機(jī)器人專家開(kāi)發(fā)了一種名為“Romu”的機(jī)器人，可以自動(dòng)將互鎖的鋼板樁打入土壤中。它構(gòu)建的結(jié)??構(gòu)可以起到擋土墻或檢查水壩的侵蝕控制作用，并且，根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬，機(jī)器人可以部署在群中，以幫助保護(hù)受到洪水或極端干旱的受威脅區(qū)域。沿著發(fā)達(dá)的河岸，物理障礙可以幫助遏制洪水和對(duì)抗侵蝕。在干旱地區(qū)，檢查水壩有助于在降雨后保留土壤并恢復(fù)受損的景觀。在建筑項(xiàng)目中，金屬板可以為挖掘，斜坡上的擋土墻或永久性基礎(chǔ)提供支撐。所有這些應(yīng)用都可以通過(guò)使用板樁，從扁平材料折疊并垂直驅(qū)動(dòng)到地面以形成墻壁和穩(wěn)定土壤來(lái)解決。適當(dāng)?shù)耐寥婪€(wěn)定性是建筑，采礦和農(nóng)業(yè)等行業(yè)可持續(xù)土地管理的關(guān)鍵;和土地退化，特定地形造成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的喪失，是氣候變化的驅(qū)動(dòng)因素，估計(jì)每年的成本高達(dá)10萬(wàn)億美元。

有了這個(gè)動(dòng)力，哈佛大學(xué)Wyss生物啟發(fā)工程研究所的機(jī)器人專家團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種機(jī)器人，可以自動(dòng)將互鎖的鋼板樁打入土壤中。它建造的結(jié)構(gòu)可以用作擋土墻或檢查水壩以控制侵蝕。該研究將在即將舉行的2019年IEEE機(jī)器人與自動(dòng)化國(guó)際會(huì)議上發(fā)表。

傳統(tǒng)的板樁驅(qū)動(dòng)過(guò)程是非常耗能的。僅使用典型重型機(jī)械的一小部分重量來(lái)施加向下的力。另一方面，Wyss團(tuán)隊(duì)的“Romu”機(jī)器人能夠利用自身的重量將板樁推入地下。這可以通過(guò)其四個(gè)車輪中的每一個(gè)連接到單獨(dú)的線性致動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這也允許其適應(yīng)不平坦的地形并確保樁垂直驅(qū)動(dòng)。從一個(gè)抬起的位置，Romu抓住一個(gè)板樁，然后降低其底盤(pán)，在一個(gè)車載振動(dòng)錘的幫助下將樁壓入土壤。通過(guò)再次在較高位置抓住樁并重復(fù)該過(guò)程，機(jī)器人可以驅(qū)動(dòng)比其自身的垂直運(yùn)動(dòng)范圍高得多的樁。在打樁到足夠的深度后，Romu推進(jìn)并安裝下一個(gè)樁，使其與前一個(gè)樁互鎖，從而形成連續(xù)的壁。一旦它使用了它所攜帶的所有樁，它就可以返回供應(yīng)緩存以進(jìn)行補(bǔ)貨。

這項(xiàng)研究源于Wyss研究所以前在建筑應(yīng)用的團(tuán)隊(duì)或成群機(jī)器人方面的工作。在受土墩建造白蟻啟發(fā)的工作中，核心教員Radhika Nagpal和高級(jí)研究科學(xué)家Justin Werfel設(shè)計(jì)了一個(gè)名為T(mén)ERMES的自動(dòng)機(jī)器人建筑工作人員，他們的成員共同合作，用專門(mén)的磚塊建造復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。Werfel和研究人員Nathan Melenbrink的進(jìn)一步研究探索了能夠構(gòu)建懸臂桁架結(jié)構(gòu)的支撐式爬升機(jī)器人，解決橋梁等應(yīng)用問(wèn)題。然而，這些研究都沒(méi)有解決將結(jié)構(gòu)錨固到地面的挑戰(zhàn)。Romu項(xiàng)目首先是探索自動(dòng)化場(chǎng)地準(zhǔn)備和基礎(chǔ)安裝的方法，以便建立早期系統(tǒng);隨著它的發(fā)展，

