2017 年，歐盟斥巨資打造了一款能一邊自動鑽到地下挖洞、一邊3D 打印砌牆的機器人 BADGER，傳統的隧道掘進機（Tunnel Boring Machine）被甩出幾條街。近日，美國通用電氣公司（General Electric Company，GE）更是受到蚯蚓和樹根的啟發，為現實版“神盾局”——美國國防部高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）研發了一款用於軍事行動的快速隧道挖掘機器人。

“破壞者”強強聯手

這款機器人的研發，源自 DARPA 的一個“破壞者項目”（Underminer program）。

這一項目旨在證明快速建設戰術隧道網絡的可行性，希望通過建設安全的後勤基礎設施，在部隊通過某一地區時預先部署補給或補充補給。

為此，DARPA 選定了三個團隊強強聯手，開發超過當前商業鑽探能力的地下隧道挖掘技術和解決方案：

• 通用電氣公司：1892 年由發明大王愛迪生創立，是世界最大的提供技術和服務業務的跨國公司，在項目中專注於開發針對地下採礦技術和操作需求的綜合解決方案。
• 科羅拉多礦業學院：素以工程與採礦專業聞名，擁有一座礦物學博物館，是世界上資源開發、開採及利用方面研究實力最強的機構之一。和通用電氣一樣，在該項目中專注於開發針對地下採礦技術和操作需求的綜合解決方案。
• 桑迪亞國家實驗室：是美國能源部與美國電話電報公司子公司之一桑迪亞公司聯合管理的多計劃實驗室，主要從事核武器系統中非核部分、材料、組件及儀器技術的研究開發，並承擔能源開發與改進方面的工作。在項目中主要進行技術探索和集成，解決當前的進程及系統限制。

據悉，執行團隊主要關注隧道掘進方法、井下感測和操作概念，從而實現DARPA 期待的水平鑽井、非開挖鑽孔技術和機器人技術三者合一的突破。

DARPA 戰術技術辦公室“破壞者項目”項目經理Andrew Nuss 博士表示：

該項目的目標是，在存在爭議的環境中開發並展示快速建立的地下基礎設施的戰術用途。快速鑽出戰術隧道，有利於緊急軍事行動，比如可以實現快速彈藥補給、救援任務或其他緊急需求。

挖掘能力通用強，土撥鼠看了都嫉妒

面對這些期待，通用公司於當地時間2020 年5 月20 日公佈了其研發的新型隧道挖掘機器人。

據通用電氣的說法，這款機器人由公司中央技術開發部門GE Research的一個跨學科團隊研發，還自稱該團隊“ 挖掘技術強到土撥鼠都嫉妒 ”。

據了解，通用電氣獲得了250 萬美金研發資金，項目為期15 個月。

實際上，打造這款機器人的靈感最初來源於GE Research 項目負責人、力學與設計小組機械工程師Deepak Trivedi 博士在他碩士和博士階段的機械工程項目研究。

2010 年，Deepak Trivedi 在獲得賓州州立大學機械工程和計算科學博士學位後加入GE Research，他的研究方向為設計具有受生物（章魚、象鼻等）啟發的軟體機器人。

因此一開始GE Research 的思路就是開發一種仿生物的機器人，這種機器人能夠靈活地做出急轉彎、在狹窄的空間中穿梭、靈活地拾取或移動大小、形狀迥異的物體。

大家都知道，蚯蚓身體相當靈活，具有很強的挖掘和快速移動的能力。Deepak Trivedi 表示：

蚯蚓可能是地球上最高產的隧道製造者。

而自然界中還有一種奇特的存在——樹根。

通過組織生長產生的巨大力量，樹根可以穿透密度極高的土壤和軟岩石。

GE Research的做法是將二者相結合——他們設計了一個幾英尺長的機器人原型，其液壓人工肌肉可以模仿蚯蚓在土壤中移動的敏捷性，同時也擁有著樹根穿透軟岩石的力量。

