作者：溪嵐

編輯：鉆具機(jī)械小助理

（原標(biāo)題：前沿|哈佛出了“打樁”機(jī)器人，還自帶板材！防治水土流失有一套

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土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是發(fā)展農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)等行業(yè)的基礎(chǔ)，但由于人類不合理的利用土地，水土流的失情況變得十分嚴(yán)重，范圍也變得越來(lái)越大，全憑人類自己治理顯然已經(jīng)不太可能，于是，哈佛大學(xué)的一個(gè)研究所針對(duì)這個(gè)情況進(jìn)行了深入研究。

哈佛大學(xué)Wyss生物啟發(fā)工程研究所的團(tuán)隊(duì)最近開(kāi)發(fā)出了一款不僅能夠自動(dòng)“打樁”，還能自帶板材的機(jī)器人——Romu。

Romu機(jī)器人的這個(gè)“打樁”可能和你認(rèn)知中的打樁不太一樣。

我們平常見(jiàn)到的打樁是這樣的↓

而Romu機(jī)器人的“打樁”是這樣的↓

這也能叫打樁？感覺(jué)機(jī)器人好像只是在過(guò)家家，并不像在打樁的樣子??！

那你可能是不知道，常用的打樁方法分為錘擊法，振動(dòng)法，壓樁法等，Romu機(jī)器人所用的方法就是振動(dòng)法+壓樁法。這與二者的工作目的和地面環(huán)境也有關(guān)系。

普通打樁機(jī)為了讓房子或橋梁更加穩(wěn)固，要將木樁、水泥樁等打入較深層的地基中，泥土相對(duì)較實(shí)，因此打樁機(jī)的功率更大，振動(dòng)頻率或錘擊重量也較高。

而Romu則是為了固土、截流泥沙，起到保護(hù)土壤、防止水土流失的功用，多在黃土地貌、海灘、山間坡地等地形上開(kāi)展工作，由于土地較為松軟，打樁深度較淺，因此身材嬌小的機(jī)器人打樁的動(dòng)作看起來(lái)就比較柔和了。

Romu是如何工作的？

Romu能夠一次性攜帶三塊板樁，到達(dá)指定地點(diǎn)后，降低底盤(pán)，抓住一塊板樁將其插入土中。

底盤(pán)降低到一定程度后，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)釋放板樁，將底盤(pán)重新抬高12cm，剛好使夾持器能夠插入到板樁的缺口中，利用機(jī)器人自身的重量將其下壓到土中，

同時(shí)，開(kāi)啟振動(dòng)錘，打松附近的土壤，使板樁更容易進(jìn)入土中。重復(fù)抬高-下壓-振動(dòng)的過(guò)程，直到機(jī)器人確認(rèn)板樁已經(jīng)插得足夠深。

隨后，Romu會(huì)自動(dòng)向前移動(dòng)，沿著上一塊板樁的邊緣插入第二塊板樁，形成一個(gè)互鎖的壩型。

就其功能性來(lái)講，這個(gè)看似小巧的攔砂壩不僅能夠經(jīng)受得住海浪的沖擊，并且確實(shí)能夠達(dá)到攔截的目的。

身上攜帶的板樁用完后，Romu便會(huì)返回基站補(bǔ)充材料。

該過(guò)程可以重復(fù)無(wú)數(shù)次，這也就意味著，Romu可以建造一個(gè)理論上無(wú)限長(zhǎng)的壩。研究人員理想的情況是由多個(gè)Romu機(jī)器人共同作業(yè)，這樣就可以形成一個(gè)大型的快速建造場(chǎng)景，利用有限資源達(dá)到最高性能的結(jié)果。

Romu為何能這樣工作？

Romu能夠連續(xù)在崎嶇不平的坡面或松軟的沙地上進(jìn)行工作，并將單獨(dú)的板樁搭建成并聯(lián)互鎖的壩有以下幾點(diǎn)原因。

1.Romu機(jī)器人所使用的板樁與普通板材不同：

Romu所使用的板樁經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，既適合機(jī)器人攜帶，又使其搭建方便。從橫截面來(lái)看，板樁呈一個(gè)拉長(zhǎng)的S型，兩塊板剛好能夠形成一個(gè)閉合的口，不用分辨正反面，方便機(jī)器人快速連續(xù)作業(yè)。且板的兩端有幾處凹陷的缺口，利于夾持器進(jìn)行夾取。

