作者：溪嵐

編輯：鉆具機械小助理

（原標題：前沿|哈佛出了“打樁”機器人，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重，范圍也變得越來越大，全憑人類自己治理顯然已經(jīng)不太可能，于是，哈佛大學的一個研究所針對這個情況進行了深入研究。

哈佛大學Wyss生物啟發(fā)工程研究所的團隊最近開發(fā)出了一款不僅能夠自動“打樁”，還能自帶板材的機器人——Romu。

Romu機器人的這個“打樁”可能和你認知中的打樁不太一樣。

我們平常見到的打樁是這樣的↓

而Romu機器人的“打樁”是這樣的↓

這也能叫打樁？感覺機器人好像只是在過家家，并不像在打樁的樣子啊！

那你可能是不知道，常用的打樁方法分為錘擊法，振動法，壓樁法等，Romu機器人所用的方法就是振動法+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，泥土相對較實，因此打樁機的功率更大，振動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，因此身材嬌小的機器人打樁的動作看起來就比較柔和了。

Romu是如何工作的？

Romu能夠一次性攜帶三塊板樁，到達指定地點后，降低底盤，抓住一塊板樁將其插入土中。

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

同時，開啟振動錘，打松附近的土壤，使板樁更容易進入土中。重復(fù)抬高-下壓-振動的過程，直到機器人確認板樁已經(jīng)插得足夠深。

隨后，Romu會自動向前移動，沿著上一塊板樁的邊緣插入第二塊板樁，形成一個互鎖的壩型。

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

身上攜帶的板樁用完后，Romu便會返回基站補充材料。

該過程可以重復(fù)無數(shù)次，這也就意味著，Romu可以建造一個理論上無限長的壩。研究人員理想的情況是由多個Romu機器人共同作業(yè)，這樣就可以形成一個大型的快速建造場景，利用有限資源達到最高性能的結(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行工作，并將單獨的板樁搭建成并聯(lián)互鎖的壩有以下幾點原因。

1.Romu機器人所使用的板樁與普通板材不同：

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

2.Romu的四輪可以單獨上下活動：

Romu的四個輪子上每一個都裝有垂直的線性執(zhí)行器，能夠單獨上下移動，同時移動時可將底盤上移或下移至多12cm。在崎嶇不平的地勢行走時，每個輪子也可根據(jù)地勢高低自行移動，以保持機體平衡。

3.Romu能夠確保幾塊板樁相互連接：

在插好前一個板樁后，Romu會自動向前移動一些，使夾持器位于上一個板樁的前方約20cm處。紅色的對齊夾持器確定前樁位置后松開，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機器人工作的視頻：

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Romu機器人能做什么？

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機器人將以群體形式工作。

研究人員模擬了一個100米×100米，坡度為25%的自定義仿真流域，由十個機器人隨機進行10米長的打樁，或讓機器人攜帶土壤粘合劑進行噴射，隨后模擬水流侵蝕情況。當水流攜帶的泥沙超過水流承載力時，泥沙就會沉積。

以下為實驗過程。

隨機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為無干涉下水土流失狀況。

圖B為十臺機器人隨機建設(shè)攔砂壩的干涉狀況。實驗證明，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。

在實地測試中，研究人員將Romu帶到了海灘上進行測試，發(fā)現(xiàn)砂土的實度會對機器人打樁的深度產(chǎn)生影響。由于海灘的砂土比實驗室的砂土密度更高，所以在海灘打樁大概只能插入6~7cm，只有實驗室深度的四分之一。

研究人員表示，除了預(yù)防土地退化，Romu機器人還能夠代替人類解決化學危險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。

在未來的實際應(yīng)用中，Romu機器人將可能根據(jù)地形或目的的不同，以幾個10倍大小或多個1/10大小的數(shù)量進行活動。據(jù)稱今后Romu將向著其他土地退化的干預(yù)措施進行應(yīng)用功能擴展，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)場景的實際應(yīng)用中。