设计机器人来帮助灾难外文翻译资料

 2022-08-17 02:08

附录B 外文原文

Designing robots to help in a disaster

Dennis Hong first spied Japanrsquo;s ruined nuclear power plant from a bus wrapped in plastic.

A hefty layer of protection guarded the seats, floors and handles from radioactive dust. Hong wore a face mask and gloves to limit his own exposure. Like the other passengers, he had dressed in old clothes that he was willing to toss after the trip.

More than three years earlier, after an earthquake and tsunamis battered Japanrsquo;s eastern coast, the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station blew, blasting radiation into the sea and sky. Today, villages outside the plant still lie as barren as ghost towns. Soccer balls and notebooks rest untouched in abandoned schools; hushed houses sit deserted. Along the coast, smashed buildings, flipped cars and train tracks twisted like taffy stand as reminders of the catastrophe.

“Itrsquo;s like a disaster site frozen in time,” Hong says. “Itrsquo;s surreal.”

Workers toiled day and night to save the plant, but they had to get out as radiation levels rose. Even in disaster areas not tainted with radiation, picking through the shambles of destroyed buildings is treacherous: People need to dodge shards of glass and metal and duck clouds of smoke and dust.

Ideally, robots could take over for human crews. But seemingly simple tasks, such as walking, communicating and staying powered up, still pose big challenges for machines.

Hong, a UCLA roboticist, is one of several engineers racing to make robots that can come to the rescue in disasters. He and others from academia, industry, NASArsquo;s Jet Propulsion Lab and the Department of Defense research agency known as DARPA traveled to Fukushima this spring to see what they were up against. “The take-home message was, lsquo;Wow, itrsquo;s damn difficult,rsquo;thinsp;” Hong says.

Engineers have built impressive-looking humanlike bots that can play trumpet and even compete against each other in slow-moving soccer games. But machines that can actually do the work of humans in disaster zonesthinsp;—thinsp;climbing over rubble, digging through debris for survivors, opening doors and valvesthinsp;—thinsp;donrsquo;t exist.

So DARPA kicked off a contest to create robots that someday could do the job. In 2012, the agency announced the DARPA Robotics Challenge, a competition designed to push disaster robotics technology miles past where it is today. A year ago, 17 robotic contenders, including Hongrsquo;s man-shaped machine, THOR-OP, tackled a rugged obstacle course to try to gain a spot in the finals, to be held in June 2015.

Gill Pratt, a DARPA program manager, knows that researchers might take years to develop robots that could have saved the power plant. But he thinks the competition — with its motley crew of robotics engineers and their rowdy fans — is a good place to start.

On the scene

In the last decade or so, disaster-response robots havenrsquo;t changed much. When the World Trade Center collapsed in 2001, engineers deployed a handful of lightweight bots to burrow through the rubble.

“These guys went into spaces where the first responders couldnrsquo;t go,” remembers Robin Murphy, a field roboticist at Texas Aamp;M University in College Station. Because 110 floors of concrete and steel crumpled down into dense stacks of dust and debris, she says, ground-penetrating radar couldnrsquo;t see through the rubble, and search-and-rescue dogs had trouble sniffing out survivors.

The robots, roughly shoebox-sized tanks, offered a new way for rescue teams to take a look. Murphy considers the roving machines a success: A few tunneled deep within the wreckage and withstood extreme heat to find 10 sets of human remains. But the robots didnrsquo;t locate any survivors, and they ran into a slew of technical snags.

One robot slipped its tread and had to be pulled from the rubble and repaired. Another got wedged in a gap, stalled until rescuers could tug it out by its safety tether. A third robot lost communication, broke its tether, and was never seen again.

Machines at Fukushima faced similar problems. In the days following the earthquake, researchers from around the world sent ground-based and aerial robots to Japan to try to get to spots where humans couldnrsquo;t safely travel. DARPA sent all it had, Pratt remembers. But training power plant personnel to use the robots took time. And once inside the plant, muddy stairs, tight stair landings and a severed communication cable thwarted the machinesrsquo; progress.

