DARPA stuurt robots ondergronds om ze te leren levens te redden

Je wordt ondergronds wakker. Je bent uitgedroogd, je hoofd klopt en er zit een diepe snee op je voorhoofd die hevig bloedt. Misschien zit je vast in een grottenstelsel, gevangen in een smalle tunnel, met je armen naast je. Misschien zit u vast in een regenafvoer die langzaam volloopt met water. Of mogelijk is het een mijnschacht waar de stroom is uitgevallen, waardoor je in een angstaanjagende pikdonker terechtkomt. Dan hoor je iets. Het is maar vaag, maar je weet wat het betekent: er is hulp onderweg. Alleen is het niet van een menselijk reddingsteam. Uit de rommelende geluiden in de verte lijkt het erop dat het zoek- en reddingsteam de robots stuurt. Je gevoel van opluchting maakt onmiddellijk plaats voor een gevoel van angst. Nu de tijd dringt, en misschien maar één kans om dit goed te doen, bid je dat de robot die ze hebben uitgekozen de klus aankan.

Deze nachtmerrie van een scenario is er een die je hopelijk nooit zal overkomen. Maar het is er een waar DARPA, het Defense Advanced Research Projects Agency van de Verenigde Staten, wanhopig een antwoord op probeert te vinden. En ze hebben twee miljoen dollar gereserveerd voor iedereen die hen kan helpen.

Om erachter te komen hoe de perfecte ondergrondse reddingsrobot eruit zou moeten zien, heeft DARPA een wedstrijd georganiseerd, de nieuwste in zijn reeks Grand Challenges. Genaamd de Ondergrondse (of “SubT”) uitdaging, deze wedstrijd – die loopt tot en met 2021 – heeft tot doel het beste te ontdekken dat de roboticawereld te bieden heeft op het gebied van reddingsbots. De wedstrijd staat open voor iedereen, van gevestigde robotica-onderzoekers tot wat DARPA-projectmanager Dr. Timothy Chung noemt als zelf gefinancierde ‘knutselaars’ van over de hele wereld. Het enige dat je nodig hebt om kans te maken op de zevencijferige prijs, is dat je een robot hebt gemaakt die in staat is om in kaart te brengen, navigeer en doorzoek een verscheidenheid aan complexe ondergrondse omgevingen tijdens tijdgevoelige gevechtsoperaties of rampenbestrijding scenario's. Verder zijn er geen vaste richtlijnen over hoe deze robots eruit moeten zien.

De oproep voor deelnemers heeft geresulteerd in een enorme vloedgolf aan belangstelling en inzendingen. Deze variëren van lopende viervoetige robots zoals de vierpotige ELKE robot Digital Trends heeft uitgebreid aandacht besteed aan vliegende robots die gebruik maken van lidar, de stuiterende lasertechnologie die zelfrijdende auto’s helpt ‘zien’. Onlangs zijn de creaties van elf van de beste internationale roboticateams ondergronds gegaan om op de proef te worden gesteld in de meest uitdagende omgevingen.

Het oplossen van de grote problemen

Voor een organisatie waarvan de naam beelden oproept van schimmige overheidsgeheimen, zijn de Grand Challenges van DARPA verrassend openbaar. En dat is precies het punt. Sinds 2004 organiseert DARPA elk jaar soortgelijke wedstrijden, met als doel makers over de hele wereld een kans te geven wereld een duwtje in de rug geven, zowel financieel als inspirerend, in de richting waarin zij hopen dat de technologie zich zal ontwikkelen in. De aangeboden prijzen zijn in wezen sponsorovereenkomsten voor onderzoek met een hoge opbrengst, die de kloof overbruggen tussen fundamenteel onderzoek en instrumenten voor potentiële militaire toepassingen.

