EEE RAS现任主席：日本灾后救援机器人如何工作

慧聪应急救援网讯 近日，2017世界机器人大会在北京举行。会上，IEEERAS现任主席SatoshiTadokoro发表了题为《日本灾后救援机器人》，介绍了日本救灾机器人的救灾过程，发展情况，目前面临的问题等等。

以下为IEEERAS现任主席SatoshiTadokoro演讲实录：

SatoshiTadokoro：首先作为主席，我要祝贺世界机器人大会的胜利召开，我相信这个领域在全世界都很重要，今天我想为大家介绍一下日本的救灾机器人。

这是一个典型的救灾过程，在灾难发生后就开始救援时间，所以需要搜救和应急救援。在此之后就需要重建，所以需要对所造成的问题进行调查，非常重要的是要在灾难发生之前做好准备，灾难发生之前就要对一些建筑进行调查，同时也要加强它的防震功能。机器人是可以发挥作用的，因为有些功能人类现在是做不到的。比如日本的福岛核电站发生泄漏之后人不能进去，只能让机器人进去。

这是一个最常见的机器人，我也参与了它的开发，它的名字叫做Queens，这是最早使用在福岛核电站调查当中的机器人。这是从操作台对Queens行动的监测，可以看到它可以从一层到二层和三层，然后实时地去检测核电站内部的情况，而且可以拍到内部反应堆的照片，提供了非常好的信息给我们对福岛核电站的泄漏事件作出回应和相应的救援措施，包括对核辐射的水平作出反应。当时我们的政府和公司都希望能够把这个冷却系统重新启动，因为里面的温度已经到了98度，已经是一个开水的温度了，所以我们需要让核反应堆冷却，使用备用的冷却系统，但是里面的情况我们不知道，所以就使用Queens机器人对里面的情况进行调查，然后给我们提供非常细节的数据。之后它又进行了多次行动，一个月之后温度降下来了，所以机器人发挥了很大的作用。

在这个经验的基础上，日本政府启动了几个项目。救灾机器人项目的目的不仅仅是针对核电站的灾难，还有所有的自然和人为灾害。机器人主要是用于救援和防灾，因为在有些情况下是高风险的，而且用人的话效率不高，所以就要使用机器人。但我们把机器人用在这个领域也有一些问题，最大的问题就是技术太脆弱了，意味着技术在那里不好用。比如我们这个会议厅里机器人可以很好地移动，而且很好使用，但是在灾难的现场就不好这样移动了，也移动不起来，因为技术太脆弱了。比如你可以想像一下，它的摄像系统、成像系统在我们会议厅里什么都可以看见，但是很黑的话就看不见，或者在雾里面也看不见，如果风速很快或者雨很大的话它也看不见，所以这种脆弱性必须要被解决。

这个项目当中我们试图开发出那种更强壮的、更强大的视觉系统，尤其是极端情况下的视觉系统。这里所谓的视觉系统并不是机器人本身能不能到那个地方，而是它能不能在现场进一步精密地感知，以便获得更好的信息。这些对情况的估测非常重要，同时在灾难环境当中的自我恢复能力也非常重要。这是福岛核电站泄漏期间的一些需求，左边是福岛核电站发生了泄漏，蓝色的部分是我们需要完成的任务，我们提供了一些解决方案，但它们的效率都不高，或者不足够。比如使用了钻头，但是人类的救援人员和摄像的方式都不成功，所以我们要提供解决方案。

有的时候亚洲地区会发生很多地震，我们也需要使用机器人救援，就像在福岛核电站一样。我们要开发下一代能够应对紧急情况的建筑机器人，他们可以在灾区重建当中发挥作用，可以完成非常复杂的任务，也会监测周围的物体。这个机器人可以长期飞行，配合地面的机器，提供整个区域的鸟瞰图，另外在强风的状态下也可以通过这个机器人负载的几个摄像头形成一个立体的照片。机器人获得的信息很快就回馈到了操作员那里，操作员就可以进行及时的调整，也有震度感应器，碰到某个物体的时候会感应或者判断这个物体的大小。为了能够高精确度地完成任务，我们提高了建筑机器人的能力，要比现有的机器人效果更好，而且烟和霾都不会对它造成影响。因为摄像头是自带光的，所以在黑暗和雾中也可以看得清楚。

这种救灾机器人主要是用于在石堆当中发现遇难者和幸存者，我们把它和搜救犬进行对比，通过现场的一些摄像头和图像识别的方式，它可以识别人的鞋或者其它的衣物。鞋是用桔色来表现的，这里使用的是机器学习和人工智能，可以自动地去发现那些已经储存进去的图片。这只搜救狗找到了要援救人员的位置，受害者就在这个管子里面，由于图像识别的功能，我们就能够自动地识别出这个受害者，这样的话整个搜救能力都得以大幅度提升。

