地下能源基礎設施的管線鋪設作為現代城市建設的關鍵方向，不僅能夠優化城市空間布局，還能提升城市運行效率和安全性。2025年初，南加利福尼亞州發生的嚴重野火再次引發了公眾對于通過地下鋪設能源管線以減少火災風險的關注。

為減輕災害威脅，加州公用事業公司多年來已投入大量資金實施電線地下化。太平洋燃氣與電力公司自2021年起，已安裝了超過1287公里的地下電線，據該公司估算，此舉在降低起火風險方面的有效率高達98%。同時，南加州愛迪生公司已將其40%的高風險配電線路埋入地下，而圣地亞哥燃氣與電力公司的區域配電系統中，有63%已轉為地下鋪設。

雖然地下鋪設基礎設施具有多重優勢，但其高昂的成本一直是廣泛應用的障礙。以電線線路鋪設為例，加州三大公用事業公司的估算顯示，架空基礎設施的電線線路適配成本每公里在39.4萬至47.2萬美元之間，傳輸線路則在62.1萬至683萬美元之間。相比之下，地下鋪設配電線路的成本每公里高達110萬至370萬美元（每英里180萬至600萬美元），成本高出數倍。

此外，傳統地下鋪設方法通常需開挖地面，這不僅會破壞道路和周邊環境，還會對交通造成顯著影響。同時，地下環境復雜，管線布局密集，人工操作難度大，存在損壞現有設施的風險。隨著城市化進程的加速，地下管線的需求持續增長。盡管已出現水平定向鉆井（HDD）等對地面侵入性較小的無溝渠技術，但這些技術需要專用設備，工作流程復雜，且存在損壞基礎設施的風險，其成本也遠高于傳統方法。

因此，開發一種能夠適應復雜地下環境、既高效又低成本的安裝技術，已成為行業迫切的需求。

▍受蠕蟲啟發，開發低破壞、高靈活仿生機器人

面對以上挑戰，美國能源部于2024年1月啟動了GOPHURRS項目，該項目為期三年，投入3400萬美元支持12個項目，旨在開發更高效、對地表影響最小的地下施工技術，以支持中壓電線。凱斯西儲大學在該項目的資金支持下，對應用于地面管線安裝的自推進式機器人套管進行了深入研究，并受蠕蟲通過身體的伸縮和扭動在土壤中自由穿行并對周圍環境破壞極小啟發，開發了一種仿生蠕蟲機器人。

據了解，該蠕蟲機器人設計靈感來源于自然界中的蚯蚓，通過交替擴展和收縮的段節來錨定和推進機器。通過采用模塊化設計，并為每個模塊都配備獨立的驅動系統，其模塊之間可實現協同運動，這使得機器人能夠像真正的蠕蟲一樣在地下穿行。這種靈活的驅動力不僅提高了精確度，還顯著降低了對周圍管道的潛在沖擊。傳統方法需要超過300米的大轉彎半徑，而凱斯研發的這款機器人僅需1.5米的轉彎半徑，便能靈活繞開現有的地下基礎設施。此外，機器人還配備了高精度的傳感器和導航系統，能夠實時感知周圍環境并調整運動軌跡。

與傳統HDD方法不同，凱斯西儲大學研發的鉆探概念利用孔道內的蠕動段節產生尖端所需的力。隨著孔道長度的增加，只有前端段節會挖得更深。該項目的共同負責人、凱斯大學生物啟發機器人實驗室的聯合主任凱瑟琳·達爾托里奧（KathrynDaltorio）副教授表示：“如果機器人遇到障礙物，操作員可以將其拉回并改變方向，在沿途挖掘，通過改變深度來完成電路。”

除了鉆探方式的革新，蠕動機器人還集成了導管安裝功能。在HDD中，鉆頭先穿過整個長度，然后再拉入電力導管。而凱斯西儲大學研發的蠕動機器人則在行進過程中鋪設導管，從而縮短了整體安裝時間。

▍全方位測試，考察機器人實際應用可能與效果

為了驗證該蠕蟲機器人的實際應用效果，研究團隊對其進行了全面的測試與驗證。

通過模擬不同類型的地下土壤環境，包括沙土、黏土和混合土壤等，研究團隊評估了機器人在不同土壤條件下的掘進能力和穩定性。測試結果顯示，蠕蟲機器人在各種土壤條件下均表現出色。其獨特的蠕動運動方式使得機器人能夠靈活地繞過障礙物，如現有的地下管道和巖石等。同時，機器人還能夠在掘進過程中保持穩定的姿態，避免因為土壤的不均勻性而導致偏航或側翻。

通過進行長時間的連續掘進測試，研究團隊就機器人的耐久性也進行了驗證。測試過程中，機器人連續工作了數小時，掘進距離達到了數十米。測試結束后，團隊對機器人進行了詳細的檢查，發現其各個部件均保持完好，沒有明顯的磨損或損壞。

除了掘進能力和穩定性外，研究團隊還重點關注了機器人在掘進過程中的振動和噪音問題，并使用專業的振動和噪音測量設備對機器人進行了實時監測。測試結果顯示，機器人在掘進過程中的振動和噪音水平均在可接受范圍內，不會對周圍的地下基礎設施造成損害。

實驗測試結果綜合表明蠕蟲機器人具備巨大應用潛力。也因此，研究團與奧本大學、紐約州立大學石溪分校、德克薩斯大學奧斯汀分校等多校建立了合作關系，后續他們將就機器人實際應用進行深入探索，嘗試通過使用仿生蠕蟲機器人實現地下工程建設成本與時間減半。