“We did everything we could, and it still wasnrsquo;t good enough,” Pratt says.

The power plant survived the first hit: an earthquake that thundered beneath the Pacific Ocean on the afternoon of March 11, 2011. The magnitude 9.0 quake, one of the most powerful in Japanrsquo;s history, hit about 180 kilometers from the Fukushima-Daiichi site — more than the distance from Philadelphia to Baltimore. And the power plant had been built to withstand vigorous shakes.

The quake cut off power, but the reactors shut down automatically as planned and backup generators kicked in to prevent overheating. Less than an hour after the earthquake struck, however, a series of tsunamis roared down upon the plant. One wave towered up to 15 meters high, about three times the height of the tsunamis that Fukushimarsquo;s buildings had been designed to block.

Seawater flooded in, wrecking equipment and sparking electrical failures in the backup generators. With no power to chill the reactors, water in the cooling systems boiled away. Steam built up, temperatures ticked higher and hydrogen gas collected inside the reactor buildings. Plant workers tried to open valves to release pressure, but radiation levels had climbed too high for people to safely endure. They werenrsquo;t able to vent the gas soon enough to stop the explosions. A day after the tsunamis, the plantrsquo;s first reactor blew. Over the next three days, two

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附录A 译文

设计机器人来帮助灾难

丹尼斯bull;洪首先从包裹在塑料总线窥探日本毁了核电站。

巨大的保护层保护着座椅，地板和手柄免受放射性尘埃。洪戴着口罩和手套，以限制自己的暴露。像其他乘客，在行程后他已经穿着他乐意折腾的旧衣服。

三年多前，在地震和海啸重创日本的东海岸后，福岛第一核电站爆炸，爆炸辐射进入大海和天空。如今，村庄外的工厂仍然像荒芜的鬼城存在着。足球和笔记本静静地躺在废弃的学校;寂静的房子坐落在冷清中。沿着海岸，倒塌的建筑，翻转汽车和扭曲像乳脂糖的火车铁轨作为灾难的警示。

洪说：“这就像一场灾难冻结了时间，” “这是超现实的”。

工人辛苦日夜保存工厂，但他们必须出去同时辐射水平就上升。即使在没有沾染辐射的灾区，通过挑选摧毁的建筑物的废墟是不可信的：人们需要躲闪玻璃碎片、金属和乌黑的烟和灰尘。

理想情况下，机器人可以接管人类的船员。但看似简单的任务，如散步，沟通和保持通电，对机器来说仍然展现出巨大的挑战。

洪，一个加州大学洛杉矶分校机器人专家，是几个竞争生产在灾难中能营救的机器人的一些工程师中的一个。他和其他一些工程师来自学术界，产业界，美国航空航天局喷气推进实验室和被誉为美国国防部研究计划局的研究机构前往福岛这个活力的地方，看看有什么可以让它再次苏醒。洪说“带回来的消息是，哇，这非常的困难，”。

工程师们建立冠冕堂皇像人一样的机器人，它们可以吹小号，甚至相互竞争的移动缓慢的足球比赛。但是在灾难区机器实际上可以做人类的工作是不存在的—— 攀爬瓦砾，在碎片中挖掘幸存者，打开门和阀门。

所以，美国国防部高级研究计划局拉开比赛序幕希望创造的机器人有一天可以做这样的工作。在2012年，该机构公布了美国国防部高级研究计划局机器人挑战赛将在2015年6月举行，一个旨在推动灾难机器人技术大面积超过今天技术的比赛。一年前，17机器人的竞争者，包括洪的人型机器——THOR-OP，攻克了坚固的障碍训练场来试图在总决赛获得一个好的位置。

吉尔bull;普拉特，一个美国国防部高级研究计划局项目经理表示，研究人员可能需要多年时间才能开发出可以挽救电厂的机器人。但他认为大批的机器人工程师和他们的粗暴球迷船员的比赛是一个良好的开端。

