機(jī)器人的設(shè)計(jì)靈感竟來自于蠶和樹根？

作為美國(guó)工業(yè)巨頭和美國(guó)最大的公司之一，通用電氣在廚房用具，醫(yī)療保健，照明，發(fā)電，機(jī)器人等領(lǐng)域均有涉足。近日據(jù)外媒報(bào)道，通用電氣又研發(fā)了一款快速隧道挖掘機(jī)器人。

這種隧道機(jī)器人的開發(fā)是美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）的“破壞者”項(xiàng)目的一部分，旨在開發(fā)更快、更有效的隧道挖掘方法，以支持關(guān)鍵軍事行動(dòng)。

設(shè)計(jì)靈感來自于蠶和樹根

機(jī)器人的設(shè)計(jì)靈感來自于蠶和樹根。通過模仿蠶（土蟲）快速的節(jié)奏運(yùn)動(dòng)，使機(jī)器人能夠快速和有效地挖掘出我們的隧道。模仿樹根的規(guī)模和能力，通過研究根如何生長(zhǎng)到地面，使機(jī)器人能夠產(chǎn)生更大的力量。

研究人員表示：事實(shí)證明，土蟲可能是地球上最多產(chǎn)的隧道制造者。樹根可以通過組織生長(zhǎng)產(chǎn)生高壓，穿透高度壓縮的土壤和軟巖石。他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)長(zhǎng)幾英尺的原型，用液壓人造肌肉模仿在土壤中移動(dòng)的土蟲的靈活性，并且樹根的力量穿透軟巖石。

土蟲依靠充滿液體的被稱為“靜水骨架”的肌肉結(jié)構(gòu)可以在底下活動(dòng)。當(dāng)它們移動(dòng)時(shí)，其結(jié)構(gòu)的某些部分徑向地?cái)U(kuò)展，以擴(kuò)大隧道，同時(shí)錨定蠕蟲，而其他部分則變長(zhǎng)，從而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)并進(jìn)一步滲透到土壤中。

隧道軟機(jī)器人由大塊部分組成，它們就像無脊椎動(dòng)物中充滿液體的“靜水骨架”。機(jī)器人的人造肌肉像真正的土蟲一樣運(yùn)動(dòng)，以推動(dòng)它前進(jìn)，而分段的設(shè)計(jì)也賦予它令人印象深刻的運(yùn)動(dòng)自由，并能夠機(jī)動(dòng)到難以到達(dá)的地方。

依靠強(qiáng)大的人造肌肉，機(jī)器人能夠根據(jù)土壤條件自適應(yīng)地改變其步態(tài)，使其具有多功能性。這種方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，機(jī)器人可以創(chuàng)建隧道，而無需將任何材料帶到表面，從而具有高效性和隱身性。但特里維迪說，設(shè)計(jì)一個(gè)強(qiáng)大的機(jī)器人，用武力移動(dòng)只是挑戰(zhàn)的一部分。另一種是使其能夠自主地在障礙物上導(dǎo)航，從而到達(dá)所需的目標(biāo)位置，而無需利用全球定位系統(tǒng)。由于機(jī)器人在地下工作，因此需要為機(jī)器人建立自主和傳感能力，使機(jī)器人能夠在正確的位置移動(dòng)和挖掘隧道。

（視頻以實(shí)際速度的 4 倍運(yùn)行）GE生物啟發(fā)的巨型土蟲隧道機(jī)器人的演示。顯示機(jī)器人在位于紐約州尼斯卡烏納的GE研究機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室設(shè)立的測(cè)試裝置中挖掘泥土。

據(jù)介紹，這項(xiàng)研究的近期重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn) DARPA 計(jì)劃推進(jìn)隧道技術(shù)的關(guān)鍵目標(biāo)。到項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，使機(jī)器人可以以每秒10厘米的速度移動(dòng)，并挖掘一條長(zhǎng)500米、直徑至少10厘米的隧道。

DARPA破壞者計(jì)劃的主要目標(biāo)是使地下隧道的快速建設(shè)能夠支持各種軍事戰(zhàn)場(chǎng)行動(dòng)。這些行動(dòng)可包括支助救援任務(wù)或迅速向前線再補(bǔ)給關(guān)鍵彈藥。該機(jī)器人項(xiàng)目是破壞者計(jì)劃資助的三個(gè)新項(xiàng)目之一，旨在展示機(jī)器人、傳感和其他組件技術(shù)中超越當(dāng)前商業(yè)鉆井能力的新能力的可行性。

應(yīng)用前景不限于軍事行動(dòng)

目前，這一項(xiàng)目已獲得美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）250萬美元的研發(fā)基金，以確保該項(xiàng)目的持續(xù)進(jìn)行。DARPA將其撥款作為“破壞者”項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目旨在開發(fā)能夠“快速構(gòu)建戰(zhàn)術(shù)隧道網(wǎng)絡(luò)”的技術(shù)，用于潛在的軍事應(yīng)用。破壞者計(jì)劃的目標(biāo)是證明快速構(gòu)建戰(zhàn)術(shù)隧道網(wǎng)絡(luò)的可行性，以實(shí)現(xiàn)安全、響應(yīng)的再補(bǔ)給。戰(zhàn)術(shù)隧道網(wǎng)絡(luò)可以提供安全的后勤支助基礎(chǔ)設(shè)施，例如在行動(dòng)前預(yù)先部署補(bǔ)給品，或在部隊(duì)通過某一地區(qū)時(shí)為其提供持續(xù)的補(bǔ)給?？焖巽@孔戰(zhàn)術(shù)隧道的能力可能有助于應(yīng)急行動(dòng)，如快速彈藥補(bǔ)給或救援任務(wù)。

除此之外，這項(xiàng)研究將在石油和天然氣勘探、公用事業(yè)、地質(zhì)、環(huán)境以及其他行業(yè)也將有廣泛的應(yīng)用前景。這不是機(jī)器人蠕蟲唯一可以使用的地方。研究人員還看到了更廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，包括為高速互聯(lián)網(wǎng)鋪設(shè)電源線和光纖電纜，或用于工業(yè)檢查和維修任務(wù)。Trivedi 說：“如果你曾經(jīng)在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電渦輪機(jī)的裂縫中查看過，我們看到了應(yīng)用軟機(jī)器人平臺(tái)來檢查這些大型復(fù)雜機(jī)器內(nèi)部，甚至進(jìn)行復(fù)雜維修的潛力。

GE 已經(jīng)開發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試了用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)檢查和修理的新型蛇狀機(jī)器人。這些高度靈活的機(jī)器人允許以不同長(zhǎng)度的尺度（從毫米到幾米）進(jìn)入密閉和雜亂的環(huán)境，從而能夠就地執(zhí)行許多維護(hù)操作，而無需昂貴的拆卸和重新組裝工業(yè)資產(chǎn)。