De Grote Uitdagingen kunnen raar lijken; net zoals DARPA's werk in andere vreemde onderzoeksonderwerpen, zoals zelfsturende kogels en cyborg-insectenspionnen. Maar vaak lijken ze alleen zo omdat het gebied dat ze verkennen zo nieuw is. In 2004 beloofde DARPA bijvoorbeeld een prijs van 1 miljoen dollar voor iedereen die een auto kon bouwen die zelf een route van 230 kilometer door de Mojave-woestijn kon rijden. Het ‘winnende’ team legde in enkele uren minder dan 13 kilometer af voordat het in brand vloog en huiverend tot stilstand kwam. Datzelfde jaar lanceerden de MIT- en Harvard-economen Frank Levy en Richard Murnane gebruikte zelfrijdende auto’s als voorbeeld van een taak die machines vanwege de complexiteit ervan waarschijnlijk nooit onder de knie zouden krijgen. Anderhalf jaar later weten we anders. DARPA’s Grand Challenge hielp bij het uitstippelen van een visie voor autonome voertuigen, dat nu vruchten afwerpt.

“Een van de dingen waar DARPA altijd in geïnteresseerd is, is het identificeren van baanbrekende innovaties”, legt Chung uit. “Soms gebeurt dat buiten de traditionele trajecten, en moeten we zoeken naar [manieren om] de opening te openen waar die innovaties kunnen ontstaan. Deze Grand Challenges zijn echt fantastisch omdat je een heel gedurfd probleem kunt voorleggen en het vervolgens voor de wereld kunt openstellen. Het is een manier om opwinding te creëren [en ook om mensen te inspireren die traditioneel misschien niet naar voren komen om [mogelijke oplossingen] naar voren te brengen.’

De SubT Challenge klinkt net zo gedurfd. Op dit moment lijkt het idee om een ​​robot naar een rampgebied te sturen, in plaats van een eerstehulpverlener van vlees en bloed, misschien onwaarschijnlijk. Ik ben het aantal keren dat robotica-onderzoekers deden uit het oog verloren beschrijven “zoek-en-reddings”-toepassingen als de uiteindelijke rechtvaardiging voor grensverleggend onderzoek zonder onmiddellijke toepasbaarheid.

Maar er zijn goede redenen om aan te nemen dat robots op deze manier kunnen worden gebruikt. De afgelopen jaren is een laserschietende slangenrobot is gebruikt om een ​​kerncentrale in Europa te helpen ontmantelen, zo heeft het Amerikaanse leger onderzocht 3.000 schorpioenrobots die klaar zijn voor het slagveld voor het opruimen van bommen, en er werden drones en een robot genaamd Colossus ingezet helpen bij het bestrijden van een enorme brand in de Notre Dame kathedraal in Parijs. In al deze gevallen waren robots de eerste stap. Net zoveel als mensen zich zorgen maken machines die menselijke banen stelenElk van deze vertegenwoordigt een situatie waarin mensen hun veiligheid of zelfs hun leven op het spel zetten door zich in gevaarlijke scenario’s te begeven.

“We willen geen robots sturen alleen maar omwille van de robot”, zegt Chung. “Integendeel, er is informatie die ze kunnen verstrekken en verzamelen, zonder dat mensen in gevaar hoeven te komen.” Hier ziet hij dat de SubT Challenge echt bijdraagt.

“In principe zijn we geïnteresseerd in het helpen in die situaties waarin we, als er enige manier is, de hoeveelheid hulp kunnen verminderen blootstelling van mensen aan risico’s in deze gevaarlijke omgevingen, daar kan een bijdrage aan worden geleverd”, zegt hij voortgezet. “In zoek- en reddingsscenario’s kunnen robots, zelfs als het simpelweg mensen buitenhoudt terwijl er informatie moet worden verzameld, worden ingezonden] om die eerste blik te genereren: waar er gevaren zijn, waar frisse lucht is, waar structurele instabiliteit. Al die informatie helpt menselijke hulpverleners om effectiever te reageren.”

Ondergronds gaan

De SubT Challenge heeft zojuist de eerste fase afgerond. DARPA vond plaats gedurende een vierdaags traject in augustus in een ter ziele gegane mijnsysteem in Pittsburgh, Pennsylvania, en creëerde een gesimuleerd rampscenario om de nieuwe robots op de proef te stellen. Chung beschreef het als een ‘gedurfde ondergrondse speurtocht’ waarbij de robots door een groot mijnsysteem moesten reizen, bevolkt door objecten zoals thermische mannequins die overlevenden vertegenwoordigden. De robots die deelnamen, waren onder meer 20 onbemande luchtvoertuigen, 64 grondrobots en een autonome blimp-robot genaamd Duckiefloat.

