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。通過向管內(nèi)充氣，由電機(jī)控制其展開過程。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)器人伸展過程中摩擦的管子，并開發(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，但極具毀滅性。在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，我們通常希望通過實(shí)地測(cè)量來驗(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)域帶來突破?！?Nathaniel Hanson 表示。

（來源：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，但他們通常沒有研發(fā)預(yù)算?！?Nathaniel Hanson 說道，“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?！?/p>

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)械性能帶來的成效立竿見影，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?！?/p>

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