren tror jag att räddningsrobotarna har en mycket ljus framtid och kommer rädda många liv. 1

3 Innehållsförteckning Sammanfattning Inledning Syfte Avgränsningar RoboCup Rescue RoboCup 2001 Robot Rescue Robotarna i World Trade Center-katastrofen Hur fungerar en räddningsrobot? Diskussion Litteraturförteckning Figurförteckning

4 1. Inledning Tekniken och dess utveckling är en stor del av vår vardag nu för tiden. Tekniken blir mer och mer intelligent och fyller fler och fler funktioner för oss människor. De saker man tänker på kanske är mest för vårt eget nöje eller att göra vardagen lättare. Datorer, smartphones och så vidare. Men kan teknikens utveckling också göra verklig nytta? Hjälpa till med riktigt viktiga saker, som att rädda liv? De senaste åren har begreppet räddningsrobot dykt upp mer och mer. Brinnande byggnader eller rasade hus där det är för farligt att skicka in människor kan robotar göra nytta där? 1.1 Syfte Utefter de tankar nämnda ovan vill undersöka vad en räddningsrobot är och vad den är kapabel till. Detta mynnar ut i dessa frågeställningar: Vad är en räddningsrobot och hur fungerar den? Vad är skillnaderna mellan tävling och verklighet? Vad skulle framtidsutsikterna för en räddningsrobot kunna vara? 1.2 Avgränsningar Frågeställningarna ovan skulle kunna mynna ut i en hur stor rapport som helst. Jag kommer antagligen inte ha möjlighet att ge ett fulltäckande svar på fråga 1, men kommer att täcka de mest grundläggande delarna. För att kunna svara på fråga 2 kommer jag dels att undersöka hur tävlingar för tävlingsrobotar går till. Dels kommer jag ta reda på hur räddningsrobotar används på riktigt. Där finns mycket att ta reda på och det mest utstickande som hänt i detta område är hur robotar hjälpte till i World Trade Center-katasrtofen i USA, så den händelsen tänker jag rikta in mig på här. Svaren på fråga 3 kommer bestå av en diskussion i det avslutande kapitelt i denna rapport. 3

5 2. RoboCup Rescue RoboCup Rescue är en tävling där ett flertal lag ställer upp med egentillverkade robotar i ett simulerat katastofområde. Anledningen till att tävlingen ens startade var den hemska jordbävningen i Kobe 1995, då över 5000 människor dog, runt människor dog och runt människor fick lämna sina hem. Jordbävningsberedskapen var dålig och det var mycket som inte gick som man tänkt sig i räddningsarbetet. Efter katastofen startades RoboCup Rescue i syfte att uppmuntra forskning och utveckling i en rad områden, främst då räddningsrobotar. ( RoboCup är från grund och botten ev tävling där robotar tävlar i fotboll mot varandra. Kuppen har på senare år mynnat ut i andra deltävlingar, där inräknat RoboCup Rescue, som är uppdelat i två huvudsakliga grenar. The RoboCupRescue Simulation Project är en öppen resurs av forskningsresultat. Den andra grenen är Real Robots, där utmaningen för robotrna gäller allt från perception till förflyttning och planering. Robotarna utvärderas i särskilda testförhållanden, NISTs räddningsarenor ( Tävlingarna hålls också i flera olika länder, årligen. Tyvärr tycker jag att det är något oklart vilka uppdelningar som finns och vilken tävling som hör till vilket, så jag ber redan nu om ursäkt för eventuellt felaktigheter eller oklarheter i detta avsnitt. 2.1 RoboCup 2001 Robot Rescue Som ovan nämnt finns en rad olika tävlingar. Regler och förutsättningar verkar ändras lite från år till år, så jag har riktigt in mig på en enda tävnling för att gå in på detaljer Robocup 2001 Robot Rescue. Tävlingen hölls i förbindelse med American Association for Artificiall Intelligence (AAAI). Det var det första året räddningsevenemanget var en del av RoboCup och det andra året det var en del av the AAAI Robot Competition (Yanco & Casper, 2002). 4 lag ställde upp i själva tävlingen - Sharif University, Swarthmore College, Utah State University och the University of Edinburgh. Det var även fler lag som ställde ut sina robotar. Tävlingen utspelas i en arena utvecklad av Natinal Institue of Standadrs and Technology 4

