Пять уроков для роботов от урагана Катрина

Робин Мерфи занимается используемыми для ликвидации аварий и стихийных бедствий роботами. После террористических актов 11 сентября 2001 года в Нью-Йорке она задействовала небольших мобильных роботов для исследования развалин. После урагана Катрина она послала небольшие, беспилотные летательные аппараты (БПЛА), чтобы исследовать здания на побережье залива. Впервые БПЛА были использованы для экстренных осмотров состояния строительных конструкций.

Во время ликвидации аварии на АЭС Фукусима она была частью команды, которая запускала БПЛА для определения уровня радиации и контроля повреждений реакторов. А во время недавней пандемии Эбола она выясняла, могут ли роботы помочь в защите от вируса работников здравоохранения в полевых госпиталях в Западной Африке и в США.

Как отметил директор Центра роботизированного поиска и спасения (CRASAR) Техасского университета A&M, Мерфи принимала активное участие в ликвидации последствий отмеченных и еще более чем 20 других стихийных бедствий, но она, прежде всего, научный сотрудник.

Основываясь на изучении крупнейших бедствий, она считает, что ускоренная реакция при ликвидации последствий аварий и стихийных бедствий за счет использования автономных роботов и БПЛА может сократить длительность восстановления на 1000 дней или почти на три года.

Результатом исследований и опыта, полученного в процессе работы по ликвидации чрезвычайных ситуаций стали пять уроков по использованию робототехники:

1. Для управления БПЛА нужно три специалиста.

До урагана Катрина никто не знал, сколько людей требуется для управления системой БПЛА в чрезвычайной ситуации.

«Полагали, что хватит одного человека, чтобы летать. Но выяснилось, что нужны три человека, чтобы делать это эффективно», - говорит она. «Когда мы первыми провели анализ рабочей нагрузки, то поняли, один человек просто не в состоянии это сделать». Безопасные полеты дрона, выполняющего съемку в непосредственной близости от поврежденного здания, были невыполнимой задачей для одного человека.

Ее идеи не находили поддержки, так как делали эксплуатацию более сложной и дорогостоящей, но последующие исследования доказали ее правоту. «Наш рабочий протокол с тремя операторами БПЛА, один для управления полетом, один для наблюдения за съемкой и один для слежения за безопасностью, стал стандартной практикой во всем мире». Определение точного количества ресурсов, необходимых для проведения операции, имеет решающее значение для получения ценной информации, которая может спасти жизни и ускорить процесс восстановления.

2. Проблема в данных, а не в дронах.

Когда БПЛА были впервые использованы после урагана Катрина, это была относительно новая технология. В то время Мерфи и другие исследователи были обеспокоены проблемами мощности и стабильности автономных аппаратов. «До Катрины серьезной проблемой было обеспечить длительное пребывание БПЛА в воздухе», - сказала она. «Теперь проблемы переместились из авиационной сферы в информационную».

Глобальная система связи позволяет находящимся в любом месте экспертам изучать через интернет снимки, собранные дронами и полученные из других источников, обеспечивая помощь в усилиях по восстановлению, по мере того как появляются данные. Такого рода совместные действия могут длиться несколько недель или месяцев в процессе контроля зданий или выявления вызывающих озабоченность областей.

Но какие типы дистанционно собранной информации полезны? А как можно сделать, чтобы данные были полезны для экспертов? Эти вопросы входят в фундаментальные исследования Мерфи.

«Катрина показала мне, что основная задача – получить и передать нужные данные нужному человеку в нужное время», - говорит она. «Это было верно тогда и по-прежнему верно сегодня». Для сбора, передачи, систематизации и визуализации информации нужны более совершенные способы. По ее словам: «Проблема не в роботах, проблема в информации».

3. Понимание того, что и когда эксперты должны видеть.

В течение нескольких месяцев после урагана Катрина, при поддержке Национального научного фонда Мерфи задействовала беспилотники для передачи строительным экспертам ведущих инженерных фирм и университетов изображений поврежденных многоэтажных зданий на побережье Мексиканского залива.

