每一次地震、爆炸或建筑坍塌事故后，廢墟下的幸存者都在與時間賽跑。研究表明，災(zāi)后72小時內(nèi)的救援成功率高達94%，但傳統(tǒng)搜救手段往往因環(huán)境復(fù)雜而錯失黃金時間。急救人員通常需要徒手搬開混凝土塊、鋼筋和家具殘骸，不僅效率低下，還可能因余震或結(jié)構(gòu)松動遭遇二次傷害。

過去十年間，機器人技術(shù)逐漸滲透到搜救領(lǐng)域，但多數(shù)設(shè)備仍面臨“硬傷”——剛性金屬骨架的機器人無法擠入狹窄縫隙；輪式或履帶式結(jié)構(gòu)在瓦礫堆中寸步難行；而依靠攝像頭的探測桿則受限于視野盲區(qū)，難以構(gòu)建全局地圖。

此前在2016年，哈佛大學(xué)研究團隊曾受章魚觸手啟發(fā)，研發(fā)出全球首個全軟體機器人，掀起了一場“柔性革命”。這類機器人采用硅膠、織物或記憶合金等柔性材料，能像生物組織一樣彎曲、伸縮甚至自修復(fù)。在醫(yī)療、深海探測等領(lǐng)域初露鋒芒后，人們開始思考：能否讓軟體機器人成為穿透廢墟的“生命線”？

▍跨界碰撞：軍事科技如何融合仿生靈感？

針對這一問題，來自MIT林肯實驗室與圣母大學(xué)的研究團隊進行了深入研究，并最終歷時三年開發(fā)出一款軟體尋路機器人觀測單元（SPROUT），不僅MIT的軍用探測系統(tǒng)與圣母大學(xué)的仿生軟體機器人，更重新定義了“人

機協(xié)作”的救援模式——機器人開路，人類跟進。

那么，MIT的軍用探測系統(tǒng)與圣母大學(xué)的仿生軟體機器人這兩個看似毫不相關(guān)的領(lǐng)域是如何碰撞的呢？

據(jù)機器人大講堂了解，MIT林肯實驗室團隊曾開發(fā)出可穿透30厘米混凝土墻的穿墻雷達，其微型LiDAR系統(tǒng)甚至能通過粉塵煙霧實現(xiàn)厘米級測繪精度。“戰(zhàn)場和災(zāi)場都需要在信息黑箱中快速決策，但傳統(tǒng)金屬骨架設(shè)備在廢墟中就像穿著鎧甲的士兵——防護越強，行動越笨拙，”項目聯(lián)合負責(zé)人Dr. Ethan Parker如此介紹道。

圣母大學(xué)研究團隊則長期致力于仿生機器人研究。在他們的實驗室里，爬山虎沿著特制支架蜿蜒攀升，蚯蚓在模擬土壤中鉆出復(fù)雜孔道，這些自然界的“軟體大師”催生出氣壓驅(qū)動的藤蔓機器人原型機。通過控制9個獨立氣腔的充氣順序，這條硅膠“觸手”能以0.2米/秒的速度自主生長，其能耗僅為同等尺寸電機驅(qū)動機器人的1/20。

2019年，麻省理工學(xué)院林肯實驗室與圣母大學(xué)啟動跨界合作，致力于將軍用級感知技術(shù)與仿生軟體機器人結(jié)合。然而，技術(shù)整合初期即面臨嚴峻挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)軍用LiDAR模塊因金屬外殼與剛性結(jié)構(gòu)，重量達300克且無法彎曲，直接植入直徑5厘米的軟體機器人將嚴重破壞其柔韌性。

最終，項目團隊通過材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破。光學(xué)傳感單元被重新設(shè)計為分布式模組，嵌入抗壓硅膠保護層；信號傳輸改用直徑0.1毫米的柔性光纖，替代傳統(tǒng)金屬導(dǎo)線；同時開發(fā)出可耐受10萬次彎折的波紋狀電路板，使電子元件能隨軟管形變同步伸縮。經(jīng)優(yōu)化后的復(fù)合傳感系統(tǒng)重量降至45克，成功集成至機器人軀干內(nèi)，使其在保持極致柔韌性的同時，具備立體視覺、熱成像、氣體檢測等復(fù)合型環(huán)境感知能力。

這項突破讓SPROUT首次實現(xiàn)了軍用級探測精度與仿生柔性結(jié)構(gòu)的深度融合。其5厘米直徑的管狀主體既可穿透10厘米級縫隙，又能通過多模態(tài)傳感器實時構(gòu)建廢墟內(nèi)部三維地圖，為災(zāi)害救援提供了全新的技術(shù)路徑。

▍技術(shù)解剖：藏在柔性軀體里的硬核科技

從仿生設(shè)計上來看，SPROUT長3米、可延長至10米的管狀結(jié)構(gòu)，其截面設(shè)計靈感源于人體血管的分層構(gòu)造——外層采用凱夫拉纖維與硅膠復(fù)合涂層，既能抵御尖銳碎片的割裂，又能耐受80℃高溫；中間的驅(qū)動層由3組獨立氣腔構(gòu)成，通過氣壓差控制實現(xiàn)±180°靈活彎曲；內(nèi)層則分布著應(yīng)變傳感器組成的“觸覺網(wǎng)絡(luò)”，實時監(jiān)測形變狀態(tài)防止過度拉伸。最核心的“神經(jīng)束”直徑僅4毫米，卻集成了光纖信號線、微型氣路管道與數(shù)據(jù)傳輸通道，如同為機器人裝上了貫通全身的脊髓。

