當(dāng)重大自然災(zāi)害或人為事故導(dǎo)致建筑物坍塌時(shí)，一些幸存者往往會(huì)被困在錯(cuò)綜復(fù)雜的廢墟之下。傳統(tǒng)的救援方式不僅需要救援人員冒著二次坍塌的風(fēng)險(xiǎn)深入危險(xiǎn)區(qū)域，還面臨著體力消耗大、效率低下的困境。

為了提升救援效率并保障救援人員安全，麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室與圣母大學(xué)的研究人員研發(fā)出一款柔性路徑探索機(jī)器人觀測(cè)裝置（Soft Pathfinding Robot Observation Unit，簡(jiǎn)稱 SPROUT）。

這種名為“SPROUT”的柔性機(jī)器人屬于“藤蔓機(jī)器人”的一種，核心優(yōu)勢(shì)在于其獨(dú)特的“生長(zhǎng)”能力，能夠像植物藤蔓一樣通過(guò)前端不斷延伸的方式穿越各種障礙物和狹窄縫隙。

救援人員可在倒塌的建筑物中部署 SPROUT，利用它探測(cè)環(huán)境、繪制地圖，以及找到穿越廢墟瓦礫的最佳救援通道。

（來(lái)源：MIT News）

“城市搜救環(huán)境往往十分惡劣，即便最堅(jiān)固的技術(shù)設(shè)備在這種環(huán)境下也可能難以發(fā)揮作用。藤蔓機(jī)器人獨(dú)特的工作方式，能有效減輕其他救援設(shè)備面臨的諸多挑戰(zhàn)。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 Nathaniel Hanson 帶領(lǐng)的 SPROUT 團(tuán)隊(duì)成員 Chad Council 說(shuō)道。

當(dāng)前救援工作中，雖然會(huì)使用攝像頭和傳感器等設(shè)備來(lái)了解復(fù)雜環(huán)境，但這些技術(shù)存在明顯局限。

例如，專門用于搜救行動(dòng)的攝像頭，只能在倒塌建筑內(nèi)部的直線路徑上進(jìn)行探測(cè)。要是救援隊(duì)伍想進(jìn)一步搜索某片廢墟區(qū)域就需要開(kāi)辟一個(gè)通道孔才能抵達(dá)。

傳統(tǒng)機(jī)器人適合在廢墟表面作業(yè)，但在狹窄且不穩(wěn)定的建筑內(nèi)部中卻難以施展，而且一旦損壞，維修成本頗高。

（來(lái)源：MIT News）

SPROUT 面臨的挑戰(zhàn)在于，如何制造出一款低成本、易操作的機(jī)器人，使其能夠深入倒塌建筑下方，攜帶攝像頭和傳感器，穿越蜿蜒曲折的路徑。

技術(shù)層面，SPROUT 由一根氣密織物制成的充氣管構(gòu)成，這根管子從固定底座展開(kāi)。通過(guò)向管內(nèi)充氣，由電機(jī)控制其展開(kāi)過(guò)程。當(dāng)管子向廢墟碎石中延伸時(shí)，它能在拐角處彎曲，擠過(guò)狹窄通道。

安裝在管尖的攝像頭和其他傳感器，會(huì)對(duì)機(jī)器人所經(jīng)環(huán)境進(jìn)行成像和地圖繪制。操作人員通過(guò)操縱桿控制 SPROUT，并觀察顯示機(jī)器人攝像頭畫面的屏幕。

目前，SPROUT 最大伸展長(zhǎng)度可達(dá) 10 英尺（約 3 米），團(tuán)隊(duì)正努力將這一長(zhǎng)度拓展至 25 英尺（約 7.6 米）。

在研發(fā) SPROUT 的過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)攻克了諸多與機(jī)器人靈活性相關(guān)的難題。由于機(jī)器人由可在多個(gè)點(diǎn)彎曲的可變形材料制成，在實(shí)際環(huán)境中展開(kāi)時(shí)，很難確定和控制其形狀，這就好比試圖控制一個(gè)不斷膨脹且四處擺動(dòng)的灑水器玩具。

