2017 年，欧盟斥巨资打造能一边自动钻地挖洞，一边 3D 打印砌墙的机器人 BADGER，传统的隧道挖掘机（Tunnel Boring Machine）被甩出几条街。
近日，美国通用电气公司（General Electric Company，GE）更受蚯蚓和树根启发，为现实版“神盾局”──美国国防先进研究计划署（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）研发用于军事行动的快速隧道挖掘机器人。
（Source：影片截图）
“破坏者”强强联手
这款机器人的研发，源自 DARPA 的“破坏者计划”（Underminer program）。
从 DARPA 官网可了解，此计划旨在证明快速建设战术隧道网络的可行性，希望透过建设安全的后勤基础设施，部队通过某地区时预先部署补给或补充补给。
（Source：DARPA）
为此，DARPA 选定 3 个团队强强联手，开发超过目前商业钻探能力的地下隧道挖掘技术和解决方案：
- 通用电气公司：1892 年由发明王爱迪生创立，是世界最大的技术和服务业务跨国公司，专注于开发针对地下采矿技术和操作需求的综合解决方案。
- 科罗拉多矿业学院：以工程与采矿专业闻名，拥有一座矿物学博物馆，是世界资源开发、开采及利用研究实力最强的机构之一。和通用电气一样，专注于开发针对地下采矿技术和操作需求的综合解决方案。
- 桑迪亚国家实验室：是美国能源部与美国电话电报公司子公司之一桑迪亚公司联合管理的多计划实验室，主要从事核武器系统非核部分、材料、组件及仪器技术的研究开发，并承担能源开发与改进工作。主要负责技术探索和整合，解决进程及系统限制。
据悉，执行团队主要关注隧道掘进方法、井下感测和操作概念，达成 DARPA 期待的水平钻井、非开挖钻孔技术和机器人技术三者合一突破。
DARPA 战术技术办公室“破坏者计划”专案经理 Andrew Nuss 博士表示：
计划的目标是，于有争议的环境开发并展示快速建立的地下基础设施的战术用途。快速挖出战术隧道，有利于紧急军事行动，比如可做到快速弹药补给、救援任务或其他紧急需求。
挖掘能力通用强，土拨鼠看了都嫉妒
面对这些期待，通用于当地时间 2020 年 5 月 20 日公布研发的新型隧道挖掘机器人。
据通用的说法，这款机器人由中央技术开发部门 GE Research 的跨学科团队研发，自称此团队“挖掘技术强到土拨鼠都嫉妒”。
据了解，通用电气获得 250 万美元研发资金，为期 15 个月。
打造这款机器人的灵感最初来源于 GE Research 专案负责人、力学与设计小组机械工程师 Deepak Trivedi 博士，在硕士和博士阶段的机械工程计划研究。
2010 年，Deepak Trivedi 获得宾州州立大学机械工程和电脑科学博士学位后加入 GE Research，研究方向为设计受生物（章鱼、象鼻等）启发的软件机器人。
因此一开始 GE Research 的思路就是开发仿生机器人，能灵活急转弯、在狭窄空间穿梭、灵活拾取或移动大小形状不同的物体。
大家都知道，蚯蚓身体相当灵活，有很强的挖掘和快速移动能力。Deepak Trivedi 表示：
蚯蚓可能是地球最高产的隧道制造者。
而自然界还有一种很奇妙的东西──树根。透过组织生长产生的巨大力量，树根可穿透密度极高的土壤和软岩石。
GE Research 的做法是将二者结合──他们设计了几英尺长的机器人原型，液压人工肌肉模仿蚯蚓在土壤里移动的敏捷性，同时也拥有树根穿透软岩石的力量。
目前软件机器人按结构类型可分为三类：静水骨骼型、肌肉型静水骨骼型及其他结构。
包括蚯蚓等大部分软体动物并没有刚性骨骼，主要由表皮、肌肉、体液、神经系统组成。这种动物的典型结构是肌肉构成封闭腔，内部充满体液，也就形成所谓的“静水骨骼结构”（hydrostatic skeleton）。
据了解，蚯蚓移动过程，静水骨骼结构的某部分会膨胀，横向扩张，同时其他部分伸长，让其移动并进一步穿透土壤。
要做到上述特性，强大的人工肌肉就可以。
此外，这种结构有个优点──机器人的表面不需要其他材料就能建造隧道，效率较高且有隐蔽性。
不过，设计机器人哪有这么简单。
团队面临的另一个问题是，在如何不借助 GPS 的情况下自动、有意识地绕过障碍物，到达目标位置。正如 Deepak Trivedi 所说：
因为隧道系统都在地下，我们需要建立机器人的自动和感测能力，保证它们在正确的地方移动、建隧道。幸运的是，团队的控制、人工智能和感测专家帮我们做到这功能。
在实验室，GE Research 展示机器人原型穿越土壤的过程。目前看来，机器人能以秒速 10 公分移动，一次能挖一条长 500 米、直径至少 10 公分的隧道。
（Source：影片截图）
但正如前文所述，这计划将持续 15 个月，目前软件机器人还处于实验室阶段，究竟 3 个执行团队最终会给 DARPA 怎样的方案，还是未知数。
DARPA：“神盾局”现实原型
Last but not least，DARPA 到底是何方神圣？
打开 DARPA 官网，一串霸气的英文首先映入眼帘：
For sixty years, DARPA has held to a singular and enduring mission: to make pivotal investments in breakthrough technologies for national security.（60 年来，DARPA 一直肩负着一项独特使命：关键性支持保障国家安全的突破性技术。）
这很简单直接。
谈到 DARPA，还得从 1950 年代讲起。
1957 年 10 月 4 日，是个令全美乃至世界震惊的日子。那天苏联发射了人类历史上第一颗人造卫星 Sputnik 1，在航太领域给美国沉重一击。
被苏联航太科技辗压后，美国人痛定思痛，举国掀起“学好数理化，走遍天下都不怕”风潮。
4 个月后的 1958 年 2 月，时任美国总统的艾森豪（Dwight David Eisenhower）下令在维吉尼亚州阿灵顿县成立 DARPA。DARPA 独立于常规军事研发机构，直接向国防部高层负责。
而 DARPA 的目标也相当明确──防止他国科技领先美国，同时超过他国。
DARPA 并不只把目光放在军方的现实需求，预测军方的潜在需求、探索国防科技的未来，也是核心目标。不仅军事领域，包括互联网、半导体、PC 操作系统 UNIX、激光器、全球定位系统 GPS、自动语音辨识、自动语言翻译、自动驾驶、智慧（类脑）计算、机器人技术、基因工程等众多领域，都与 DARPA 资助的计划密切相关。
且 DARPA 是个小而精的机构──由 6 个技术办公室（国防科学、战略技术、战术技术、微系统技术、资讯创新、生物技术）约 220 名成员组成，大多是各领域一流专家学者，有近 100 名计划负责人，共同监督约 250 个研发计划。
而漫威漫画拥有超强科技实力的神盾局现实原型，正是 DARPA。
- Forget light bulbs. GE’s latest creation is a giant, tunneling robotic worm
（本文由 雷锋网 授权转载；首图来源：影片截图）