“除了在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試外，我們還證明了Romu在附近的海灘上運(yùn)行，”Melenbrink說(shuō)。“這種演示可以成為圍繞建筑和土地管理自動(dòng)化機(jī)會(huì)的更廣泛對(duì)話的破冰者。我們有興趣與相關(guān)領(lǐng)域的專家合作，他們可能會(huì)看到我們正在開(kāi)發(fā)的那種自動(dòng)化干預(yù)的潛在好處。 “

研究人員設(shè)想大量的Romu機(jī)器人作為集體或群體一起工作。他們?cè)谟?jì)算機(jī)模擬中證明，Romu機(jī)器人團(tuán)隊(duì)可以利用坡度陡峭等環(huán)境線索，以便在有效位置建造墻壁，有效利用有限的資源。“群體方法具有諸如通過(guò)并行性加速，對(duì)個(gè)體機(jī)器人丟失的魯棒性以及大型團(tuán)隊(duì)的可擴(kuò)展性等優(yōu)勢(shì)，”Werfel說(shuō)。“通過(guò)實(shí)時(shí)響應(yīng)他們工作時(shí)實(shí)際遇到的情況，機(jī)器人可以適應(yīng)意外或變化的情況，而無(wú)需依賴大量的支持基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)測(cè)量，通信或本地化等功能。”

“Terramanus ferromurus(Romu)這個(gè)名稱是對(duì)”機(jī)器生態(tài)學(xué)“概念的一種認(rèn)可，其中自動(dòng)系統(tǒng)可以作為新參與者引入自然環(huán)境，采取具體行動(dòng)來(lái)補(bǔ)充和促進(jìn)人類環(huán)境管理，”Melenbrink說(shuō)。將來(lái)，Terramanus“屬”可以通過(guò)執(zhí)行不同任務(wù)的其他機(jī)器人來(lái)擴(kuò)展，以保護(hù)或恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。根據(jù)他們的調(diào)查結(jié)果，該小組現(xiàn)在有興趣調(diào)查干旱措施，包括用于支持干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)的地下水保留結(jié)構(gòu)，以及用于颶風(fēng)防備的響應(yīng)性防洪堤建設(shè)。未來(lái)版本的機(jī)器人可以執(zhí)行其他干預(yù)措施，例如噴灑土壤粘合劑或安裝淤泥圍欄，

在許多環(huán)境保護(hù)或恢復(fù)的情景中，行動(dòng)的機(jī)會(huì)受到人力勞動(dòng)的可用性和重型機(jī)械的現(xiàn)場(chǎng)訪問(wèn)的限制。更小，更通用的建筑機(jī)器可以提供解決方案。“很明顯，目前可用的工具和技術(shù)無(wú)法滿足許多退化景觀的需求，”Melenbrink說(shuō)。“現(xiàn)在，在重型設(shè)備時(shí)代出現(xiàn)100年后，我們正在詢問(wèn)是否有更具彈性和響應(yīng)性的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)土地管理和恢復(fù)。”

“這種板樁驅(qū)動(dòng)機(jī)器人具有在自然環(huán)境中表現(xiàn)出來(lái)的能力，它標(biāo)志著Wyss研究所的機(jī)器人和群體機(jī)器人能力可以在自然和人造環(huán)境中發(fā)揮作用的路徑，在這種環(huán)境中，傳統(tǒng)機(jī)械，人力限制，或者成本不足以防止經(jīng)常造成災(zāi)難性的后果。這個(gè)機(jī)器人還可以解決災(zāi)難性的情況，即停止危險(xiǎn)的化學(xué)品泄漏或釋放的放射性液體使人類很難或不可能進(jìn)行干預(yù)，“Wyss Institute的創(chuàng)始主任Donald Ingber博士說(shuō)。 D.，同時(shí)也是HMS血管生物學(xué)的Judah Folkman教授和波士頓兒童醫(yī)院的血管生物學(xué)項(xiàng)目，以及SEAS的生物工程教授。