“Het idee is dat teams van robots nieuwe wegen moeten bewandelen, overwinnen en soms moeten identificeren om die artefacten te vinden,” zei hij. “Voor elk artefact dat wordt gevonden, scoren ze een punt. De teams die binnen de gestelde tijd de meeste punten scoren, zijn de winnaars van de competitie.”

Het was een lastige uitdaging. “De robotteams begonnen bij één ingang, en dat was eigenlijk alle informatie die ze hadden over de hele mijn”, legde hij uit. “Deze waren voor hen onbekend. We hebben ze vooraf geen informatie of kaarten verstrekt.”

De winnende groep bij deze gelegenheid was Team Explorer, een samenwerking tussen Carnegie Mellon en Oregon State University. De robots van het team konden 25 van de 40 artefacten ontdekken onder zware omstandigheden, waaronder veel water en modder. Team Explorer ontwierp en bouwde twee grondvoertuigen en twee drones die speciaal waren gemaakt om in mijnen te opereren. Een andere groep die goed presteerde was Team CoSTAR, een krachtige ploeg bestaande uit NASA's Jet Propulsion Laboratory, MIT, Caltech en diverse anderen. Uiteindelijk konden de robots van CoSTAR 11 van de 40 artefacten ontdekken: niet bepaald een schone lei, maar ook geen slechte vertoning.

Dit is nog lang niet het einde van de competitie. In februari 2020 vindt de volgende SubT Challenge plaats op een zogenaamd Urban Circuit. “Je kunt je voorstellen dat dit van alles is, van een metro-achtig doorgangsstation tot infrastructuur zoals stormafvoeren of rioleringen,” zei Chung. “Dit zijn allemaal soorten omgevingen die ondergrondse stedelijke omgevingen zijn waar zich een noodsituatie kan voordoen.” (Dit stadscircuit is wat DARPA plaatste onlangs een tweet voor, waarin toegang wordt gevraagd tot een “door de mens gemaakte ondergrondse omgeving die verschillende stadsblokken omvat” met een “complexe lay-out en meerdere verdiepingen, inclusief atria, tunnels en trappenhuizen.”)

Daarna volgt in augustus 2020 een Grottencircuit, waarin deelnemende robots te maken krijgen met de onvoorspelbaarheid van natuurlijke ondergrondse omgevingen. De competitie wordt in augustus 2021 afgesloten met een “Final Event” waarin alle drie de subdomeinen in één gigantisch nummer worden samengebracht. De winnaar ontvangt vervolgens het prijzengeld van $ 2 miljoen.

“Een van de leuke onderdelen van de SubT Challenge is dat het feit dat één oplossing goed werkt op één circuit, niet noodzakelijkerwijs betekent dat deze het ook goed zal doen in toekomstige circuits”, aldus Chung. “Dat komt omdat de diversiteit van de omgevingen zich leent voor potentieel heel verschillende oplossingen. Op het Stedelijk Circuit kunnen we bijvoorbeeld veel meer verticaliteit verwachten, waarbij alleen het zijn van een grondrobot misschien niet voldoende is. In het Grottencircuit zullen er [intussen] veel onregelmatigheden zijn vanwege de creativiteit van moeder natuur.

Klinkt het leuk? Zeker weten! Is het een enorme technische uitdaging die moet worden overwonnen? Absoluut! Maar zou het waardevolle onderzoek dat uit dit project voortkomt op een dag gebruikt kunnen worden om mensenlevens te redden? Dat is waar iedereen op rekent.

Aanbevelingen van de redactie

• Maak kennis met de Xenobots: levende, biologische machines die een revolutie teweeg kunnen brengen in de robotica
• Goed in StarCraft? DARPA wil militaire robots trainen met jouw hersengolven
• NASA wil jouw hulp bij het ontwikkelen van autonome robots om andere werelden te verkennen
• Een instortende ‘robot’ kan je op Black Friday een parkeerplaats besparen
• Moxi, de ‘vriendelijke’ ziekenhuisrobot, wil verpleegkundigen helpen, niet vervangen