IEEE - 蛇形机器人：应急情况下人机合作的利器

　

 　蛇非常敏捷。它们可以靠着岩石、树枝和其他物理物体在陆地上移动。他们会游泳和攀爬。有些甚至可以在空中滑翔。

　　因此，在各种环境中都可以发现蛇：沙子和石头上，树上，海洋和淡水中，以及狭窄的通道中。而且，更加意想不到的是，它们可以包裹在树之类的物体周围。

　　蛇形机器人受到蛇类灵活行动能力的启发，被广泛用于探索地震区域、进行石油和天然气行业的检查、消防行动以及搜救活动。

　　介绍SNAKE COBOT
　　在紧急情况下，蛇形机器人可以配备传感器和专用设备。但它们的作用远远不止于此。与其将蛇形机器人视为工具或移动传感器载体，不如将其视为团队成员，尤其是在不可预测的环境中，如灾区和紧急情况下。
　　协作机器人，简称cobot，代表了人机团队（HRT，Human-Robot Teaming）的思想。这意味着人类和机器人要联合起来处理各自无法完成的任务。当考虑这种模式时，工作步骤是同时的，工作空间是共享的，工作任务是相互依赖的，身体接触是可能的。这代表着传统机器人的根本转变，传统机器人既不与人类共享空间，也不与人类分享力量。
　　蛇形机器人可以集成增强现实、数字孪生和人工智能等技术，以促进更有效的控制和驱动。
　　SNAKE COBOT如何在世界上航行
　　当蛇机器人通过推靠墙壁或其他外部物体（除平坦地面外的任何物体）在杂乱的环境中移动时，我们称之为障碍物辅助移动（OAL，obstacle-aided locomotion）。
　　但绘制和感知世界的能力至关重要。当机器人使用感知系统来利用其周围的操作空间时，我们称之为感知驱动的避障运动（POAL，perception-driven, obstacle-avoidance locomotion）。
　　实现POAL需要准确识别潜在的推动点，并准确施加移动机器人所需的力。用传统的刚性驱动机器人来实现这一点要求极高，因为它们不够灵活。
　　其中一种被称为Serpens的蛇形cobot被设计成具有成本效益、开源和高度灵活性。它使用一种名为“串联弹性致动器（series elastic actuator）”的技术来实现POAL，这在以前刚性机器人中是具有挑战性的。
　　如何使用SNAKE COBOT
　　在地震、事故、雪崩或爆炸之后，蛇形机器人可以与人类同行合作，增加营救人员的可能性。
　　蛇形机器人能够在充满障碍的环境中自如移动，与人类合作增加了营救被困者的可能性。它们可以为被困人员提供急救物资或药品，在与被困者或第一响应人员之间建立信任方面，蛇形机器人通过触觉反馈系统起到关键作用。
　　人们对蛇的反应
　　蛇形机器人制造商面临的一个问题是，获救的人是否想面对蛇形的东西。许多研究已经研究了人类如何看待机器人并对其做出反应，以及机器人应该如何与人互动。现有的技术可以评估人们在特定情况下的行为。蛇与人类互动的方式必须考虑几个因素。研究蛇形机器人如何接近一个人并通过非语言线索传达其意图是至关重要的。在紧急情况下，与严重依赖语言或言语的交流或其他形式的交流相比，非语言暗示可能更合适，压力更小。这些非语言提示可以通过不同的机器人步态或通过使用涉及听觉、视觉和触觉刺激的多模式反馈系统来实现。特别是，蛇形机器人可以通过使用触觉（如压力、振动或纹理）来传递关键的触觉信息，以改善机器人与潜在受害者之间或机器人与第一反应者之间的沟通和理解。这种触觉反馈可以帮助蛇形机器人和人们建立信任，提供指导，并在关键情况下促进成功的HRT。它们的出现在灾难现场有望为人类带来更多生存希望。IEEE学会高级会员Filippo Sanfilippo指出：“蛇形机器人的出现在灾难现场有望为人类带来更多生存希望。”