Эта работа сократила время, необходимое для осмотра зданий, но специалисты нашли, что изучение по снимкам с беспилотников труднее, чем они ожидали. Таким образом, проблемы разведки с помощью дронов оказались более серьезными, чем многие считали.

«Когда вы смотрите на объект, находясь на земле, все предстает прямо перед вами», - говорит Мерфи. «Фотографии с БПЛА выглядят немного иначе». «Признание того, что сотрудничество между людьми и машинами возможно только тогда, когда мы все смотрим на один и тот же видеоматериал от БПЛА или наземного робота стало большим прорывом», - сказала она.

4. Будущее подводных роботов.

Робо-змеи, которые могут прочесывать завалы из щебня и контролирующие инфраструктуру роботы-колибри будут играть важную роль в будущих ситуациях по оперативному устранению бедствий.

Но автономные морские суда до сих пор являются упущенной возможностью для робототехники, считает Мерфи. Она заявляет, что такие роботы представляют собой следующий большой шаг в робототехнике для чрезвычайных ситуаций.

«Восемьдесят процентов популяции находится под водой», - говорит она. «Все ваши мосты, дамбы, важные инфраструктурные объекты находятся под водой, а мы рассчитываем на пловцов и водолазов, которых очень мало, чтобы все осмотреть».

По этим причинам она и ее команда экспериментировали с морскими роботами под названием SARbots – это квадратные роботы с возможностями зондирования, подобно дельфинам. Они перемещаются под водой, используя гидролокатор и могут управляться дистанционно быстро исследуя подводные объекты.

В 2011 году, после землетрясения и цунами в Тохоку, Мерфи работала с японской береговой охраной, чтобы использовать подводных роботов для осмотра и очистки акватории портов, поиска жертв.

«Четыреста миль побережья были полностью опустошены, это в два раза больше прибрежной полосы, опустошенной ураганом Катрина в США», - говорит Мерфи. «Мы видели уничтоженные мосты, трубопроводы и порты. А если нет порта, вы не сможете получить достаточное количество гуманитарной помощи для поддержки населения».

В будущем автономные морские суда могут оказаться ценными, как и другие типы роботов, широко используемые в настоящее время при ликвидации последствий стихийных бедствий.

5. Интеллектуальные алгоритмы должны укротить поток данных.

Недавно, после наводнения 2015 года в Техасе, Мерфи входила в состав команды, которая развернула БПЛА для осмотра повреждений. Она обнаружила, что один 20-минутный полет БПЛА позволяет получить более 800 фотографий, каждая из которых требует по крайней мере одну минуту для проверки.

Если вы рассматриваете возможность полета десятков беспилотных самолетов в попытке спасти жизни, такая система просто не масштабируемая. «При этом требуется огромное количество времени, только для того, чтобы передавать данные», - сказала она. «Таким образом, мы должны усовершенствовать информационную составляющую».

Так уж случилось, что Мерфи руководила научно-исследовательской программой для студентов, когда произошло наводнение. Она попросила своих студентов разработать приложения, которые могли бы улучшить процессы эксплуатации беспилотных летательных аппаратов, интерпретируя их снимки и даже выделяя области, которые требуют внимания специалистов.

Студенты оказались на высоте, придумывали приложения, которые используют компьютерное зрение и машинное обучение, чтобы усовершенствовать процесс восстановления. «Они брали получаемые данные и создали программы, которые выискивали любые признаки предметов, которые могут свидетельствовать о нахождении рядом человека», - объяснила Мерфи. Другие студенты создали усовершенствованную визуализацию траектории полета, чтобы помочь понять, где беспилотник уже летал и избежать дублирования. Студенты заработали высшую оценку не только в своем классе, но и в конкурсе инноваций для аварийно-восстановительных работ.

Роботы не сохраняют пока чьи-либо жизни в случае стихийных бедствий (хотя БПЛА помог найти канадского мужчину после того, как он отошел от своего автомобиля для инвалидов и потерялся в заснеженном лесу), но они наверняка смогут это делать в будущем.

«В следующий раз, когда вы услышите об очередной катастрофе, следите за роботами», - говорит Мерфи. «Они могут быть под землей, под водой и в небе, но они должны там быть. Следите за роботами, потому что они приходят на помощь».