你能想象这个看起来略显呆萌的“异物”其实是一个能够挖洞的软体机器人吗？
不仅外观上有些相似，连结构上也有几分相像。
这款挖洞机器人与大白一样，都是充气设计。
而且在功能上，它同样强大，甚至能够在没有任何挖掘工具的情况下灵活穿梭于地下。
例如，它能在几秒钟内顺利钻入沙土中。
深入“地下”也变得轻而易举，且速度非常快。
它如同土行孙一般，能够在地下自如地移动。
这正是近期登上Science子刊《Science Robotics》封面的软体机器人，由加州大学圣巴巴拉分校和佐治亚理工学院的研究团队共同研发。
该机器人可以在干燥的沙土中以每秒4.8米的速度打洞，并且能够在沙中进行360度灵活转向。
这为研究机器人在地下工作提供了新的思路。
目前，该团队已与NASA达成合作，着手为月球和土卫二开发挖掘技术。
气流遁地术
那么，这个看似“手无缚鸡之力”的软体机器人是如何在地下工作的呢？
要知道，在地下环境中面临的阻力远大于空气或海洋中的情况。
这正是机器人在地下空间尚未获得广泛应用的主要原因之一。
为此，科学家们开始从地下生物中寻找灵感。
首先想到的是植物的根茎。
它们能够在地下深入延展，主要依靠根茎的尖端。
因此，这款软体机器人也设计了类似的机械尖端，用于开路；主体部分则采用光滑的软管，通过气体驱动机器人前进。
这样可以提升机器人的速度和灵活性。
然而，研究人员很快发现，随着机器人在沙土中行进越来越远，身体也会变得越来越长，所产生的阻力随之增加，最终导致它因无法克服阻力而停滞不前。
这时，他们又想到了章鱼。
章鱼作为软体动物，在潜入沙堆时，会先喷出水流使沙子松散，然后用触手将自己拉入沙中。
因此，研究人员在机器人的尖端增加了一个空气喷流装置，旨在先将沙子打散，从而降低机器人通过时的阻力。
在解决了机器人前进过程中的阻力问题后，研究人员发现其前进效果依然不理想，因为机器人在沙土中行走时，总是会探出头来。
这主要是由于沙堆中的受力情况十分复杂，除了水平方向的阻力，还有来自垂直方向的升力。
因此，机器人很难保持一种平衡状态。
那么，如何让它在地下灵活穿梭呢？
这一次，研究人员想到了沙漠中的爬行动物。
例如砂鱼蜥，能够利用其楔形头部来调整在土壤中的升力。
为此，研究人员在机器人上安装了一个垂直方向的空气喷流装置，以抵消潜行过程中产生的升力。
从效果来看，尽管机器人在地下的行动显得有些狂野，但它能够保持在地下潜行。
阻力显著减小
为了准确了解软体机器人的运行情况，研究人员分别测试了其在三种不同情况下的表现：
仅使用尖端装置、加装一个气流装置、加装两个气流装置。
在仅通过机械尖端开路的情况下，软体机器人在水平方向的前进阻力并不会随着路线的延长而增加。
而在不使用尖端开路的情况下，阻力与路线长度成正比。
当软体机器人安装了一个气流装置后：
在垂直方向上，若不使用空气气流驱动，所产生的阻力与到达的深度成正比。
随着气流速度的增加，阻力明显减小，但在达到一定深度后，阻力仍会显著上升。
研究人员测试了软体机器人在不同深度的沙土中水平运动时的阻力与升力情况。同时，他们也调整了气流装置的角度，其中0度表示与水平方向平行，90度则表示与水平方向垂直。
数据显示，在43MM和80MM的深度中，软体机器人前进时的阻力随着气流速度的增加而降低（下图B和C）。然而，阻力大小与气流角度之间并非简单的正负比关系。
在升力方面，气体流速的增加会降低升力。在40MM深度中（图D），气流夹角在0-30度之间时，升力随着角度的增大而增大，并在30度时达到最大值；而在30-60度之间，升力随着角度的增大而显著降低；60-90度之间，升力几乎保持不变。
在80MM深度中（图E），也出现了类似的趋势，较低角度对减少升力的效果不佳，而随着角度升高，效果则相对更好。
在一个气流装置的基础上，再加装一个垂直方向的气流装置后，软体机器人的潜行效果与垂直方向的气流流速呈正比。
在低速下，软体机器人潜行9.2秒后就从沙土中探出头；在高速下，经过24.6秒仍然能够很好地埋在沙中。
未来将走向太空
这样的软体挖掘机器人具有多种应用场景，例如土壤采样和地下勘探等。此外，这种机器人还能够在介质中固定自己，这在太空低重力环境的探索中尤为重要。
目前，研究团队已与NASA展开了合作项目，为月球和土卫二的开发提供挖掘技术。
通讯作者EllIoT Hawkes表示：
我们相信这种挖掘方式有潜力为机器人在太空中的应用开辟新的道路。
