Die Entwicklung der Robotik ermöglicht die Schaffung einzigartiger automatisierter Systeme, die nicht nur gefährliche Arbeiten anstelle von Menschen erledigen können, sondern auch Leben retten. Das Hauptziel ihrer Entwicklung ist es, die Sicherheit von Rettungsteams zu erhöhen und die technischen Möglichkeiten des Teams zu erweitern.
Im Rahmen des verwendeten statistischen Schemas beziehen sich die Gruppen Feuer, Bombenbekämpfung, Überwachung und (zivile) Sicherheit auf zivile Roboteranwendungen. Viele dieser Roboter sind ferngesteuert oder teilautonom, daher werden in diesem Kapitel sowohl aktuelle Roboter als auch Robotergeräte mit einem begrenzten Grad an Autonomie berücksichtigt. Ein Klassifizierungsschema für Rettungs- und Sicherheitsroboter nach Katastrophenarten kann wie folgt aussehen: meteorologisch, geologisch, vom Menschen verursacht (Terroristen) und Bergbau.
Katastrophenbekämpfung
Katastrophenschutzroboter bestehen aus einer mobilen Einheit, an der ein Manipulationsarm angebracht ist, oder neuerdings aus Humanoiden, die die Aufgabe der Manipulation mit zwei Armen, dem Rumpf und den Beinen übernehmen können. Die Roboter können zwar bestimmte Aufgaben selbständig ausführen, aber der Bediener kann jederzeit per Fernsteuerung eingreifen..
Ein Beispiel ist der Talon von QinetiQ, der nach eigenen Angaben der “am einfachsten zu bedienende Roboter” ist. Die Verwendung einer Joystick-basierten Fernbedienung, ähnlich wie bei Game Controllern, erleichtert es dem Bediener, sich nach kurzer Zeit mit dem System vertraut zu machen. Die angebotenen Plattformen werden in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt, z. B. zur Überwachung/Sicherheit zu Lande und zu Wasser oder zur Minenräumung. Derzeit wird daran gearbeitet, die Roboter mit teilweiser Autonomie auszustatten, die auf umfangreichen Sensorinformationen und Rettungsstrategien beruht.
Der berühmte Atlas-Roboter (eine Forschungsplattform) von Boston Dynamics ist der jüngste in einer Reihe von fortschrittlichen humanoiden Robotern, die das Unternehmen entwickelt. Das Steuerungssystem von Atlas koordiniert die Bewegungen der Arme, des Rumpfes und der Beine, um ein mobiles Kopieren des gesamten Körpers zu erreichen, und erweitert seine Reichweite und seinen Arbeitsbereich mit 28 hydraulischen Aktuatoren. Atlas's Fähigkeit, während der Ausführung von Aufgaben zu balancieren, erlaubt es ihm, in einem großen Volumen zu arbeiten, während er nur eine kleine Stellfläche einnimmt. Die Hardware von Atlas wurde im 3D-Druckverfahren hergestellt, um Gewicht und Platz zu sparen. Das Ergebnis ist ein bemerkenswert kompakter Roboter mit einem hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und einem großen Arbeitsbereich. Atlas wiegt nur 80 kg bei einer Höhe von 1,5 m. Stereosicht, Entfernungsmessung und andere Sensoren geben Atlas die Fähigkeit, Objekte in seiner Umgebung zu manipulieren und sich auf unwegsamem Gelände zu bewegen. Atlas hält sein Gleichgewicht, wenn er geschoben wird, und kann aufstehen, wenn er umkippt.
