極限作業(yè)機器人系列（三）——消防救援機器人

極限作業(yè)機器人（robot under critical working condition）是可以在人為難以接受的環(huán)境下工作的工業(yè)機器人，救災(zāi)排險機器人是其中一類用于危險和復(fù)雜的災(zāi)難、高危環(huán)境下開展搜索、營救和排險作業(yè)的智能機器人。近年來，核電事故、化工廠事故、礦難、火災(zāi)、道路交通事故等由于人類活動所產(chǎn)生的災(zāi)難時有發(fā)生， 地震、海嘯、洪水等自然災(zāi)害也嚴(yán)重威脅著人們的生命安全。因此，利用救災(zāi)機器人代替救援人員進(jìn)入災(zāi)難現(xiàn)場進(jìn)行救援,避免或減少救援人員傷亡, 提高救援效率，越來越受到各界的關(guān)注。根據(jù)事故類型的不同, 救援機器人可以分為消防救援機器人、地震救援機器人、礦山救援機器人、核事故救援機器人和水下救援機器人。

（救災(zāi)排險機器人）

當(dāng)前，全球氣候變暖之勢愈演愈烈，同時各種大型石油化工企業(yè)、隧道、地鐵等不斷增多，油品燃?xì)?、毒氣泄漏爆炸、隧道地鐵坍塌等災(zāi)害隱患也不斷增加，消防救援機器人的價值日益顯現(xiàn)，成為應(yīng)用最為普遍的救災(zāi)機器人，相關(guān)技術(shù)也比較成熟。

（多功能消防機器人）

當(dāng)前，消防機器人已經(jīng)進(jìn)化到第三代高端智能機器人，可以實現(xiàn)多重功能：

一是火情偵查。消防機器人是“偵察小能手”，能代替消防員進(jìn)入高溫、易爆、有毒、缺氧的高危環(huán)境，利用自帶的高清晰度3D攝像頭，幫助消防員全方位掌握火場情況。

二是救災(zāi)滅火。消防機器人能夠通過移動探索功能，對火災(zāi)現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行全面檢測，并通過內(nèi)部數(shù)據(jù)處理，反饋出最佳滅火地點和滅火所需水量，并與消防員協(xié)同作業(yè)，利用配備的高壓水槍實施滅火，將傳統(tǒng)消防水平進(jìn)行了極大提升。部分機器人還具備較為靈活的四肢，可以模仿消防員在救火過程中的動作。

三是實施救援。消防機器人可以探測出受災(zāi)人員位置，反饋信息后由消防員實施營救，一些消防機器人甚至可以獨立完成探查救援任務(wù)。

（全地形消防機器人）

消防機器人的研究始于上世紀(jì)80年代的日本，其消防機器人技術(shù)全球領(lǐng)先，數(shù)量也比其它國家多。 1986年, 日本東京消防廳首次使用“彩虹5號”消防機器人參與滅火, 它本質(zhì)上是1臺身長8 m的消防車，配備了氣體傳感器、電視攝像機, 能夠噴射泡沫40~50 m遠(yuǎn), 可以噴水80 m。日本花費5年時間研發(fā)、耗資13．8億日元的日本第一支消防機器人特種部隊已經(jīng)部署到千葉縣市原市的消防局。這支被命名為“Scrum Force”的消防部隊由4個消防機器人組成：空中監(jiān)視和監(jiān)視機器人“天空之眼”、地面機器人“陸地之眼”、軟管展開機器人“硬式卷筒（延伸軟管）”，以及“水炮”機器人。前兩者為偵察用，無人機從上空、行駛機器人從地面分別確認(rèn)起火處等。其余2臺負(fù)責(zé)噴水或?qū)⑺苎娱L至相關(guān)人員能安全作業(yè)的地方。射程達(dá)到70米，1分鐘可噴水4千升。