同時，SPROUT頭部傳感器陣列濃縮了軍用級探測技術(shù)：雙攝像頭立體視覺系統(tǒng)配合紅外熱成像模塊，能在濃煙中識別人體輪廓；定向麥克風(fēng)陣列通過自適應(yīng)降噪算法，可捕捉5米內(nèi)微弱的敲擊聲；接觸式壓電傳感器能分辨混凝土、金屬與木質(zhì)障礙物的硬度差異；而CO?與VOC傳感器的加入，讓機器人可通過分析空氣成分鎖定幸存者位置。最引人注目的是硬幣大小的固態(tài)LiDAR，配合同步定位與地圖構(gòu)建（SLAM）算法，每秒生成30萬點云數(shù)據(jù)，即便在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的廢墟中也能實現(xiàn)厘米級定位精度。

▍實戰(zhàn)演練：30分鐘穿透死亡迷宮的極限挑戰(zhàn)

2024年初，3臺SPROUT機器人在加州消防局訓(xùn)練中心進行了異常特殊考試——30分鐘在坍塌的購物中心模擬場內(nèi)定位藏匿于廢墟中配備了發(fā)熱模塊與敲擊裝置的的3個“幸存者”即人體模型。

倒計時開始后，1號機器人從東側(cè)12厘米寬的裂縫鉆入，AI系統(tǒng)根據(jù)初始掃描數(shù)據(jù)選擇向上傾斜路徑。18分鐘后，熱成像儀在二樓殘骸中捕捉到首個熱源，但LiDAR顯示該區(qū)域上方懸著搖搖欲墜的樓板。機器人立即啟動避障模式，將風(fēng)險坐標同步至群體網(wǎng)絡(luò)。與此同時，西側(cè)2號機器人的麥克風(fēng)陣列突然捕捉到規(guī)律敲擊聲，系統(tǒng)瞬間重新分配任務(wù)，2號轉(zhuǎn)向聲源區(qū)域展開蛇形探索。

25分鐘后，3號機器人在穿越金屬網(wǎng)障礙時被銳利邊緣卡住。此時它啟動“鉆孔模式”，頭部氣腔迅速膨脹至8厘米直徑，像撐開的傘骨般擠開纏繞的鐵絲。隨著一陣細微的金屬扭曲聲，通道被強行拓開。最終，當熒光標記氣體從三個定位點同時噴出時，計時器定格在28分14秒。相比之下，傳統(tǒng)搜救犬與攝像探桿組合耗時67分鐘，且漏檢了深埋在西側(cè)混凝土夾層中的目標。這場測試不僅驗證了SPROUT的實戰(zhàn)能力，更揭示了人機協(xié)同救援的新范式：機器人充當先鋒開辟通道，人類隨后沿標記路徑精準施救。

▍未來藍圖：從概念驗證到拯救生命的革命

據(jù)研究團隊介紹，目前其正沿著三條主線推動SPROUT的進化。

材料革新方面，受魷魚環(huán)齒蛋白啟發(fā)的“自愈皮膚”已進入實驗室驗證階段——當表層出現(xiàn)裂痕時，暴露的蛋白質(zhì)會與空氣中水分反應(yīng)，形成透明修復(fù)層，初步測試顯示其可在24小時內(nèi)自主修復(fù)3厘米長的損傷。這意味未來機器人即便被鋼筋刺穿，也能維持基本功能直至任務(wù)完成。

驅(qū)動系統(tǒng)輕量化方面，研究團隊正在測試基于化學(xué)發(fā)泡劑的微型氣源：僅需50克遇水即反應(yīng)的粉末狀試劑，就能產(chǎn)生驅(qū)動10米機器人所需氣體，配合新型波紋管結(jié)構(gòu)設(shè)計，整套系統(tǒng)重量有望從8公斤降至2.5公斤。屆時救援人員可像攜帶液壓剪那樣輕松配備SPROUT。

人機交互方面，研究團隊已開發(fā)出增強現(xiàn)實（AR）導(dǎo)航護目鏡的原型機。救援者佩戴后可直接查看機器人實時構(gòu)建的3D熱力圖，危險區(qū)域用紅色脈沖警示，幸存者位置以金色光環(huán)標注。更革命性的是手勢控制系統(tǒng)——用手指在空中劃出“X”，機器人集群便會自動規(guī)避該區(qū)域；雙手合攏再展開的動作，則能指揮多臺設(shè)備實施扇形搜索。

展望未來，在研究團隊對于SPROUT未來應(yīng)用的最新概念圖中，SPROUT機器人以仿生藤蔓的靈動姿態(tài)穿梭于瓦礫矩陣，其身后熒光標記形成的生命走廊里，救援力量正以精準時序推進；穹頂之上，無人機編隊正執(zhí)行著立體化物資投送任務(wù)，構(gòu)建起天地協(xié)同的救援網(wǎng)絡(luò)。對于SPROUT的未來發(fā)展，項目負責(zé)人Dr. Parker強調(diào)：“我們此刻正站在柔性機器人技術(shù)演進的分水嶺——它們不再是局限于實驗室的精密玩物，而是正在蛻變?yōu)槭刈o生命的戰(zhàn)略級工具。”