實際上，目前軟體機器人按結構類型主要可分為三類：靜水骨骼型、肌肉型靜水骨骼型及其他結構。

包括蚯蚓在內的大部分軟體動物並沒有剛性骨骼，主要由表皮、肌肉、體液、神經系統組成。這種動物的典型結構是肌肉構成封閉腔，內部充滿體液，也就形成了一種所謂的“靜水骨骼結構”（hydrostatic skeleton）。

據了解，蚯蚓在移動過程中，其靜水骨骼結構的一些部分會有所膨脹，進行橫向擴張，同時其它部分會伸長，保證移動並進一步向土壤中穿透。

要實現上述特性，強大的人工肌肉可以做到。

此外，這種結構有一個優點——機器人的表面不需要任何其他材料就能建造隧道，效率較高且具有隱蔽性。

不過，設計機器人哪有這麼簡單。

團隊面臨的另一個問題是，如何使其在不借助GPS 的情況下自主、有意識地繞過障礙物，到達目標位置。正如 Deepak Trivedi 所說：

因為隧道系統都是在地下，我們需要建立機器人的自主和傳感能力，保證它們能夠在正確的地方移動、建隧道。幸運的是，團隊的控制、人工智能和傳感專家幫我們實現了這一功能。

在實驗室裡，GE Research 演示了機器人原型穿越土壤的過程。目前看來，機器人能以10 厘米/秒的速度移動，一次能挖掘一條長500 米、直徑至少10 厘米的隧道。

但正如前文所述，這一項目將會持續15 個月，目前這種軟體機器人也還是處於實驗室階段，究竟三個執行團隊最終會向DARPA 拿出怎樣的方案，目前還是未知數。

DARPA：“神盾局”現實原型

Last but not least，DARPA 到底是何方神聖？

打開DARPA 官網，一串霸氣的英文首先映入眼簾：

For sixty years, DARPA has held to a singular and enduring mission: to make pivotal investments in breakthrough technologies for national security.（60 年來，DARPA 一直肩負著一項獨特的使命：對保障國家安全的突破性技術進行關鍵性支持。）

這就很簡單直接了。

談到DARPA，還得從上世紀50 年代講起。

1957 年10 月4 日，是一個令全美乃至世界震驚的日子。那一天，蘇聯發射了人類歷史上第一顆人造衛星Sputnik 1，在太空領域給美國沉重一擊。

【當時的《紐約時報》對此進行了大篇幅報導】

被蘇聯的航天科技碾壓後，美國人痛定思痛，舉國掀起了“學好數理化，走遍天下都不怕”的風潮。

四個月後的 1958 年2 月，時任美國總統的德懷特·戴維·艾森豪威爾（Dwight David Eisenhower）下令在弗吉尼亞州阿靈頓縣成立了DARPA。DARPA 獨立於其他常規的軍事研發機構，直接向國防部高層負責。

而DARPA 的目標也相當明確——防止他國科技領先美國，同時在技術上超過他國。

DARPA 並不僅僅把目光放在軍方的現實需求上，感知軍方的潛在需求，探索國防科技的未來，也是核心目標。

不僅是軍事領域，包括互聯網、半導體、個人計算機操作系統尤尼克斯UNIX、激光器、全球定位系統GPS、自動語音識別、自動語言翻譯、自動駕駛、智能（類腦）計算、機器人技術、基因工程等在內的眾多領域都與DARPA 資助的項目密切相關。

值得一提的是，DARPA 是個小而精的機構——目前由6 個技術辦公室（國防科學、戰略技術、戰術技術、微系統技術、信息創新、生物技術）的約220 名成員組成，大多是各領域一流的專家學者，其中有近100 名項目負責人，共同監督著大約250 個研發項目。

而漫威漫畫裡擁有超強科技實力的神盾局的現實原型，正是 DARPA。