Katastrofy budowlane, trzęsienia ziemi czy wybuchy prowadzą do zawalania się konstrukcji, pod którymi mogą być uwięzieni ludzie. Tradycyjne metody przeszukiwania gruzowisk bywają ryzykowne i wymagają sporych nakładów siły fizycznej.
Aby ułatwić pracę ratownikom, zespół naukowców z MIT Lincoln Laboratory, wspólnie z badaczami z Uniwersytetu Notre Dame, stworzył elastycznego robota o cechach „winorośli”, który potrafi się rozciągać i manewrować w wąskich korytarzach rumowisk.
SPROUT – czym jest i jak działa?
SPROUT (Soft Pathfinding Robotic Observation Unit) to robot zaprojektowany z myślą o trudnym środowisku zawalonych budynków. Jego główne cechy to: elastyczna konstrukcja, gdyż ma postać nadmuchiwanej, miękkiej rurki wykonanej z wytrzymałego i szczelnego materiału. Rozwija się z niewielkiej podstawy, a dzięki powietrzu wypełniającym wnętrze „winorośli” może łatwo przeciskać się przez wąskie szczeliny i omijać napotkane przeszkody.
Rozwijanie (czyli „wzrastanie”) robota odbywa się dzięki specjalnemu silnikowi pompującemu powietrze. Operatorem SPROUT-a kieruje joystick, który pozwala na sterowanie kierunkiem i prędkością rozciągania się rurki. W momencie, gdy robot „rośnie” w głąb zniszczonej struktury, operator widzi obraz na żywo z zamontowanej z przodu kamerki. Oprócz niej znajdują się tam dodatkowe czujniki, które rejestrują obraz i dane o strukturze otoczenia, dzięki czemu można przygotować mapę wnętrza gruzów w czasie rzeczywistym, identyfikując najbezpieczniejsze drogi dotarcia do poszkodowanych.
Ze względu na to, iż ratownicy działają w środowiskach niestabilnych, pełnych kurzu, nierówności i zagrożeń, miękka konstrukcja maszyny jest mniej podatna na uszkodzenia niż sztywne roboty. choćby jeżeli dojdzie do przygniecenia lub uderzenia kawałkiem cegły, w wielu przypadkach może kontynuować zadanie po ponownym nadmuchaniu.
Robot SPROUT / Źródło: Laboratorium Lincolna Instytutu Technologii w MassachusettsEtapy powstania robota
Inspiracją do stworzenia SPROUT-a były tzw. „roboty-winorośle”, którymi zajmowała się profesor Uniwersytetu Notre Dame. Jej wcześniejsze badania nad zastosowaniem miękkich, rozciągliwych rur dla celów inspekcji przemysłowych dostarczyły kluczowych wskazówek przy projektowaniu elastycznego mechanizmu rozwijania robota.
Twórcy nie mogli jednak bez końca testować prototypu w prawdziwych ruinach, więc stworzyli wirtualny symulator, który umożliwiał sprawdzenie różnych scenariuszy, od częściowo zawalonych tuneli po całkowicie zniszczone budynki. Dzięki temu byli w stanie dopracować ruchy robota i lepiej zrozumieć jego zachowanie w nieprzewidywalnych warunkach.
Po fazie symulacji przyszedł czas na prototypowanie i testy w realnym terenie, które przeprowadzono w ośrodku szkoleniowym Massachusetts Task Force 1. Podczas prób, prowadzonych z udziałem ratowników, wykryto i wyeliminowano słabe punkty konstrukcji, a także usprawniono sterowanie tak, by robot był łatwy w obsłudze choćby w najbardziej stresujących sytuacjach.
Na początku SPROUT mógł rozwijać się maksymalnie na długość ok. 3 metrów, ale w tej chwili realizowane są prace nad wersją osiągającą prawie 8 metrów. Przy okazji inżynierowie rozważają dodanie nowych czujników, co pozwoli jeszcze precyzyjniej mapować otoczenie i oceniać stabilność zawalonych konstrukcji.
Nowa generacja wsparcia dla ratowników
Tradycyjnie ratownicy używają sztywnych kamer na wysięgnikach lub specjalistycznych robotów kołowych. Jednak należy pamiętać, iż takie urządzenia mają ograniczenia:
- Brak elastyczności: Sprzęt na wysięgnikach często pozwala tylko na sprawdzanie jednego, w miarę prostego kanału widokowego. jeżeli pojawi się zakręt czy wąski prześwit, trzeba wiercić dodatkowe otwory.
- Wysokie koszty i ryzyko uszkodzeń: Złożone roboty o twardych obudowach mogą być łatwo zablokowane lub zniszczone w niestabilnym rumowisku, co wiąże się z dużymi kosztami i wydłużeniem akcji poszukiwawczej.
- Ograniczona mobilność: Roboty kołowe czy gąsienicowe sprawdzają się głównie na otwartej powierzchni; w ciasnych, nieprzewidywalnych warunkach gruzowiska ich użyteczność znacząco spada.
SPROUT-a to zupełnie odmienne podejście. Dzięki nadmuchiwanej rurze, robot może naginać się do kształtu otoczenia, a nie odwrotnie. I choć stanowi obiecujące rozwiązanie, to należy pamiętać, iż posiada także ograniczenia i wyzwania. Przede wszystkim należy zauważyć, iż składa się on z wielu podatnych punktów zginania i nadmuchu, przez co proste komendy, jak „naprzód” czy „skręć w prawo”, nie są łatwe do przełożenia na ruch. najważniejsze było opracowanie odpowiedniego rozdziału ciśnienia powietrza.
Rurka musi być wytrzymała i jednocześnie minimalizować tarcie w miejscach styku z gruzem. Zastosowanie odpowiedniego tworzywa gwarantuje zachowanie kształtu przy zderzeniach z przeszkodami. Poza kamerą i mikrofonem potrzeba dodatkowych sensorów (m.in. czujników temperatury czy gazów) – im bardziej rozbudowana jest elektronika, tym precyzyjniejszych rozwiązań wymaga sterowanie i zasilanie.
Przyszłość i możliwości zastosowań
Ratownictwo w ruinach to tylko jedyny powód, dla którego został stworzony robot. Podobna technologia może znaleźć zastosowanie także w inspekcji trudno dostępnych miejsc, takich jak zakamarki dużych statków czy reaktorów jądrowych, gdzie wysłanie człowieka jest niebezpieczne albo niemal niemożliwe. Sprawdzi się również w wojskowych operacjach rozpoznawczych, gdzie może sprawdzać tunele, ciasne korytarze czy przestrzenie pomiędzy zabudowaniami, nie narażając żołnierzy. Finalnie w nadzorze infrastruktury krytycznej, czyli wszelkie rurociągi, kanały wentylacyjne, szyby w kopalniach.
Zespół pracujący nad SPROUT-em ma ambitne plany rozwoju, obejmujące zwiększenie zasięgu robota, dodanie nowych czujników oraz wdrożenie zaawansowanych narzędzi do mapowania i analizy ryzyka. Wszystko to sprawia, iż w przyszłości elastyczne może stać się on standardowym wyposażeniem służb ratunkowych na całym świecie.