6 (NIST). Arenan är uppdelad i tre sektioner, som har olika svårighetsgrad. Figur 1 visar exempel på hur arenan är tänkt att se ut. 1 meter stor robot, för att visa det ungefärliga skalan Plats för de tänka offrena Figur 1 Det finns den gula sektionen, som är lättast. Den ska gestalta ett kontorslandskap, med lite småspillor, omkullvälta bord med mera. Den orange sektionen liknar den gula, dock har den olika våningar roboten måste tas sig till via trappor eller ramper. Den har även fler hinder. Den röda sektionen är svårast och ska föreställa en byggnad som har kollapsat. Där finns högar av rasmassor, instabila plattformar som ska simulera sekundära kollapser. Bilderna på de olika sektionerna visas i figur 2. Dessa bilder är tagna från RoboCup Rescue Figur 2 5

7 Regelkommittén har tittat på hur Urban Search and Rescue (USAR) jobbar för att utforma reglerna till tävlingen. USAR jobbar med att hitta offer vid olika katasrofer och de har räddningsrobotar som hjälper till med detta. Det man tittar på är procentandelen hittade offer, hur många personer som behövs för att manövrera roboten och huruvida roboten rapporterar korrekt plats för offret. Man räknar även med en viktad summa för de fyra olika 25-minutes ronderna. Alla dessa fakotrer räknas ut genom en formel som speciellt utformats för tävlingen. Just 2001 var det ingen av robotarna som faktiskt klara att genomföra räddningsarbetet så bra för att komma med i en poängliga. 3. Robotarna i World Trade Center-katastrofen Det kan tyckas misslyckat att ingen av robotarna i RoboCup Rescue 2001 klarade sig igenom tävlingen. Men helt förgäves var det inte, för flera lag från tävlingen eller den parallella utställningen deltog i räddningsarbetet för den omtalade 9/11-katastofen. Det var den första gången någonsin, vad man vet, som räddningsrobotar deltagit i räddningsarbetet för ett katastrofområde, enligt Jennifer Casper and Robin Roberson Murphy i artikeln Human Robot Interactions During the Robot-Assisted Urban Search and Rescue Response at the World Trade Center. Morgonen den 11 september kallade John Blich på CRASAR (Center for robot-assisted search and rescue) på robottillverkare och fältrobotgrupper för att hjälpa till med utrustning och personal till katastrofområdet. Fyra grupper svarade - Foster-Miller, irobot, United States Navy s Ppace Warfare Center (SPAWAR) group och University of South Florida(USF). Foster- Miller och irobot-grupperna var på plats på området tillsammans med Blitch redan på eftermiddagen 11 september. På morgonen efter hade de spritt ut robotrna över katastofområdet. De första elva dagarna koncentrerade man sig på att sprida ut robotrna för räddningoperationer samt för att hitta offer i rasmassorna. Det var räddningarbetare på plats ända fram till 2 oktober. (Murphy, Blitch, & Casper, 2002) 6

8 Följande fakta om robotarna i resten av kapitlet kommer från Murphy, Blitch och Casper(2002)s artikel om inget annat nämns. Det var två olika kategorier av robotar som användes i rasmassorna - sladdlösa och sådana med sladd. CRASAR och USF hade sladdrobotar på plats, 2 Inuktun Microtrac och två microvgtvs (se figur 3), som var tungt Figur 3 använda (en av dessa deltog i RoboCup Resuce 2000). Två andra sladdrobotar fanns tillgängliga, men användes inte. Båda dessa sorter har ungefär lika stora som en skokartong. De var utrustade med videokamera, strålkastare och radio. MictoVGTV n kan byta form, antingen är den platt, eller så kan den fällas upp och bli triangulär. Robotarna vad kopplade med en sladd på cirka 30 meter. De användes flitigt i rasmassorna och tog sig ner i rasmassorna på 6-14 meters djup. Detta kan man jämföra med vanliga sökkameror som brukar kunna nå ungefär 8 meter ner. Dessa robotar hittade minst 5 offer och gav stort stöd i beslut för huruvuda en lucka i rasmassorna var säkra att beträdas av människor, eller om det var möjligt att gräva bort en del rasmassor och skräp för vidare utredning. Tillgängligt fanns också fyra olika modeller av trådlösa robotar. Forster-Millers robot Solem (se figur 4) användes för att undersöka större hålrum i rasmassorna, medan de andra tre (Foster-Millers Talom, irobots Packbot och SPAWAR s Urbot) användes för att söka efter offer. Alla dessa telestyrda robotar är i storlek av små resväskor och är utrustade med video, radio och sensorer. Dessa robotar hittade inga offer. Figur 4 7

