Lo sviluppo della robotica permette la creazione di sistemi automatizzati unici che non solo possono fare lavori pericolosi al posto degli umani, ma anche salvare vite. L'obiettivo principale del loro sviluppo è quello di aumentare la sicurezza delle squadre di soccorso e di espandere le capacità tecniche della squadra.
Nel contesto dello schema statistico impiegato, il gruppo dei vigili del fuoco, degli artificieri, della sorveglianza e della sicurezza (civile) si riferisce alle applicazioni civili dei robot. Molti di questi robot sono controllati a distanza o semi-autonomi, quindi il capitolo considera sia i robot attuali che i dispositivi robotici con un livello limitato di autonomia. Uno schema di classificazione dei robot di salvataggio e sicurezza secondo i tipi di disastro può essere il seguente: meteorologico, geologico, causato dall'uomo (terrorista) e minerario.
Lotta ai disastri
I robot per la lotta ai disastri consistono in un'unità mobile su cui è montato un braccio manipolatore, o, recentemente, in umanoidi che possono eseguire il compito di manipolazione a doppio braccio, torso e gambe. Mentre i robot possono eseguire particolari compiti in modo indipendente, l'operatore può sempre intervenire tramite controllo remoto.
Un esempio è il Talon di QinetiQ, che sostiene di essere il “robot più facile da usare.” Utilizzando un telecomando basato su joystick, come i controller di gioco, rende più facile per l'operatore prendere confidenza con il sistema dopo poco tempo. Le piattaforme offerte sono utilizzate attraverso i domini di applicazione, come la sorveglianza/sicurezza in entrambi, terra e acqua o sminamento. Sono in corso sforzi per aggiungere una parziale autonomia ai robot basata su ricche informazioni dei sensori e strategie di salvataggio.
Boston Dynamics’ il famoso robot Atlas (una piattaforma di ricerca) è l'ultimo di una linea di robot umanoidi avanzati che l'azienda sta sviluppando. Il sistema di controllo di Atlas coordina i movimenti delle braccia, il torso e le gambe per ottenere la copia mobile del corpo intero, espandendo la sua portata e lo spazio di lavoro con 28 attuatori idraulici. La capacità di Atlas di bilanciare mentre esegue i compiti gli permette di lavorare in un grande volume mentre occupa solo un piccolo ingombro. L'hardware di Atlas beneficia della stampa 3D per risparmiare peso e spazio, risultando in un notevole robot compatto con un alto rapporto forza-peso e un ampio spazio di lavoro. Atlas pesa solo 80kg con un'altezza di 1,5m. La visione stereo, il rilevamento della distanza e altri sensori danno ad Atlas la capacità di manipolare gli oggetti nel suo ambiente e di viaggiare su terreni accidentati. Atlas mantiene il suo equilibrio quando viene spinto e può rialzarsi se si rovescia.
MIT’s Cheetah è stato sviluppato per correre e saltare su terreni accidentati; potrebbe salire una scala piena di ostacoli e persino recuperare il suo equilibrio se spinto. Si basa principalmente su una tecnologia chiamata “locomozione cieca;”per navigare nei suoi dintorni. La locomozione cieca non si basa sulla visione delle telecamere; invece, si fida delle informazioni tattili. Sangbae Kim, un professore associato di ingegneria meccanica al MIT, che è anche il progettista del robot, sostiene: “La visione può essere rumorosa, leggermente imprecisa, e talvolta non disponibile, e se ci si affida troppo alla visione, il robot deve essere molto preciso nella posizione e alla fine sarà lento. Quindi, vogliamo che il robot faccia più affidamento sulle informazioni tattili. In questo modo, può gestire gli ostacoli imprevisti mentre si muove velocemente;
Snakebite, noto anche come il robot serpente, è un robot biomorfo iper-ridondante che assomiglia a un serpente biologico. È stato sviluppato alla Carnegie Mellon University con più di dodici articolazioni, consentendogli di strisciare e arrampicarsi attraverso i detriti che i primi soccorritori non possono raggiungere. Un “testa - montato " fotocamera, luci LED e tecnologia laser di misurazione della distanza consente al personale di soccorso di guidare il serpente attraverso le macerie mentre trasmette materiale video indietro a un equipaggio distante. È stato distribuito, per esempio, durante i terremoti del Messico nel 2017.
Una comunità di ricerca molto attiva nella robotica di ricerca e salvataggio guida lo stato dell'arte attraverso la ricerca congiunta e numerosi concorsi. Diverse pubblicazioni descrivono queste attività, così come una panoramica degli scenari avanzati di salvataggio dei robot. Lanciato in risposta a un bisogno umanitario che è diventato clamorosamente chiaro durante il disastro nucleare di Fukushima, in Giappone, nel 2011, il DARPA Robotics Challenge consisteva in tre competizioni sempre più impegnative nel corso di due anni nel 2013 e 2015.
