Equipos de Robots para actuaciones en búsqueda y rescate.

Por Jaime del Cerro.

Si bien es un dato muy complejo de cuantificar, según la última valoración incluida en el estudio publicado por la oficina de la ONU para la reducción de los riesgos en desastres (United Nation Office for Disaster Risk Reduction – UNISDR) realizado en 2015 [1], el impacto de los desastres naturales entre los años 2005 y 2014 supuso un coste aproximado de 1.4 trillones USD, afectando a 1700 millones de personas con un número estimado de 700.000 personas afectadas. Estos datos sirven para comprender la importancia de las misiones de búsqueda y rescate que se desarrollan tras un desastre natural.

En las misiones realizadas por los grupos de especialistas en búsqueda y rescate que trabajan en estos escenarios resulta crucial el factor tiempo, pues la probabilidad de encontrar con vida a las víctimas se reduce rápidamente con el paso de éste. Sin embargo, el trabajo de los rescatistas debería ser llevado a cabo en condiciones de máxima seguridad, aunque, en muchas de las situaciones, la falta de consolidación de las estructuras, posibles escapes de gases, radiaciones u otras situaciones hacen altamente peligroso el trabajo de las personas encargadas del rescate.

Este es el motivo principal por el que la robótica de campo o “Field Robotics” ha convertido en un foco prioritario el desarrollo de robots específicos para búsqueda y rescate, conocidos internacionalmente como robots  “SAR”  o “Search and Rescue” Robots.

Antecedentes históricos

Tal vez, la primera intervención robótica documentada en una tarea de inspección búsqueda y rescate tras un desastre, fue la llevada a cabo por los robots desarrollados por William “Red” Whittaker en el Field Robotics Center (Carnegie Mellon University) en el año 1979 [2], para inspeccionar el estado del reactor de la central nuclear de Three Mile Island tras el accidente sufrido.

Posteriormente se han documentado diferentes misiones de alta relevancia de los sistemas USAR (Urban Search and Rescue Robot) en las ruinas resultantes del ataque al World Trade Center de New York (2001) donde intervinieron hasta cuatro equipos robóticos. También se han utilizado drones y robots de tierra en el accidente nuclear de la central de Fukushima (2011) y tras los terremotos de Haiti (2010) o Nepal (2015). Otras actuaciones mas recientes y cercanas han estado protagonizadas por el uso de drones para la evaluación del avance de la lava en el volcán de la isla de la Palma (2021).

De acuerdo con Robin R. Murphy [3], directora y líder de equipo del centro mundial de referencia CRASAR (Center for Robot-Assisted Search and Rescue) de la Universidad de Texas A&M, con participación documentada en más once desastres mundiales, las misiones en las que pueden intervenir los robots de inspección, búsqueda y rescate pueden ser clasificadas como labores de inspección y reconocimiento (búsqueda en interiores o exteriores agrestes al objeto de localizar victimas o elementos potencialmente peligrosos, reconocimiento y mapeado para facilitar la posterior intervención de las brigadas de rescate, inspección del estado de las estructuras o repetidor de comunicaciones) o acciones de intervención sobre el entorno (retirada de escombros para facilitar el acceso posterior de las brigadas, búsqueda de vías de acceso a través de los escombros, asistencia médica de primeros auxilios, apuntalamiento de zonas dañadas en peligro de derrumbe, actuación sobre mecanismos como cierre de válvulas para evitar fugas o derrames peligrosos).

Estado del arte

Para realizar una revisión del estado del arte de los robots de búsqueda y rescate lo más práctico es tomar como referencia los robots participantes en el DARPA Robotics Challenge [4], en el que se realizan evaluaciones de diferentes aspectos robóticos como entrar, conducir y bajarse de un vehículo, desplazarse por terrenos no nivelados, subir y bajar escaleras, atravesar puertas e incluso sofocar un incendio. No es difícil encontrar imágenes y videos de robots de última generación en acción.

