在地震、坍塌等灾害现场,狭窄缝隙、结构不稳、粉尘弥漫等因素往往使传统搜救设备面临“进不去、看不清、易受阻”的难题。
如何以更低成本、更强机动性进入复杂微空间开展探测,一直是应急救援与安全工程领域关注的重点。
日前,山东科技大学副教授槐瑞托团队完成其新一代动物机器人——“机器人蟑螂”的模拟测试,为解决上述难题提供了新的思路。
问题在于,灾后现场或地下管廊、矿井巷道等空间,路径曲折、尺度细小且障碍物随机分布,常规轮式、履带式平台在越障、转弯与通过性方面存在天然局限;而多旋翼飞行器虽具机动性,但在室内或狭窄通道中易受气流、粉尘与遮挡影响,续航与可靠性也受到制约。
面对这些场景,能够在低照度、低可见度、地形复杂条件下持续运动并保持一定负载能力的小型探测平台,具有现实需求。
原因在于,动物自身的运动能力与环境适应性经过长期演化,在微尺度空间穿行、攀爬与绕障方面表现突出。
将生物体的天然机动性与工程控制手段结合,形成可控的动物机器人,可在一定程度上绕开纯机械平台在体积、能耗与通过性方面的瓶颈。
此次团队的进展,集中体现在高度集成的生物神经调控系统:整套控制装置集成于一枚微型“电子背包”中,尽量降低对动物正常活动的影响;操作者可通过该系统对其行动进行直接调控。
团队介绍,可在约20分钟内完成一只“机器人蟑螂”的制作,单次持续运行约50分钟,存活期可达3个月。
影响层面,这类动物机器人一旦在稳定性、可控性与信息回传能力方面进一步完善,有望在狭小空间探测、灾后现场初期侦察、危险区域搜索等任务中发挥补充作用。
一方面,其体积小、通过性强,可进入人员难以抵达且大型设备难以穿行的缝隙区域,提升对“盲区”的覆盖能力;另一方面,其部署速度较快,适合在应急处置的“黄金窗口期”快速投入,为后续救援决策提供信息支撑。
与此同时,相关研发也将带动微型化集成、低功耗控制、微传感器搭载等关键技术迭代,对小型移动平台的发展具有外溢效应。
对策方面,面向实际应用,仍需围绕“可用、可靠、可控”持续攻关。
其一,强化任务载荷体系,推动微型摄像、气体检测、温湿度与结构声学等传感器的小型化与模块化,提高信息获取能力与场景适配度。
其二,完善控制与导航策略,提升在复杂障碍环境中的稳定转向、停驻与路径规划能力,并在通信受限场景下探索更稳健的短距通信与数据回传方案。
其三,建立标准化测试与评估流程,在模拟灾后环境、地下空间等场景开展分级验证,量化通过性、续航、抗干扰与故障恢复能力,避免“能动但难用”。
其四,注重规范与伦理边界,在科研、测试与应用环节建立清晰的管理机制,确保相关研究在合规框架内推进。
前景判断上,随着微型集成电路、传感器与低功耗通信技术不断进步,动物机器人有望与地面机器人、无人机、固定式监测设备形成协同体系:在宏观层面由大型平台完成全局搜索与通信中继,在微观层面由动物机器人进入缝隙执行近距离探测,实现“广域搜索—精细侦察—快速定位”的链条式能力。
团队表示,相关合作已经展开,意味着这一方向正从实验室验证向应用场景对接迈进。
可以预见,若能在可靠控制、信息回传与规模化部署等方面取得突破,其应用边界将从灾害救援拓展至城市管网巡检、地下空间安全监测等更多领域。
这项融合生物学与工程学的创新研究,不仅拓展了生物机器人技术的应用边界,更为解决特殊环境作业难题提供了中国方案。
随着技术不断成熟,"机器人蟑螂"或将成为应急救援体系中的重要补充力量,展现我国在交叉学科领域的研究实力。