9 4. Hur fungerar en räddningsrobot? Naturligtvis finns det inte ett korrekt svar på den frågan. Det finns som vi hittills märkt en hel del olika sortens räddningsrobotar och vi kan bara gissa hur många olika sortens hård- och mjukvara det finns för dessa. I mitt sökande av information om främst robotens mjukvara har jag fått upptäcka att robottillverkarna verkar vara tämligen hemlighetsfulla angående deras kreationer. För att inte göra det hela allt för förvirrad har jag valt att rikta in mig på hur robotarna ser ut i ett lag som deltog i RoboCup Rescue 2009 och Information om detta är taget från deras egen rapport RobocupResuce 2010 Robot League Team AriAnA & AVA(2010) och är källan till all fakta i detta stycke, om inget annat nämns. Laget kallar sig AriAnA and AVA rescue team och består från grunden av två subgrupper. AriAnA representerar Islamic Azdas University of Central Theran och jobbar aktivt med att utveckla mekatroniska enheter till högrörliga robotar. AVA hör till AVA Strategic Alliance och är främst intresserade av HRI-system (Human Robot Interaction). Lagen har tillsammans tre sortens robotar en helt autonom robot (DELTA, som kan telestyras efter behov) och två telestyrda (ALPHA och BETA). Figur 5 visar robotarna ALFA, BETA och DELTA. Figur 5 Robotarna är styrda med en anpassad styrenhet som kallas OCU (Operator Control Unit). Denna enhet består av två bärbara datorer, en display, en spelkontroll, nätverksuppkoppling, elnät och ett par antenner. Att göra iordning detta på plats på ett tävlings- eller katastrofområde tar dem cirka fem minuter. 8

10 Figur 6 Själva robotarna är utrustade med en stor mängd hårdvara. Ett blockdiagram över BETAs hårdvara visas i figur 6. Det innefattar allt från motoriska delar, moderkort, sensorer, videokameror och GPS. Robotarna är utrustade med något som kallas Player robotic server, en server som verkar vara bra på alla sätt och vis enligt lagen, men ett flexibelt gränssnitt och är kompatibelt med alla programspråk och datorer. Naturligtvis är robotarna utrustade med en stor del avancerad mjukvara. 9

11 Figur 7 Det finns vissa detektorer som läser av sensorernas input och läser av om roboten hittat en människa. Det finns till exempel ett område som svarar för det reaktiva beteendet, undvikande av hinder, vägplanerare och navigator. En översikt över robotarnas mjukvara går att överblicka i figur 7. De gula boxarna representerar minimikraven för en telestyrd robot. 10

12 5. Diskussion Jag anser med de fakta jag fått fram att det finns många anledningar till att använda robotar vid olika räddningsarbeten. De är små, kan ta sig in där vi människor inte kan ta sig in på grund av olika anledningar, till exempel storlek, värme eller förgiftad luft i rasmassorna. Det är också ett sätt att försäkra sig om att inte någon människa behöver riskera livet. Av RoboCup Resuce 2001 att döma kanske reglerna var lite väl hårda, då ingen robot klarade att ta sig upp i poängligan, men ändock lyckades de hitta offer i rasmassorna från World Trade Center-katastrofen. Tittar man på hur pass avancerade robotarna som AriAnA och AVA har gjort är jag övertygad om att räddningsrobotar har en stor roll i framtida räddningsarbete. 11

13 Litteraturförteckning Murphy, R., Blitch, J., & Casper, J. (2002). RoboCup 2001 Urban Serch and Resuce Events. AI magazine, Roberson Murphy, R., & Casper, J. (2003). Human Robot Interactions During the Robot- Assisted Urban Search and Rescue Response at the World Trade Center. IEEE TRANSACTIONS ON SYSTEMS, MAN, AND CYBERNETICS, Soltanzadeh, A., Chitsazan, A., & Ghazali, S. (2010). RoboCupRescue Robot League Team AriAnA & AVA (Iran + Malaysia). Yanco, H. A., & Casper, J. L. (2002). RoboCup-2001 Robot Rescue. AI magazine,

14 Figurförteckning Figur 1 :Jacoff, A.,Weiss, A. & Messina E.(2003). Evolution of a Performance Metric for Urban Search and Rescue Robots. Figur 2: Jacoff, A., Messina E. & Evans J.(2000) A Standard Test Course for Urban Search and Rescue Robots Fig 3: Fig 4 Figur 5, 6 och 7: Soltanzadeh, A., Chitsazan, A., & Ghazali, S. (2010). RoboCupRescue Robot League Team AriAnA & AVA (Iran + Malaysia). 13