Bionic Snake Robot Design for Detection of Survivors under the Debris

Abstract

This study presents design and analysis of a bionic snake robot to access difficult-to-reach spaces in a disaster site, like a collapsed building in an earthquake or a building on fire, and search for survivors under the debris. Commonly, search and rescue teams try to detect the locations of survivors under the debris by detecting some signs of life such as smelling with trained dogs and environment listening with some technical devices. However, the complexity of the collapsed structures, the presence of new collapses possibility in the debris, and the stress to which the search and rescue personnel are exposed during this time are among the important factors that limit the successful execution of the operations. Although there is always a need for human support during rescue operations, it is seen that technological system support is required because human detection sensitivity is insufficient in detecting the survivors in the debris. In this study, the design and fabrication of a bionic snake robot, which is equipped with thermal image processing and gas detection, autonomous or manually controlled, and sized as 70 x 1170 x 80 is presented.

Keywords

• Earthquake
• Debris
• Dent
• Search and rescue
• Bionic robot
• Image processing

Göçük Altında Kalanların Tespiti için Biyonik Yılan Robot Tasarımı

Abstract

Bu çalışma, depremde çöken bir bina veya yanan bir bina gibi bir afet bölgesinde ulaşılması zor alanlara erişmek ve enkaz altında hayatta kalanları aramak için bir biyonik yılan robot tasarımı geliştirilmesi ve uygulama sonuçlarının analizi üzerinedir. Arama-kurtarma ekipleri, enkaz olaylarında yaygın olarak ortam dinleme ile birlikte eğitimli köpeklerle ses ve koku gibi ikazların tespitinde bulunarak enkaz altındaki canlıların konumlarını tespit etmeyi amaçlamaktadır. Ancak, çöken yapıların karmaşıklığı, molozda dar boşlukların bulunması, enkazda yeni çökmelerin meydana gelme olasılığı ve arama-kurtarma personelinin bu esnada maruz kaldığı stres vb. durumlar operasyonların başarılı şekilde gerçekleştirilmesini kısıtlayan önemli faktörler arasındadır. Kurtarma çalışmaları sırasında insan gücüne her daim ihtiyaç olmasına karşın enkazdaki canlıları tespit etmede canlıların duyuları algı duyarlılığı açısından yetersiz kalabilmekte ve dar alanlarda hareket kabiliyeti de sınırlı olmaktadır. İnsanlar tarafından girilmesi teknik olarak pek mümkün olmayan ya da daha tehlikeli olan enkazlar da otonom veya manuel olarak kontrol edilebilen sinüsoidal manevra kabiliyetine sahip, termal görüntü işleme ve gaz algılama özellikleriyle donatılmış 70 x 1170 x 80 mm boyutlarında bir biyonik yılan robot tasarımı ve prototip imalatı bu çalışmada sunulmuştur.

Keywords

• Deprem
• Enkaz
• göçük
• Arama-kurtarma
• Biyonik yılan robot
• Görüntü işleme

References

1. Anonim, 2022a. Multiwarn II-The Ultimate in Gas Detection, http://literature.puertoricosupplier.com/075/JN74477.pdf (Erişim Tarihi: 10.02.2022)
2. Anonim, 2022b. Continuous Wave Peristaltic Locomotion, Biologically Inspired Robotics, https://engineering.case.edu/groups/biorobots/continuous_wave_peristaltic_motion (Erişim Tarihi: 01.03.2022)
3. Anonim, 2022c. Robo Worm, Emamidesign, https://www.emamidesign.de/produktdesign-innovationen/roboter-robo-worm.html (Erişim Tarihi: 01.03.2022)
4. Anonim, 2022d. AMG88xx High Precision Infrared Array Sensor based on Advanced MEMS Technology. https://industrial.panasonic.com/cdbs/www-data/pdf/ADI8000/ADI8000C66.pdf (Erişim Tarihi: 10.02.2022)
5. Anonim, 2022e. Gas Sensor, https://www.winsen-sensor.com (Erişim Tarihi: 05.01.2022)
6. Anonim, 2022f. MG996R High Torque Metal Gear Dual Ball Bearing Servo. https://www.electronicoscaldas.com/datasheet/MG996R_Tower-Pro.pdf (Erişim Tarihi: 10.02.2022)
7. Anonim, 2022g. PCA9685 16-channel, 12-bit PWM Fm+I2C-bus LED controller https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/PCA9685.pdf (Erişim Tarihi: 05.02.2022)
8. Bar-Cohen Y., Biomimetics: Biologically Inspired Technologies, CRC Press, Taylor&Francis, California, USA, 2006.

9. Çalışan, M. Türkoğlu, I., “Termal Kamera Görüntülerinin İyileştirilmesi”, 7th International Advanced Technologies Symposium (IATS’13), 30 October-1 November 2013, Istanbul, Turkey
10. Firester, A., WormBot: Mimicking Earthworm Locomotion, J. Dawn. Res., 2019.
11. Firger J., How a Robot Worm Could Make Colonoscopies Fun (Really), Newsweek, (2021, 29 April). [Online]. Available: www.newsweek.com/2017/05/05/robot-worm-make-colonoscopies-fun-588982.html.
12. Guizzo E., HiBot Demos New Amphibious Snake Robot, IEEE Spectrum: Technology, Engineering, and Science News, 2013.
13. Hirose, S., Yamada H., Snake-like robots, IEEE Robotics & Automation Magazine, 16 (1), 88-98, 2009.
14. Huo R., Agapiou A., Bocos-Bintintan V., Brown L. J., Burns C., Creaser C. S., Devenport N. A., Gao-Lau B., Guallar-Hoyas C., Hildebrand L., Malkar A., Martin H. J., Moll V. H., Patel P., Ratiu A., Reynolds J. C., Sielemann S., Slodzynski R, Statheropoulos M., Turner M. A., Vautz W., Wright W. E., Thomas C. L. P., The trapped human experiment, Journal of Breath Research, 5, 2011.
15. Hutson M., Searching for Survivors of the Mexico Earthquake-with Snake Robots, www.sciencemag.org/news/2017/10/searching-survivors-mexico-earthquake-snake-robots (Erişim Tarihi: 01.03.2022)
16. Kılıçaslan A., Yılan tipi hareket mekanizması ve kontrolü, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Doktora Tezi, İstanbul, 2005.
17. Wang X., Zhang Q., Shen D., Chen J., A Novel Rescue Robot: Hybrid Soft and Rigid Structures for Narrow Space Searching, IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO), 2019.
18. Wiltz C., New Soft Actuator Creates Robots that Breathe, Design News, https://www.designnews.com/automation-motion-control/new-soft-actuator-creates-robots-breathe (Erişim Tarihi: 01.03.2022)
19. Zhao L., Sun G., Li W., Zhang H., The design of telescopic universal joint for earthquake rescue robot, Asia-Pacific Conference on Intelligent Robot Systems (ACIRS), 2016.