（“Scrum Force”消防機器人部隊實地演示）

火災(zāi)現(xiàn)場充滿了不確定性和不可預(yù)知性, 仿生救災(zāi)機器人要在極其復(fù)雜的環(huán)境中完成任務(wù), 必須具備自主性、靈活性、實用性以及耐用性, 研發(fā)難度很大。為了發(fā)揮更大的作用, 使救援更加方便, 消防救援機器人技術(shù)融合了人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)、仿生學(xué)技術(shù)、遙感技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多類前沿技術(shù)。美國的消防機器人亦處于技術(shù)頂點位置，其開發(fā)的消防機器人已具備較為成熟的第三代功能，其新一代類人型消防機器人THOR已經(jīng)試驗性用于船舶消防救援工作，主攻方向為提高對未知環(huán)境的識別和適應(yīng)能力；意大利理工學(xué)院IIT的新版人形機器人WALK—MAN2．0為了提高移動能力，身架由鋁、鎂合金和鈦等輕質(zhì)材料制成，重量輕、行動速度快，能夠更好達(dá)到自身平衡。

（WALK—MAN機器人）

以色列科學(xué)家應(yīng)用3D打印技術(shù)開發(fā)出模樣像蝗蟲的“陶博” (TAUB) 機器人。它全長12.7厘米, 重量28克, 用彈簧、小電池和微控制器以及一個用3D打印的ABS材質(zhì)主體, 腿部材料為硬炭棒。“陶博”模仿蝗蟲的彈跳過程, 由內(nèi)置電池驅(qū)動。彎曲腿部時將其鎖定, 能量聚集到達(dá)上限時, 能夠產(chǎn)生巨大的爆發(fā)力, 直沖上天, 躍至水平距離1.4米, 高度3.4米, 驚人的跳躍能力超過了蝗蟲。它將在火災(zāi)等災(zāi)害發(fā)生后危險區(qū)域搜救時扮演重要的角色, 與操作人員之間產(chǎn)生良好的互補, 在崎嶇地形快速準(zhǔn)確地完成搜索、救援和偵察任務(wù)。

(TAUB 機器人）

我國第1臺消防滅火機器人JMX-LT50于2002年6月, 采用輪式行走機構(gòu), 長2.4 m, 寬1.43m, 高1.50 m, 質(zhì)量達(dá)1 500 kg, 無線遙控距離為150m。我國的消防救援機器人起步晚、發(fā)展慢，截至2016年國內(nèi)各省才配備了百來臺消防機器人，平均每個省的消防總隊只有2－5臺，且還都集中在經(jīng)濟發(fā)達(dá)的地區(qū)，參與滅火救援次數(shù)不超過30來次，大部分只被用于演習(xí)之中。

(我國自主研發(fā)的消防機器人）

近年來，我國正在消防機器人研發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域奮起直追。讓我們看看蕭山消防大隊的特種消防機器人“家族”吧……

它們有用于火災(zāi)撲救的消防滅火機器人、用于滅火偵查的防爆消防滅火偵查機器人、具有排煙、滅火、送風(fēng)、降溫、除塵、環(huán)境偵測、圖像采集于一體的消防排煙滅火機器人，適用于石化、燃?xì)鈨薜葓鏊姆辣栏弑?、?shù)泡沫滅火偵查機器人等7類成員，活躍在全區(qū)各個消防中隊。

（消防排煙滅火機器）

（防爆消防滅火偵察機器人）

消防隊員與消防機器人的戰(zhàn)術(shù)搭配很大程度上提高了救火救災(zāi)的效率，減低了災(zāi)害的損失，但也存在著一些缺陷。比如，消防機器人和消防員必須密切配合，才能達(dá)到較好的效果。一旦離開消防員，機器人雖然能夠初步識別火災(zāi)，但是自主能力和移動能力還較為欠缺，無線遠(yuǎn)程遙控也無法完全應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境下的磁場干擾。隨著科技的進(jìn)步，作為人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、計算機技術(shù)、自動控制、電力電子、模糊控制和機械工業(yè)等高端學(xué)科結(jié)合體的現(xiàn)代機器人未來一定能開發(fā)出針對各類特殊情況開發(fā)出更先進(jìn)的消防機器人，在消防救援一線大顯神威！