Источник: techxplore.com
Спасательным командам в прибрежных городах и поселках часто приходится спасать людей, которым грозит опасность утопления. Эти операции требуют от экстренных служб максимально быстрого обнаружения и достижения пострадавших, поскольку даже незначительная задержка может иметь серьезные или фатальные последствия.
Роботизированные системы, способные автономно перемещаться по поверхности воды (также известные как беспилотные надводные аппараты, или USV), потенциально могли бы помочь поисково-спасательным подразделениям (SAR) быстро обнаруживать жертв морских аварий и извлекать их из воды. Однако большинство существующих USV были спроектированы преимущественно для поиска или приближения к пострадавшим, а не для их непосредственного физического спасения.
Исследователи Шэньчжэньского института искусственного интеллекта и робототехники для общества (AIRS) в Китае и Технологического института Стивенса в США недавно разработали QuadBoat — новый четвероногий USV, который может помогать специалистам во время спасательных операций на воде.
Новая роботизированная лодка, описанная в статье на препринт-сервере arXiv, вдохновлена пауками-рыбаками — паукообразными, способными передвигаться по поверхности прудов, озёр, медленных рек и других водоёмов.
«Оперативное извлечение пострадавших из воды имеет решающее значение в миссиях по спасению на водной поверхности», — отметили в своей работе Ляньсинь Чжан, Ихань Хуан и Хуэйхуань Цянь. «Однако предыдущие исследования роботов-спасателей редко затрагивали эту проблему. В данной статье представлен QuadBoat — биомиметический беспилотный водный аппарат (USV), предназначенный для отслеживания и извлечения пострадавших из воды».
Четырехногий робот, вдохновленный пауками-рыбаками
Пауки-рыбаки, которые вдохновили разработчиков QuadBoat, обладают длинными водоотталкивающими лапами, распределяющими вес их тела по поверхности воды. Эти конечности позволяют им ходить и бегать по глади спокойных водоемов, используя поверхностное натяжение.
Чжан, Хуан и Цянь поставили перед собой цель создать новый беспилотный водный аппарат (USV), который пытается воспроизвести гибкие и ловкие движения пауков-рыбаков на воде, полагаясь на традиционную плавучесть для удержания на поверхности. Разработанный ими робот имеет центральный корпус и четыре конечности.
Движения лап робота планируются, координируются и выполняются с помощью алгоритма, известного как контроллер обратной кинематики. Исследователи также разработали другие алгоритмы управления, которые точно направляют робота в заданных направлениях и стабилизируют его во время движения по воде.
«QuadBoat имеет конфигурацию четвероногого робота, что обеспечивает ему высокую адаптивность и маневренность благодаря активной регулировке позы», — написали авторы. «Используя контроллер на основе инверсной кинематики и каскадный контроллер прогнозирования моделей (MPC)-PID для общего движения, QuadBoat может точно отслеживать и извлекать объекты с поверхности воды».
Первые демонстрации и возможные сферы применения
Исследователи протестировали свою роботизированную лодку в серии экспериментов в бассейне, сначала оценив её способность выполнять запланированные движения и следовать заданным траекториям. Они также оценили его способность обнаруживать, отслеживать и извлекать конкретные плавающие цели.
«Демонстрация маневренности подтверждает высокую подвижность QuadBoat, тогда как серия экспериментов по отслеживанию — в том числе отслеживанию действий лап и траектории движения — подтверждает высокую точность и мобильность системы», — отметили Чжан, Хуан и Цянь.
«Наконец, эксперименты по визуальному отслеживанию и подъёму объектов дополнительно подтверждают возможности QuadBoat по сопровождению целей и его эффективность при выполнении спасательных работ как в помещении, так и на открытом воздухе».
Новая лодка в форме паука в скором времени может быть усовершенствована и протестирована в более сложных водных условиях, приближенных к реальным сценариям спасательных операций. В будущем она может стать ценным инструментом для поисково-спасательных команд по всему миру, позволяя быстрее обнаруживать, отслеживать и спасать жертв кораблекрушений или других чрезвычайных ситуаций на воде.