En este campo, predominan robots bioinspirados como el RoboSimian [5] del JPL (bioinspirado en una mona), robot de cuatro patas, teleoperado y con capacidad para moverse por entornos no nivelados. Puede también usar sus patas delanteras como brazos para actuar en los entornos de desastre mientras que se desplaza a alta velocidad con unas pequeñas ruedas cuando el terreno lo permite. Como robots humanoides (bioinspirado en un ser humano) destacan el robot SCHAFT [6], creado por una compañía japonesa adquirida por Google, y el prototipo de Virginia Tech,THOR (Tactical Hazardous Operations Robot) [7], un bípedo con 33 grados de libertad capaz de moverse sobre suelos de cemento, hierba, grava y arena y por terrenos no nivelados, como escombros, o subir y bajar escaleras, siendo el primer robot bípedo capaz de sofocar un incendio manejando una manguera. Como se puede intuir, estos robots tienen un altísimo coste económico y requieren de varios operadores para su manejo.

Todos estos robots, en su mayoría teleoperados, igualan o superan en algunas capacidades específicas, como en fuerza, a los brigadistas de rescate y están acercándose día a día a otras. Por ejemplo, el estado del arte en robótica móvil muestra soluciones de robots bípedos con una agilidad impresionante, como el robot Atlas de Boston Dynamics, capaz de realizar acrobacias propias de circuitos de Parkour [8] de forma autónoma.

Por otro lado, los robots no solo compiten con las habilidades de los humanos, pues no hay que olvidar que un elemento fundamental de los equipos de rescate en sus misiones de localización de victimas son los perros adiestrados. Reproducir la agilidad de movimientos de estos animales junto con su desarrollado sistema olfativo no es una labor trivial. Al igual que ocurre con los humanoides, la agilidad conseguida por los robots cuadrúpedos es muy elevada, como muestran también los desarrollos comerciales de robots como SPOT, de Boston Dynamics [9].

Por tanto, no cabe duda de que el aspecto que requiere mayor avance es la percepción, entendiendo ésta no como el mero hecho de disponer de sensores sino de interpretar adecuadamente la información que éstos proporcionan. A continuación, se va a realizar una breve reseña del estado del arte en lo relativo a los sentidos que son necesarios para un robot SAR, en especial el oído, el olfato y la vista.

En cuanto al sentido de la vista, existen cámaras de altísima resolución, no tan elevada como la del ojo humano (hay estudios que estiman que el ojo humano dispone de una resolución de 576 MegaPíxeles), pero que, con la ayuda de ópticas adecuadas, permiten a los robots obtener imágenes que no plantean ninguna limitación e incluso superan a la visión humana en rangos como los infrarrojos (que utilizan las cámaras térmicas para detectar la diferencia de temperatura entre las víctimas y el entorno) y permiten disponer de visión nocturna. No obstante, como se ha mencionado anteriormente, es la percepción (entender lo que se ve) donde están las limitaciones. En ese aspecto el desarrollo de técnicas como las redes neuronales convolucionales están resultando un gran avance en los últimos años.

En cuanto al sentido del oído, existen micrófonos con una altísima sensibilidad y se dispone en el mercado de sistemas de matrices de micrófonos que permiten detectar el origen 3D de fuentes sonoras con gran precisión, lo que permitiría detectar victimas que pidieran auxilio, si bien se plantean retos complejos de resolver como los ecos, sobre todo en interiores.

Sin duda, el sentido del olfato es el que más marca la diferencia entre las habilidades de los perros adiestrados y los robots. De hecho, existen sensores con una altísima sensibilidad capaces de detectar gases como el CO₂ que se acumula en las estancias donde se encuentran las víctimas, así como desarrollar modelos de propagación que persiguen encontrar víctimas a través de su rastro por la respiración. Estos sensores permiten también encontrar fuentes de escape de gases que deban ser clausuradas antes de que brigadistas humanos entren en acción.