现场

在过去的十年左右，救灾机器人并没有太大的改变。当世界贸易中心于2001年倒塌，工程师部署了一把轻巧的机器人来挖洞穿过瓦砾。

德克萨斯农机大学学院站的现场机器人专家罗宾bull;墨菲回想起“这些家伙走进空间，其中第一反应不能去”。由于110层混凝土和钢材皱成密集成堆的灰尘和杂物，她说：“探地雷达无法透过瓦砾搜索并且救援犬嗅探出幸存者遇到了麻烦”。

大约鞋盒大小的油箱的机器人，可提供一个新的方法给救援队来搜寻。墨菲认为，这是不固定的机械装置的成功：一些被碎片深埋和经受极端高温的几个隧道找到10具遗体。但机器人没有找到任何幸存者，他们遇到了技术困难。

一个机器人下滑了下去，不得不被从废墟中拉下和修复。另一个被夹在一个缝隙中停顿，直到救援人员能通过其安全系绳拉扯它。第三个机器人失去通信，打破了控制，并再也没有见过。

普拉特回忆道，在福岛的机器装置也面临类似的问题。在地震发生后的日子里，来自世界各地的研究人员派出地面和空中机器人到日本，试图找出让人类无法安全地出行斑点的地方。 美国国防部高级研究计划局发出了它所全部拥有的。但培训电厂人员使用机器人需要时间。而一旦进入工厂，泥泞的楼梯，紧的楼梯通道和切断通信的电缆都挫败了机器的进展。

普拉特说：“我们所做了我们可以做的一切，但是它仍然是不够好”。

该发电站从第一次受打击中已经幸存了下来：即在2011年3月11日太平洋上空打雷下的一个地震， 级别为9.0级的地震，在日本历史上最强大的的地震，袭击了大约180公里外的福岛第一核电站——其距离比从费城到巴尔的摩的距离还远。并且核电厂建造了能承受剧烈震动。

地震切断电源，但反应堆自动关闭的规划和备用发电机，以防止经济过热。地震发生后不到一个小时，然而，一系列海啸扑向了工厂。一个波浪波耸立高达15米的高，大约福岛的已被设计为阻止海啸建筑物的三倍的高度。

海水涌了进来，破坏设备，引发了备用发电机的电气故障。没有动力去冷却反应堆，在冷却系统中的水被烧干了。蒸汽建起来了，气温升高同时在反应堆厂房内氢气浓度变高。工厂的工人试图打开阀门，释放压力，但辐射水平已攀升超过了人安全忍受范围。他们不能很快地泄了气体停止爆炸。海啸后的一天，该厂的第一反应器引爆。在接下来的三天里，另外两个反应堆也发生爆炸了。

普拉特说：“理想情况下，工厂的工人将发送机器人去打开阀门以防止爆炸”。但去到日本的机器人没有及时地进入工厂里，可能是因为任务不够强。

相去甚远C-3PO

几年前，日本一个以其先进的机器人技术被熟知的国家实际上已开发的机器人被用于应对核紧急情况。在1999年的一个电厂事故之后，工程师创造了6大移动机器人开门，转阀，搬重物，甚至清理辐射。但这些机器人都不能维持足够好用于福岛核电站。甚至即使他们被涂油并且准备走了，在200多公斤下——约一个雌性北极熊的重量，他们可能已经因为太重而不能用，工程师永谷圭司和他的同事在2013年的《现场机器人》杂志中报道了这些。

设计专为处理炸药的较小的机器人，是第一个把它送进福岛的反应堆现场的，在地震发生后的一个月左右。新高度，重量轻，易于被士兵背着的机器人叫做PackBot，使用拖拉自己上面的颠簸的草皮。安装有一个夹持爪的瘦手臂和一个摄像头可以让机器人把握和观看。

工程师蒂姆培训师及PackBot公司的副总裁说：“数以千计的这类机器人开发了超过十年前，并在倒塌的双塔时，曾与军队和警察，以检测爆炸物。在福岛地震后的日子里，生产了PackBot的公司——iRobot公司，赶紧增加辐射和化学传感器到机器人，并将它们发送海外。”

