人工智能消毒機器人在自然災害中的應用研究

劉心雨 高 勇

（大連交通大學 遼寧大連 116000）

一、課題意義

大多數災難現場是錯綜復雜的，為救援人員和幸存者帶來了巨大的生存阻礙。隨著人工智能思維與互聯網迭代設計相互融合，預示了未來抗災機器人的發展趨勢。特別是后疫情時代衍生了一系列防疫相關產品。然而，可同時用于抗災抗疫的機器人尚在發展初階，巨大的市場空白有待填充。

二、自然災害背景

（一）自然災害影響范圍

自然災害是指發生在地球的系統中，能夠造成人們生命和財產損失的自然事件。[1]全國各省（自治區、直轄市）都受到災害的嚴重影響，超過三分之二的都市和半數的人口廣受水旱、地震、臺風等災害的嚴重危害。[2]

（二）自然災害對人類的影響

近年來，突發災難性事件頻繁發生，嚴重威脅人民的生命和財產安全。汶川大地震波及50萬平方公里土地，受災人口4624萬，死亡人口（含失蹤）近10萬。[3]

（三）災后疫情的特征分析

自然災害發生后，排污系統破裂，極易出現破傷風桿菌及氣性壞疽菌感染，后果嚴重。[4]災后疫情成為次生災害，這與自然災害本身一樣可以致命，嚴重影響災區的救災效率。

三、救援手段分析

（一）救援現場現存問題

黃金72小時內開展快速有效的生命救援是抗災任務的核心內容之一。諸多自然災難，災后通訊信息、交通運輸幾乎中斷，采用常規技術手段無法快速了解災情信息。

（二）自然災害的應對方式

目前，我國的災后救援工作的開展主要有兩種形式，一種是救援人員自身攜帶工具進入災害現場，還有一種方式是使用大型工程機械進行救援作業。[5]二者在保障救援者安全和操作靈敏度等方面都有缺點，我們亟需研發一種在余震等突發狀況下，能夠完成一些基礎輔助工作的救援機器人。

世界很多國家在抗災機器人范疇內已經取得了豐碩的研究成果。圖1是美國研究人員把“電子背包”固定在適應性極強的動物背部，用生物機器人區分求救聲和一些無關緊要的聲音。[6]通過聲音捕捉器和擴音器的應用，為救援人員提供了及時的情報訊息。

圖1

圖2為波士頓動力公司研制的Spot機器人，室內外均可使用，特點是具有很好的穩定性，四個液壓腿能夠在不同路況保持身體平衡。

圖2

（三）機器人在疫情防治中的應用現狀

今年新冠肺炎在全球肆虐，而目前最普遍的方式是消防員通過手持較重的彌霧機或消毒噴霧劑進行工作，倘若操作不當，往往更容易造成操作者中毒。

四、抗災抗疫機器人研發路線

基于以上面對自然災害救援的現狀和需求分析，本文圍繞抗災抗疫機器人具體功能需求，簡述其設計研發路線。

（一）功能分析

1.防疫消毒

代替人力在地震災區進行消毒工作，以及在發生類似新冠肺炎疫情時，對具有封閉性容易發生病毒擴散的區域進行消毒。

2.生命探測

用于在災區進行生命跡象搜尋，在自動消毒的同時可以通過紅外探測器、熱成像技術等手段檢測廢墟中的呻吟聲、體溫的變化及心臟跳動的頻率的信息，搜尋到生命信號后，利用計算機輔助控制，將現場環境的圖像返回到救災中心，從而幫助救援人員找到遇難者的位置。

3.多種行動方式

利用組件自動收納與變形的方式增加行動方式，不局限于某一特定地形地勢，遇到極端復雜的場合也可以通過變化底盤結構以保證平穩運行。

（二）外觀設計

外觀上趨向簡約、科技感的風格，以及流線型的設計減小了機器在空氣中移動時的阻力，速度感緩解了救援現場人員內心的焦慮情緒。在機器人兩側設置合理的消毒液噴射口，保證機器人在執行搜救任務時，不影響消毒工作的同步進行。中間位置設計一區域用于裝備食物和水等應急物資。在適當位置安裝顯眼提示燈，用于反饋機器自身運行情況，并在檢測到生存信號后及時發出提醒。

（三）材料應用

運用環保材料，考慮到機器人消耗能耗、靈活性等方面的需求，持續延長工作時間，在設計時要選取輕量化材料。例如選擇易成型且質量較輕的鋁材、拉伸強度高的碳纖維管等。

（四）結構設計

為提升實際救援的工作效率，救援機器人的底盤應采用特殊化的結構設計。消毒機器人從室內轉為室外場景、醫療轉換為救災的過程中，同時轉換成了穩固的動力鋁輪、萬向輪，機器人采用復合式底盤技術，從而靈活地應對惡劣的環境，在崎嶇的道路中也可以自如地行走。

五、總結

在信息多元化的時代，新的工業設計模式在市場上不斷出現，在“互聯網+”的推動下，工業設計產業也發生新的變化，從而衍生出人工智能這一新興領域，抗災機器人的產生也是為了符合對社會責任感的追尋。