Der Cheetah des MIT wurde entwickelt, um über unwegsames Gelände zu laufen und zu springen; er kann eine Treppe voller Hindernisse erklimmen und sogar sein Gleichgewicht wiederfinden, wenn er geschubst wird. Um sich in seiner Umgebung zurechtzufinden, stützt er sich hauptsächlich auf eine Technologie, die als "blinde Fortbewegung" bezeichnet wird. Die blinde Fortbewegung verlässt sich nicht auf die Sicht von Kameras, sondern auf taktile Informationen. Sangbae Kim, ein außerordentlicher Professor für Maschinenbau am MIT, der auch der Entwickler des Roboters ist, behauptet: “Das Sehvermögen kann verrauscht, etwas ungenau und manchmal nicht verfügbar sein, und wenn man sich zu sehr auf das Sehvermögen verlässt, muss der Roboter seine Position sehr genau bestimmen und wird schließlich langsam sein. Wir wollen also, dass sich der Roboter mehr auf taktile Informationen verlässt. Auf diese Weise kann er mit unerwarteten Hindernissen umgehen, während er sich schnell bewegt.”
Snakebite, auch bekannt als der Schlangenroboter, ist ein biomorpher, hyperredundanter Roboter, der einer biologischen Schlange ähnelt. Er wurde an der Carnegie Mellon University entwickelt und verfügt über mehr als zwölf Gelenke, die es ihm ermöglichen, durch Trümmer zu kriechen und zu klettern, die für Rettungskräfte unerreichbar sind. Eine am Kopf befestigte Kamera, LED-Leuchten und eine Lasertechnologie zur Entfernungsmessung ermöglichen es den Rettungskräften, die Schlange durch die Trümmer zu führen, während sie Videomaterial an ein entferntes Team überträgt. Sie wurde zum Beispiel während der Erdbeben in Mexiko 2017 eingesetzt..
Eine sehr aktive Forschungsgemeinschaft auf dem Gebiet der Such- und Rettungsroboter treibt den Stand der Technik durch gemeinsame Forschung und zahlreiche Wettbewerbe voran. Mehrere Veröffentlichungen beschreiben diese Aktivitäten sowie einen Überblick über fortschrittliche Roboterrettungsszenarien. Die DARPA Robotics Challenge wurde als Reaktion auf einen humanitären Bedarf ins Leben gerufen, der während der Nuklearkatastrophe in Fukushima, Japan, im Jahr 2011 deutlich wurde, und bestand aus drei zunehmend anspruchsvolleren Wettbewerben über zwei Jahre in den Jahren 2013 und 2015.
Ebene der Verteilung
Die meisten Roboter werden jedoch ferngesteuert und verfügen über relativ wenig Autonomie. Es gibt jedoch einen klaren Weg in Richtung maschineller Missionsintelligenz, da sich die Technologie weiterentwickelt und ausgereift ist. Vor allem Labore und Ersthelfer unterhalten eine Flotte verschiedener Roboter.
Die Disaster Robotics Competitions im Rahmen des World Robot Summit 2020 (der wegen der Covid-19-Pandemie auf September verschoben wurde und daher um den Redaktionsschluss dieses Berichts herum stattfindet) werden das Thema mit neuen Technologien und Demonstrationen der technischen Machbarkeit beleben. Die Kategorie Katastrophenroboter befasst sich mit Problemlösungen in den Bereichen Infrastruktur, Katastrophenschutz und -bewältigung und zielt auf die Bewältigung besonders komplizierter Aufgaben ab, wie z. B. den Schutz von Anlagen und die Bewältigung von Tunnelkatastrophen. Es wird drei Herausforderungen geben, um ausreichende Ergebnisse zu erzielen:
- Katastrophenschutz für Kraftwerke (über die Katastrophe von Fukushima)
- Der weltweit erste Tunnel für Katastrophenhilfe und Wiederherstellung
- Standard-Katastrophen-Robotik
Kosten-Nutzen-Überlegungen und Marketing-Herausforderungen
Die hohen Kosten von Feuerrobotern (ab € 50.000) erlauben es den Feuerwehren nicht, mehrere Systeme zu unterhalten, die bei Großbränden eingesetzt werden könnten.
Die Verwendung eines einzigen Roboters zur Positionierung mehrerer billiger, herkömmlicher Feuerlöscher in der Nähe des Feuers nutzt die Eigenschaften des Roboters optimal aus und verringert das Risiko, den teuren Navigationsroboter im Falle einer Explosion oder eines einstürzenden Gebäudes zu verlieren. Voraussetzung dafür ist natürlich, dass die Kanonenausrüstung mit dem Roboter kompatibel ist. Schnell aus dem Feuer zu kommen ist ein zentrales Problem, das diese Roboter noch nicht lösen.