Como se ha presentado, el estado de la técnica permite ser optimista en cuanto a los avances de los robots SAR, no obstante, en esta breve revisión no se ha tenido en cuenta una capacidad de los grupos de brigadistas que es fundamental, la capacidad de colaborar en tareas, lo que amplifica la fuerza y la capacidad sensorial del individuo.

Robots de búsqueda y rescate en la UPM

El grupo de investigación de Robótica y Cibernética de la UPM lleva varios años trabajando en otra filosofía de robots para labores de búsqueda y rescate. Su objetivo es el desarrollo de robots mucho más simples y económicos que los que se han presentado anteriormente, pero que, trabajando de forma colaborativa, permiten realizar actuaciones de búsqueda y reconocimiento de victimas en entornos de desastre.

En la actualidad, su labor se desarrolla en el contexto de un proyecto, TASAR (Team of Advanced Search And Rescue Robots), financiado en el marco de los programas estatales de generación de conocimiento y fortalecimiento científicos y tecnológicos del sistema I+D+I orientado a los retos de la sociedad. Los avances más significativos obtenidos con este proyecto, se incluyen en el blog del mismo [10].

Entre las tareas más relevantes de investigación llevadas a cabo, destacan la colaboración de robots para superar obstáculos mediante la instalación autónoma de rampas y la instalación de robots de cables portátiles por medio de robots móviles que permiten una funcionalidad similar a la observada en las cámaras de los estadios para la retransmisión de imágenes, lo que permite superar grandes depresiones o evaluar con seguridad edificios que pueden colapsar.

La colaboración también se utiliza para mejorar la percepción, por ejemplo, mediante el uso de equipos de robots dotados de matrices de micrófonos para localizar víctimas que piden socorro de forma colaborativa, reduciendo así el efecto de los ecos o incluso el uso de sonómetros para detectar vibraciones producidas por golpes producidos por las victimas que solicitan auxilio.

Los pequeños robots, de coste mucho más reducido, pueden ser dotados de sensores de gases u otros de bajo coste, permitiendo una exploración segura a las brigadas rescatistas.

En definitiva, los robots de búsqueda y rescate son elementos que poco a poco se irán incluyendo en los equipamientos de las brigadas de rescate, de igual manera que estamos acostumbrados a ver robots para desactivación de explosivos, si bien se requiere aún mejorar en muchos aspectos.

Figura, Robots SAR del grupo de Robótica y Cibernética de la UPM

[1] The Economic and Human Impact of Disasters in the last 10 years. https://www.unisdr.org/files/42862_economichumanimpact20052014unisdr.pdf

[2] https://www.scientificamerican.com/article/three-mile-island-robots/

[3] Murphy R.R., Tadokoro S., Nardi D., Jacoff A., Fiorini P., Choset H., Erkmen A. M.. “Search and Rescue Robotics “. Handbook of Robotics, Springer. ISBN 978-3-540-30301-5.

[4] https://www.darpa.mil/program/darpa-robotics-challenge

[5] https://www.jpl.nasa.gov/robotics-at-jpl/robosimian

[6] https://news.fireequipmentmexico.com/conoce-a-schaft-el-ganador-del-concurso-de-darpa

[7] https://www.youtube.com/watch?v=L_HvQQjMSZI

[8] https://www.youtube.com/watch?v=tF4DML7FIWk

[9] https://www.youtube.com/watch?v=6Zbhvaac68Y

[10] https://blogs.upm.es/tasar/

Jaime del Cerro Giner es Profesor Contratado Doctor en el Departamento de Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial de la E.T.S.I. Industriales de la UPM. Su actividad investigadora se desarrolla en el Grupo de Investigación Robótica y Cibernética de la UPM y se centra en el desarrollo de sistemas multi-robot de campo, más concretamente se especializa en robots para agricultura y robots para labores de búsqueda y rescate.