该传感器派上了用场：工厂的工人用他们指出在工厂里哪些地方人类可以安全地探索里面。但通过黑暗的厂房操纵机器人是有时是不可能的。虽然该机器可以打开门，机器人的操作者必须操作两个PackBots去完成任务：一个转动手柄和第二首先瞄准其照相机。更重要的是，机器人挣扎着爬着工厂的光滑金属楼梯。

墨菲解释说：“在PackBot未能补回来的几阶台阶后，工人向里面送了几个日本版的机器人，一个看上去不那么坚固的机器人叫做木瓜。但木瓜无法适应比这座建筑蓝图小的楼梯平台。机器人的笨重的身体容易被卡住。木瓜也容易咬住它的系绳，使它被困一个人也救不了它的地方。

宾夕法尼亚州机器人专家马克说：“在机器人技术领域鉴于日本的头把交椅，该国缺乏通用性，可用救援机器人在现场使人感到惊讶。” 他说：“不仅日本有简单的地面巡回机器人像木瓜，而且在这个星球上国家有比其他任何人更多的人形机器。”不幸的是，这些初出茅庐的小玩意儿都没有准备好离开实验室。对于某些人形机器人，只是把它稍微对面不平的地面适应性做得更复杂。

Yim说“人们看到一个人形机器人，他们认为它可以做任何一个人能做到的”。 “在现实中，它可以做的很少。”

洪说：“不过，一些类型的限制，人杂交的机器人可能是解决在城市地区问题的关键，在那里的楼梯被设计为人类的腿易于登的和人类的双手易于打开的门。采用人性形状，甚至可以让机器人使用工具”。

洪说：“在灾难现场，那儿有推土机，挖掘机，电动工具——所有这些巨大的设备，人们使用它们开展救援任务”。 “因此，很自然的很多人认为机器人需要在一个人的形式上。”

并且在美国国防部高级研究计划局的机器人挑战试验中，大多数的竞争者当中是这样的。但这些机器人都没有任何地方接近C-3PO-或终结者式的机器。现今国家的最先进的人类型机器人刚刚开始走出实验室，他们正处于婴儿的阶段。

机器人之战

即使在最简单的任务看着救灾机器人胜利 ——或以失败告终可以惊心动魄。去年十二月，数千名欢呼的观众络绎不绝到达佛罗里达州赛马场看到高科技的机器在行走、混合泳的试验。通过一系列任务，这些机器人笨重地蹒跚前进。其中包括打开门，走在碎石上和旋转阀。这就是救灾机器人的特征，在那里得到一个机器人的简单行为去将工具放在桌子上仍然被认为是轻浮的。

每个机器人的研究小组建立了设备在全国汽车比赛协会赛事中维修人员使用的库。而工程师直接负责30分钟的任务时人们在看台上的注意力渐渐下降。

佛罗里达研究所人机认知在彭萨科拉的软件工程师道格·斯蒂芬说：“很多这些任务，一个人可以完成在一分钟或者更少”。 “但对于一个机器人难以置信的事情我们认为是理所当然的。”并找出如何建立一个机器人，可以完成所有这些任务的航行，而不是设计一个专门的开门者或阀门甚至更难的机器人。

这次比赛甚至可能已经开始获得回报。在实验中团队将遇到的人型机器人麻烦分成行走、用电量，把握工具。他们已经创造了一群机器人，可以在一天做了一些很好的事情在一场灾难中。

谷歌已经收购了日本公司，建立了第一个位的终结者——SCHAFT，后来退出了比赛也把重点放在建立自己的产品。在去年的试验中谷歌拒绝评论有关SCHAFT，一个瘦长机器人膝盖可以弯曲向后，取得了令人印象深刻的满分32分的27分。

第二位的终结者得到20分，可能在双足机器人的道路上克服了巨大的挑战：运动。当涉及到的类人生物，墨菲说，“从历史上看，很多重点一直只是走，而且很多都是失败的”。

斯蒂芬说：“人类不仅仅是让它们的脚抬起或者放下”。人们调整它们的步伐，在路上飞驰，经过繁忙的路线编织，跨过人行道上的裂缝，并迅速跌倒后重新平衡自己。他们使大多数这些在现场具有自我意识的调整。