In der Vergangenheit wurde eine breite Palette von Bombenentschärfungsrobotern entwickelt. Heute spielen diese in der Regel ferngesteuerten Roboter eine zunehmende Rolle bei den Bemühungen um die innere Sicherheit. Die typische Konfiguration eines Bombenentschärfungsroboters besteht aus einer mobilen Basis mit einem Manipulatorarm und einem Greifer, einer Reihe von Diagnoseinstrumenten (Kamera, chemische Detektoren), Bombenentschärfungsinstrumenten und einer (kabelgebundenen oder drahtlosen) Teleoperationseinheit. Da der Manipulatorarm von Bombenentschärfungsrobotern Gewicht tragen, Werkzeuge wechseln und neue aufnehmen kann, ist keine manuelle Hilfe erforderlich. Darüber hinaus können Bombenentschärfungsgeräte, wie z. B. eingebaute Gefriereinheiten oder Wasserwerfer, Sprengkörper vor Ort entschärfen, so dass die Bediener während des gesamten Vorgangs in sicherer Entfernung bleiben können.
Sie stützen sich auf Kamerabilder von dort, und daher ist eine gute Positionierung entscheidend, um die erforderliche Präzisionsarbeit zu leisten. Natürlich sind geschulte Bediener, die präzise arbeiten können und Erfahrung mit solchen Robotern haben, weitere Voraussetzungen für einen erfolgreichen Einsatz. Zusätzliche Diagnoseinstrumente, wie z.B. die Röntgenfotografie, geben sofort eindeutige Informationen und ermöglichen eine schnelle und informationsbasierte Entscheidungsfindung.
Robin Murphy, Professor in den USA und bekannt als Begründer von Rettungsrobotern, fasst in einem Interview aus dem Jahr 2019 einige Punkte zusammen. Alle Boden-, Luft- und Meeresroboter sind teleoperiert (wie die Mars Rover) und nicht völlig autonom (wie ein Roomba), vor allem weil die Roboter es den Helfern ermöglichen, in Echtzeit zu sehen und zu handeln; es gibt immer etwas, das sie sofort sehen oder tun müssen..
Roboter waren bei mindestens 35 Veranstaltungen dabei und wurden bei mindestens 29 eingesetzt (manchmal ist der Roboter zu groß oder nicht eigensicher). Das größte technische Hindernis ist die Interaktion zwischen Mensch und Roboter, aber auch menschliches Versagen ist ein wesentlicher Grund für das Scheitern. Im Allgemeinen werden Roboter nicht sofort nach einer Katastrophe eingesetzt. Im Durchschnitt dauert es 6,5 Tage, bis ein Roboter in einem Katastrophengebiet eingesetzt wird. Entweder verfügt eine Behörde über einen Roboter und setzt ihn innerhalb von 0,5 Tagen ein, oder sie hat keinen und braucht 7,5 Tage, um zu erkennen, dass ein Roboter von Nutzen wäre, und ihn zum Einsatzort zu bringen.
Um die Effektivität des Einsatzes von Robotern bei der Katastrophenhilfe zu erhöhen, sind Ergonomie und die Erforschung menschlicher Faktoren zu primären Forschungsthemen geworden. Es wurden Testmethoden entwickelt, um die grundlegenden Fähigkeiten von Robotern/Bedienern zu messen und zu optimieren, die für die Ausführung von Einsatzaufgaben erforderlich sind, die von Einsatzkräften, Soldaten und ihren jeweiligen Organisationen festgelegt wurden. Mehr als 100 Roboter wurden mit einer Reihe von Standardtestmethoden in unterschiedlichem Umfang getestet. In einem detaillierten Überblick wird beschrieben, wie geeignete Testmethoden zur Bewertung von Robotern, zur Spezifizierung und Begründung von Kaufentscheidungen und zur Schulung von Bedienern mit Hilfe von Leistungsmaßnahmen eingesetzt werden können.