Livello di distribuzione
Ancora, la maggior parte dei robot sono controllati a distanza con relativamente poca autonomia. Tuttavia, c'è un chiaro percorso verso l'intelligenza di missione della macchina man mano che la tecnologia si sviluppa e matura. Soprattutto i laboratori e i primi soccorritori stanno mantenendo una flotta di robot diversi.
Il Disaster Robotics Competitions all'interno del World Robot Summit 2020 (posticipato a settembre a causa della pandemia di Covid-19, e che quindi si svolgerà intorno alla scadenza editoriale di questo rapporto) infonderà l'argomento con nuove tecnologie e dimostrazioni di fattibilità tecnica. La categoria Disaster Robotics considera il problem-solving nelle infrastrutture, la prevenzione dei disastri e la risposta e mira a realizzare compiti particolarmente complicati, come la prevenzione dei disastri alle piante e la risposta ai disastri nelle gallerie. Ci saranno tre sfide per ottenere risultati sufficienti:
- Prevenzione dei disastri degli impianti (sul disastro di Fukushima)
- Il primo tunnel al mondo per la risposta ai disastri e il recupero
- Robotica standard per i disastri
Considerazioni costi-benefici e sfide di marketing
L'alto costo dei robot antincendio (da € 50.000) non permette ai servizi antincendio di mantenere diversi sistemi che potrebbero essere utilizzati in grandi incendi.
L'utilizzo di un solo robot per posizionare diversi estintori economici e convenzionali vicino al fuoco sfrutta al massimo le caratteristiche del robot e riduce il rischio di perdere il costoso robot navigatore in caso di esplosione o di crollo di una struttura. Naturalmente, richiede che l'attrezzatura del cannone sia compatibile con il robot. Uscire velocemente dal fuoco è un problema centrale che questi robot non risolvono ancora.
In passato è stata sviluppata una vasta gamma di robot per l'eliminazione delle bombe. Oggi questi robot, di solito teleoperati, giocano un ruolo crescente negli sforzi per la sicurezza interna. La tipica configurazione dei robot per lo smaltimento delle bombe è una base mobile con un braccio manipolatore e una pinza, un set di strumenti diagnostici (telecamera, rilevatori chimici), strumenti per lo smaltimento delle bombe e un'unità di teleoperazione (collegata o wireless). Dato che il braccio manipolatore dei robot per lo smaltimento delle bombe può portare peso, cambiare gli strumenti e prenderne di nuovi, l'aiuto manuale non è necessario. Inoltre, gli strumenti per lo smaltimento delle bombe, come le unità di congelamento a bordo o le pistole ad acqua, possono disattivare i dispositivi esplosivi sul posto; in modo che gli operatori possano rimanere a distanza di sicurezza durante l'operazione..
Si basano sulle immagini delle telecamere che provengono da lì, e quindi un buon posizionamento è cruciale per eseguire il lavoro di precisione richiesto. Naturalmente, operatori qualificati in grado di maneggiare con precisione e che abbiano esperienza con tali robot sono altri prerequisiti per operazioni di successo. Ulteriori strumenti diagnostici, come la fotografia a raggi X, forniscono immediatamente informazioni esplicite e permettono un processo decisionale rapido e basato sulle informazioni.
Robin Murphy, professore negli Stati Uniti e noto come fondatore dei robot di salvataggio, conclude alcuni punti in un'intervista del 2019. Tutti i robot terrestri, aerei e marini sono stati teleoperati (come i Mars Rovers) piuttosto che completamente autonomi (come un Roomba), principalmente perché i robot permettono ai soccorritori di guardare e agire in tempo reale; c’è sempre qualcosa che devono vedere o fare immediatamente.
I robot sono stati almeno in 35 eventi e utilizzati almeno in 29 (a volte il robot è troppo grande o non intrinsecamente sicuro). La barriera tecnica significativa è l'interazione uomo-robot; tuttavia, l'errore umano è anche una ragione considerevole di fallimento. In generale, i robot non vengono utilizzati immediatamente dopo un disastro. In media, ci vogliono 6,5 giorni prima che un robot sia schierato in una zona disastrata; o un'agenzia ha un robot, e lo usa entro 0,5 giorni, o non lo ha, e ci vogliono 7,5 giorni per realizzare che un robot sarebbe utile e portarlo sul posto.
Per aumentare l'efficacia dell'uso della robotica nella risposta ai disastri, l'ergonomia e la ricerca sui fattori umani sono diventati argomenti di ricerca primari. Sono stati sviluppati metodi di test per misurare e ottimizzare le capacità di base del robot/operatore necessarie per eseguire compiti operativi definiti dai soccorritori di emergenza, dai soldati e dalle loro rispettive organizzazioni. Più di 100 robot sono stati testati a vari gradi di completezza attraverso l'elenco dei metodi di test standard. Una panoramica dettagliata descrive come utilizzare i metodi di test appropriati per valutare i robot, specificare e difendere le decisioni di acquisto, e addestrare gli operatori con misure di competenza.