斯蒂芬说：“但是，机器人没有大脑自身，所以我们要告诉它如何做事。捕捉一触即发的调整和人体步态棘手的问题。”对于美国国防部高级研究计划局机器人挑战赛，他和他的同事设计的软件可以帮助机器人“想”自己的脚。

名为阿特拉斯的重型机器人，这是由波士顿动力公司研制出来的，该公司最近也被谷歌收购，彭萨科拉团队通过在崎岖的地形试验任务战罢。这个机器怪物，鼓鼓的黑丝和银色的骨架，身高和阿诺施瓦辛格一样高，体重超过他是动作英雄时的体重。“阿特拉斯的目的是要挨打，”斯蒂芬说。 “它基本上看起来像一个巨大的防滚架。”

在试验中，他们的机器人征服涉及远足了一个斜坡，上台阶和横越过混乱的煤渣块的任务。 “这是我们的大事件，”斯蒂芬说。一大群人为机器人采摘通过一步一步越有活力没有失败的课程而欢呼。

其他的团队以一个很少像人一样的方式处理走的问题。工程师布雷特·肯尼迪和他的同事在美国航空航天局喷气推进实验室的加利福尼亚州帕萨迪纳，为机器人建造和开发的软件命名为RoboSimian。短而圆润，拥有一个无头的身体和四个相同的四肢，轻盈的小机器人是Atlas的对立面。代替两条腿走路的方式，RoboSimian坐在回其臀部并且疾驰在两车轮后。或匍匐而行。

绕过需要用两条腿平衡节省RoboSimian电源。在灾难中，机器人可能自己停放在其四肢，集刹车和靠很少的从电池中受到人类的命令发送的能量。 “这是一个非常有耐心的机器人，”肯尼迪说。

耐心是一种美德救援机器人，当在灾难现场工作时不需要总是依靠电源线。

查找非人的方式来解决问题，甚至可能给类人型机器人的两全其美。丹尼斯·洪的机器人，THOR-OP，它看起来像一个更精简，更友好的阿特拉斯，能够把一个阀门的试验“在一个试验中的任务由旋转的手腕，而不是转向轮交接给像人类一样的手。洪九月在芝加哥的IEEE/ RSJ国际会议智能机器人与系统上介绍了他的研究，随着一个新的工作的开始——不那么笨重的机器人与弹性人造肌肉。

在试验中，洪的队以第九名的成绩，只是一个点惊险晋级到决赛。洪的团队很幸运，当谷歌的SCHAFT退出了竞争后并获得了晋级。 美国国防部高级研究计划局希望更多的队伍参加总决赛中，包括一些由欧洲联盟，日本和韩国主办的。

虽然该机构还没有发布关于六月份的总决赛很多细节，团队知道他们的机器人将不得不无电源线操作，而机器人和团队成员之间的通信链路切换和关闭，就像手机掉落通话，普拉特说。而不是尝试（或选择退出）的单个任务时，机器人的能量在接下来的一个小时内必须能通过几个任务。最好的队伍将获得200万美元的奖金。

工程师在总决赛竞争表现出即将到来的竞争，即使是最好的机器人可能不会为另一个福岛准备好。不过，肯尼迪说，“我认为我们将能够做的更好。” 范围的技术竞争激励可能会导致许多不同类型的灾害准备型机器人。

肯尼迪说：“有一天，将会真的有一个很酷的机器人，它可以做消防员所做的一切工作。破门而入，救宝宝，为了达到某一目的而竭尽全力”

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Designing robots to help in a disaster

Dennis Hong first spied Japanrsquo;s ruined nuclear power plant from a bus wrapped in plastic.

A hefty layer of protection guarded the seats, floors and handles from radioactive dust. Hong wore a face mask and gloves to limit his own exposure. Like the other passen

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