2.Romu的四輪可以單獨(dú)上下活動(dòng)：

Romu的四個(gè)輪子上每一個(gè)都裝有垂直的線性執(zhí)行器，能夠單獨(dú)上下移動(dòng)，同時(shí)移動(dòng)時(shí)可將底盤(pán)上移或下移至多12cm。在崎嶇不平的地勢(shì)行走時(shí)，每個(gè)輪子也可根據(jù)地勢(shì)高低自行移動(dòng)，以保持機(jī)體平衡。

3.Romu能夠確保幾塊板樁相互連接：

在插好前一個(gè)板樁后，Romu會(huì)自動(dòng)向前移動(dòng)一些，使夾持器位于上一個(gè)板樁的前方約20cm處。紅色的對(duì)齊夾持器確定前樁位置后松開(kāi)，即可將下一塊板樁沿著前一塊的鎖邊下放，確保前后兩塊板樁相互鎖連。

下面是Romu機(jī)器人工作的視頻：

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Romu機(jī)器人能做什么？

由于海岸侵蝕、河流侵蝕、土地退化等多是大面積發(fā)生，因此，在研究人員的設(shè)想中，Romu機(jī)器人將以群體形式工作。

研究人員模擬了一個(gè)100米×100米，坡度為25%的自定義仿真流域，由十個(gè)機(jī)器人隨機(jī)進(jìn)行10米長(zhǎng)的打樁，或讓機(jī)器人攜帶土壤粘合劑進(jìn)行噴射，隨后模擬水流侵蝕情況。當(dāng)水流攜帶的泥沙超過(guò)水流承載力時(shí)，泥沙就會(huì)沉積。

以下為實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

隨機(jī)搭壩后模擬水流侵蝕

泥沙沉積狀況

泥沙沉積狀況

在模擬圖示中，圖A為無(wú)干涉下水土流失狀況。

圖B為十臺(tái)機(jī)器人隨機(jī)建設(shè)攔砂壩的干涉狀況。實(shí)驗(yàn)證明，攔砂壩能夠截留住約50%的泥沙，但可以看出，土壤從高處流向低處，依舊存在一定的土壤位移狀況。

圖C和圖D分別為噴射10米土壤黏合劑和100米土壤黏合劑的干涉效果。如預(yù)想結(jié)果一樣，10米范圍的土壤黏合劑效果并不理想，然而100米范圍的土壤黏合劑與攔砂壩相比，土壤位移減少了許多。

因此，由機(jī)器人構(gòu)建攔砂壩或噴射土壤黏合劑都能夠較為有效地防止土壤退化。

在實(shí)地測(cè)試中，研究人員將Romu帶到了海灘上進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)砂土的實(shí)度會(huì)對(duì)機(jī)器人打樁的深度產(chǎn)生影響。由于海灘的砂土比實(shí)驗(yàn)室的砂土密度更高，所以在海灘打樁大概只能插入6~7cm，只有實(shí)驗(yàn)室深度的四分之一。

研究人員表示，除了預(yù)防土地退化，Romu機(jī)器人還能夠代替人類解決化學(xué)危險(xiǎn)品或放射性液體泄漏等突發(fā)災(zāi)害情況，避免產(chǎn)生人身危險(xiǎn)。

在未來(lái)的實(shí)際應(yīng)用中，Romu機(jī)器人將可能根據(jù)地形或目的的不同，以幾個(gè)10倍大小或多個(gè)1/10大小的數(shù)量進(jìn)行活動(dòng)。據(jù)稱今后Romu將向著其他土地退化的干預(yù)措施進(jìn)行應(yīng)用功能擴(kuò)展，如支持干旱地區(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)等，以便盡早出現(xiàn)在干旱預(yù)防救災(zāi)場(chǎng)景的實(shí)際應(yīng)用中。