人工智能消毒机器人在自然灾害中的应用研究

刘心雨 高 勇

（大连交通大学 辽宁大连 116000）

一、课题意义

大多数灾难现场是错综复杂的，为救援人员和幸存者带来了巨大的生存阻碍。随着人工智能思维与互联网迭代设计相互融合，预示了未来抗灾机器人的发展趋势。特别是后疫情时代衍生了一系列防疫相关产品。然而，可同时用于抗灾抗疫的机器人尚在发展初阶，巨大的市场空白有待填充。

二、自然灾害背景

（一）自然灾害影响范围

自然灾害是指发生在地球的系统中，能够造成人们生命和财产损失的自然事件。[1]全国各省（自治区、直辖市）都受到灾害的严重影响，超过三分之二的都市和半数的人口广受水旱、地震、台风等灾害的严重危害。[2]

（二）自然灾害对人类的影响

近年来，突发灾难性事件频繁发生，严重威胁人民的生命和财产安全。汶川大地震波及50万平方公里土地，受灾人口4624万，死亡人口（含失踪）近10万。[3]

（三）灾后疫情的特征分析

自然灾害发生后，排污系统破裂，极易出现破伤风杆菌及气性坏疽菌感染，后果严重。[4]灾后疫情成为次生灾害，这与自然灾害本身一样可以致命，严重影响灾区的救灾效率。

三、救援手段分析

（一）救援现场现存问题

黄金72小时内开展快速有效的生命救援是抗灾任务的核心内容之一。诸多自然灾难，灾后通讯信息、交通运输几乎中断，采用常规技术手段无法快速了解灾情信息。

（二）自然灾害的应对方式

目前，我国的灾后救援工作的开展主要有两种形式，一种是救援人员自身携带工具进入灾害现场，还有一种方式是使用大型工程机械进行救援作业。[5]二者在保障救援者安全和操作灵敏度等方面都有缺点，我们亟需研发一种在余震等突发状况下，能够完成一些基础辅助工作的救援机器人。

世界很多国家在抗灾机器人范畴内已经取得了丰硕的研究成果。图1是美国研究人员把“电子背包”固定在适应性极强的动物背部，用生物机器人区分求救声和一些无关紧要的声音。[6]通过声音捕捉器和扩音器的应用，为救援人员提供了及时的情报讯息。

图1

图2为波士顿动力公司研制的Spot机器人，室内外均可使用，特点是具有很好的稳定性，四个液压腿能够在不同路况保持身体平衡。

图2

（三）机器人在疫情防治中的应用现状

今年新冠肺炎在全球肆虐，而目前最普遍的方式是消防员通过手持较重的弥雾机或消毒喷雾剂进行工作，倘若操作不当，往往更容易造成操作者中毒。

四、抗灾抗疫机器人研发路线

基于以上面对自然灾害救援的现状和需求分析，本文围绕抗灾抗疫机器人具体功能需求，简述其设计研发路线。

（一）功能分析

1.防疫消毒

代替人力在地震灾区进行消毒工作，以及在发生类似新冠肺炎疫情时，对具有封闭性容易发生病毒扩散的区域进行消毒。

2.生命探测

用于在灾区进行生命迹象搜寻，在自动消毒的同时可以通过红外探测器、热成像技术等手段检测废墟中的呻吟声、体温的变化及心脏跳动的频率的信息，搜寻到生命信号后，利用计算机辅助控制，将现场环境的图像返回到救灾中心，从而帮助救援人员找到遇难者的位置。

3.多种行动方式

利用组件自动收纳与变形的方式增加行动方式，不局限于某一特定地形地势，遇到极端复杂的场合也可以通过变化底盘结构以保证平稳运行。

（二）外观设计

外观上趋向简约、科技感的风格，以及流线型的设计减小了机器在空气中移动时的阻力，速度感缓解了救援现场人员内心的焦虑情绪。在机器人两侧设置合理的消毒液喷射口，保证机器人在执行搜救任务时，不影响消毒工作的同步进行。中间位置设计一区域用于装备食物和水等应急物资。在适当位置安装显眼提示灯，用于反馈机器自身运行情况，并在检测到生存信号后及时发出提醒。

（三）材料应用

运用环保材料，考虑到机器人消耗能耗、灵活性等方面的需求，持续延长工作时间，在设计时要选取轻量化材料。例如选择易成型且质量较轻的铝材、拉伸强度高的碳纤维管等。

（四）结构设计

为提升实际救援的工作效率，救援机器人的底盘应采用特殊化的结构设计。消毒机器人从室内转为室外场景、医疗转换为救灾的过程中，同时转换成了稳固的动力铝轮、万向轮，机器人采用复合式底盘技术，从而灵活地应对恶劣的环境，在崎岖的道路中也可以自如地行走。

五、总结

在信息多元化的时代，新的工业设计模式在市场上不断出现，在“互联网+”的推动下，工业设计产业也发生新的变化，从而衍生出人工智能这一新兴领域，抗灾机器人的产生也是为了符合对社会责任感的追寻。