研究團(tuán)隊(duì)需要確定如何在機(jī)器人內(nèi)部施加氣壓，使轉(zhuǎn)向操作像向前推動(dòng)操縱桿那樣簡(jiǎn)單，從而讓機(jī)器人順利前行，這對(duì)于應(yīng)急救援人員能否順利使用該系統(tǒng)至關(guān)重要。此外，團(tuán)隊(duì)還需設(shè)計(jì)出能最大限度減少機(jī)器人伸展過(guò)程中摩擦的管子，并開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)向控制裝置。

盡管遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)是評(píng)估廢墟中空隙空間危險(xiǎn)程度的良好開(kāi)端，但團(tuán)隊(duì)仍在探索將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于救援領(lǐng)域的新方法，比如利用機(jī)器人采集的數(shù)據(jù)繪制地下空隙地圖。

“建筑倒塌事件雖然罕見(jiàn)，但極具毀滅性。在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，我們通常希望通過(guò)實(shí)地測(cè)量來(lái)驗(yàn)證研究方法，但對(duì)于倒塌建筑結(jié)構(gòu)而言，實(shí)地測(cè)量的條件往往并不具備。” Nathaniel Hanson 指出。

為解決這一問(wèn)題，Hanson 及其團(tuán)隊(duì)制作了一款模擬器，借助它可以逼真地模擬倒塌建筑結(jié)構(gòu)，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出繪制空隙空間的算法。

值得一提的是，SPROUT 是與圣母大學(xué)教授、麻省理工學(xué)院校友 Margaret Coad 合作研發(fā)的成果。Nathaniel Hanson 畢業(yè)于圣母大學(xué)，在尋找合作伙伴時(shí)，他早已了解 Margaret Coad 在工業(yè)檢測(cè)用藤蔓機(jī)器人方面的研究成果。

“作為藤蔓機(jī)器人的主要發(fā)明者之一，Margaret Coad 教授在機(jī)器人制造和建模方面的專業(yè)知識(shí)極為寶貴。研究人員的專業(yè)知識(shí)，加上實(shí)驗(yàn)室豐富的工程經(jīng)驗(yàn)、與城市搜救隊(duì)的緊密合作關(guān)系，以及將基礎(chǔ)技術(shù)開(kāi)發(fā)并推向工業(yè)應(yīng)用的能力，使得雙方的合作順理成章，使我們能共同為這個(gè)長(zhǎng)期缺乏技術(shù)支持的領(lǐng)域帶來(lái)突破。” Nathaniel Hanson 表示。

（來(lái)源：MIT News）

麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中與救援人員一同對(duì) SPROUT 進(jìn)行了部署和測(cè)試。這些測(cè)試讓研究人員得以提升機(jī)器人的耐用性和便攜性，并掌握了更高效的伸展和控制方法。團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在今年開(kāi)展一次規(guī)模更大的實(shí)地研究。

“城市搜救隊(duì)和救援人員在社區(qū)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，但他們通常沒(méi)有研發(fā)預(yù)算。” Nathaniel Hanson 說(shuō)道，“這個(gè)項(xiàng)目讓我們將藤蔓機(jī)器人的技術(shù)成熟度提升到了一定程度，救援人員能夠參與系統(tǒng)的實(shí)地演示，親身體驗(yàn)操作。”

他還補(bǔ)充道，在受限空間內(nèi)進(jìn)行傳感探測(cè)并非災(zāi)難救援領(lǐng)域獨(dú)有的難題，團(tuán)隊(duì)設(shè)想將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于維護(hù)難以抵達(dá)位置的軍事系統(tǒng)或關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。

該項(xiàng)目最初的重點(diǎn)是繪制空隙空間地圖，而未來(lái)的工作目標(biāo)則是定位危險(xiǎn)區(qū)域，并評(píng)估穿越廢墟開(kāi)展救援行動(dòng)的可行性與安全性。

“機(jī)器人的機(jī)械性能帶來(lái)的成效立竿見(jiàn)影，但真正的目標(biāo)是重新思考傳感器的使用方式，增強(qiáng)救援隊(duì)伍的態(tài)勢(shì)感知能力。” Nathaniel Hanson 指出，“最終，我們希望在救援人員進(jìn)入廢墟之前，SPROUT 就能為他們提供完整的廢墟內(nèi)部地圖。”

https://news.mit.edu/2025/sprout-flexible-robot-help-emergency-responders-search-rubble-0402