多臂机器人可以帮助人们在很多危险环境当中完成工作，这是一个有四条腿的机器人，里面加装了很多电器和传感器。除了能够行走和提起一些东西之外，它也能够做一些更为复杂的运动。我们可以远程控制这个机器人，并且也要关注这个机器人周边的环境，所以在选择机器人运动路线的时候也要紧密地关注周围的路径，但是可能无法看到机器人上面的图像，所以我们也想办法看一看如何能够通过计算机图像技术解决这个图像的盲点。比如遇到坍塌或者爆炸的时候人们就很难进入，所以这种多臂机器人就能够帮助我们进入到这些危险的环境当中。

这个机器人上面有RM传感器，所以可以调整爆炸时的压力，所以无论是在水平还是在竖直的管道当中都可以爬行，甚至可以在管子内部进行爬行，或者通过扩张的压力挤住管子进行爬行。我们可以通过声音的传输计算距离，甚至在不平的地面上也可以进行移动，它可以通过身体的扭曲进行移动，这种蜿蜒的机器人能够在一些人类难以接触的工厂或者地理位置进行探索。这些都是我们最新的一些进展，也就是不同类型的机器人。大家可以看到这里有几个类型的蜿蜒机器人，比如震后很多地方其实是很难用人接近的，这些机器人甚至可以爬上这种60度或者70度陡峭的坡。

这种轻型蜿蜒机器人可以在坍塌的房屋下面搜救受害者，可以很快地帮助我们找到受害者，并且很好地勘探出周围的环境。这种非常灵活的蜿蜒机器人加上线缆能够进入到一些非常狭窄的空间当中，并且也能够实现远程遥控，通过远程遥控能够远程看到触摸里面的环境，搜救的过程当中可以很好地了解周边的环境。这种机器人能够在一些狭小的环境当中更好地搜寻受害者，10米长的电缆再加上一些振动器能够用分散型的驱动进入到不同的地方，通过远程控制能够触摸、看见并且听见这种环境的情况，搜救的过程当中能够有更清晰的认识。

通过多振动传感器，这个机器人能够预估前面要接触物体的距离，并且这种振动的传感器也能够实时回传数据。机器人能够通过视觉识别的技术发现里面的东西，随着进入的空间越来越深，甚至可以用麦克风的声音传输来探索周边的环境。我们可以通过这些远程信息判断机器人的位置，通过这种多麦克风的配置和声音的传输很好地判断它的位置。我们可以看到机器人通过这种方式就能够找到受害者，并且对周边环境进行研究。

这是传统的摄像头和新的技术摄像头的对比，可以看到在一个非常狭隘的空间当中也能够非常灵活地进行移动，这样的话在更为复杂的环境当中也能够有比较好的性能。实际上之前在美国已经使用过了，这是一个建筑现场，当时也发生了非常严重的事故，可以看到用这种机器人爬入了8米深的地方，之后在里面拍了一些照片，也给我们的研究提供了非常好的信息。

我们想看一看里面的情况，因为人是无法进去的，因为辐射的程度对任何生物进入都是有害的，所以他们就想用这种机器人的摄像头探索里面的情况。这是由日本最大的一家建筑公司拍出的，使用这种摄像头，这个机器人能够很好地探索残骸当中具体的情况。我们也是基于这种需求开发了新的摄像头，这是我们的发明，大家可以看到它可以根据周围的环境移动。这是我们的模拟视频，是在东京大学附近做的，它在从上往下移动，并且可以在废墟里面照相。

去年4月份我们也在这里进行了实地的使用，他们测试了这个机器人的具体能力。去年12月份到今年2月份，他们也用这个机器人做了一些结构性的调研，也就是说他们将这个机器人的摄像头放入到了很多的残骸当中，然后通过拍照的方式了解内部的结构。这些数据可以帮助我们做出内部的3D模型，我们可以知道它在坍塌之前屋顶和房屋的结构是什么样子的。

接下来是去检查PVC，这些东西要想去除掉的话并不是那么容易，所以必须建立一个3D的模型，然后把这个摄像头从边上放进去，然后拍出这些照片，通过这些照片可以做出3D的模型，但是这还不够，所以除了把这个摄像头放入到井内之外，我们还进一步地走得更深，拍了更多的照片。基于这些照片和视频，我们很好地做出了3D的模型，甚至了解到了井内更深处的结构。

这里辐射也是一个很大的问题，所以我们也想通过这个摄像头的拍摄和研究了解到在不同深度的时候它的辐射强度到底有多少。这张图显示了不同深度的辐射强度有多少，辐射水平是一个非常危险的水平，这对我们下一阶段的研究是非常重要的。

最后总结一下：日本用于灾后救援的机器人有很多，但我们要知道灾害是非常常见的，在全世界都是一样的，并且包括洪水，中国、日本和世界其它国家水都是非常常见的灾害，所以我们需要在技术领域进行合作，“一带一路”是一个非常重要的概念，可以推进我们的合作。灾后机器人能够在灾后的响应、复苏和预防发挥非常重要的作用，刚才我也跟大家介绍了我们是如何应对这些挑战的。