當重大自然災害或人為事故導致建筑物坍塌時，一些幸存者往往會被困在錯綜復雜的廢墟之下。傳統(tǒng)的救援方式不僅需要救援人員冒著二次坍塌的風險深入危險區(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，麻省理工學院林肯實驗室與圣母大學的研究人員研發(fā)出一款柔性路徑探索機器人觀測裝置（Soft Pathfinding Robot Observation Unit，簡稱 SPROUT）。

這種名為“SPROUT”的柔性機器人屬于“藤蔓機器人”的一種，核心優(yōu)勢在于其獨特的“生長”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，即便最堅固的技術設備在這種環(huán)境下也可能難以發(fā)揮作用。藤蔓機器人獨特的工作方式，能有效減輕其他救援設備面臨的諸多挑戰(zhàn)?！表椖控撠熑?Nathaniel Hanson 帶領的 SPROUT 團隊成員 Chad Council 說道。

當前救援工作中，雖然會使用攝像頭和傳感器等設備來了解復雜環(huán)境，但這些技術存在明顯局限。

例如，專門用于搜救行動的攝像頭，只能在倒塌建筑內部的直線路徑上進行探測。要是救援隊伍想進一步搜索某片廢墟區(qū)域就需要開辟一個通道孔才能抵達。

傳統(tǒng)機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。

技術層面，SPROUT 由一根氣密織物制成的充氣管構成，這根管子從固定底座展開。通過向管內充氣，由電機控制其展開過程。當管子向廢墟碎石中延伸時，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，會對機器人所經(jīng)環(huán)境進行成像和地圖繪制。操作人員通過操縱桿控制 SPROUT，并觀察顯示機器人攝像頭畫面的屏幕。

目前，SPROUT 最大伸展長度可達 10 英尺（約 3 米），團隊正努力將這一長度拓展至 25 英尺（約 7.6 米）。

在研發(fā) SPROUT 的過程中，團隊攻克了諸多與機器人靈活性相關的難題。由于機器人由可在多個點彎曲的可變形材料制成，在實際環(huán)境中展開時，很難確定和控制其形狀，這就好比試圖控制一個不斷膨脹且四處擺動的灑水器玩具。

研究團隊需要確定如何在機器人內部施加氣壓，使轉向操作像向前推動操縱桿那樣簡單，從而讓機器人順利前行，這對于應急救援人員能否順利使用該系統(tǒng)至關重要。此外，團隊還需設計出能最大限度減少機器人伸展過程中摩擦的管子，并開發(fā)轉向控制裝置。

盡管遠程操作系統(tǒng)是評估廢墟中空隙空間危險程度的良好開端，但團隊仍在探索將機器人技術應用于救援領域的新方法，比如利用機器人采集的數(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。在機器人技術領域，我們通常希望通過實地測量來驗證研究方法，但對于倒塌建筑結構而言，實地測量的條件往往并不具備?！?Nathaniel Hanson 指出。

為解決這一問題，Hanson 及其團隊制作了一款模擬器，借助它可以逼真地模擬倒塌建筑結構，進而開發(fā)出繪制空隙空間的算法。

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

“作為藤蔓機器人的主要發(fā)明者之一，Margaret Coad 教授在機器人制造和建模方面的專業(yè)知識極為寶貴。研究人員的專業(yè)知識，加上實驗室豐富的工程經(jīng)驗、與城市搜救隊的緊密合作關系，以及將基礎技術開發(fā)并推向工業(yè)應用的能力，使得雙方的合作順理成章，使我們能共同為這個長期缺乏技術支持的領域帶來突破。” Nathaniel Hanson 表示。

（來源：MIT News）

麻省理工學院林肯實驗室在現(xiàn)實環(huán)境中與救援人員一同對 SPROUT 進行了部署和測試。這些測試讓研究人員得以提升機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。團隊計劃在今年開展一次規(guī)模更大的實地研究。

“城市搜救隊和救援人員在社區(qū)中發(fā)揮著至關重要的作用，但他們通常沒有研發(fā)預算?！?Nathaniel Hanson 說道，“這個項目讓我們將藤蔓機器人的技術成熟度提升到了一定程度，救援人員能夠參與系統(tǒng)的實地演示，親身體驗操作?！?/p>

他還補充道，在受限空間內進行傳感探測并非災難救援領域獨有的難題，團隊設想將這項技術應用于維護難以抵達位置的軍事系統(tǒng)或關鍵基礎設施。

該項目最初的重點是繪制空隙空間地圖，而未來的工作目標則是定位危險區(qū)域，并評估穿越廢墟開展救援行動的可行性與安全性。

“機器人的機械性能帶來的成效立竿見影，但真正的目標是重新思考傳感器的使用方式，增強救援隊伍的態(tài)勢感知能力?！?Nathaniel Hanson 指出，“最終，我們希望在救援人員進入廢墟之前，SPROUT 就能為他們提供完整的廢墟內部地圖?！?/p>

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