06.10 靈感源於火箭引擎！這款“機器蛇”如何成為滅火利器？

在火災現場，火源似乎總在是藏在不易到達的尷尬地點。藏在某建築深處或者蔓延數層的火源，對消防員們來說非常棘手。

他們往往只能直接將水噴到玻璃上，或者衝入火災現場。但前者的救災效果並不是總是有效，而後者又非常危險。

在上個月的機器人與自動化國際會議上，來自日本東北大學（Tohoku University）和八戶工業高等專門學校（National Institute of Technology, Hachinohe College）的研究人員展示了一種新的懸浮蛇形機器人，其末端與消防車相連獲得水源。與其他蛇形機器人一樣，它可以扭動穿過窗戶或者其他結構，將水攜帶和引導至火源。值得一提的是，這個機器人酷炫之處在於其獨特設計，動力來源與火箭引擎噴射原理類似，將高壓水向下噴射，實現機器蛇在空中的運動。

圖 | 機器蛇利用噴水的反作用力保持懸浮、並飛入建築中滅火。（圖源：日本東北大學/八戶工業高等專門學校）

這樣的設計實踐起來比較複雜，但是原理上較為簡單：蛇身軟管上有許多可變噴嘴，噴嘴將管中高壓水流向下高速噴射。由於高速噴射水流的反作用力，蛇身被向上推起。通過控制開啟的噴嘴，整個“蛇身”管子就能飛在空中。和火箭類似，它的運動並不依賴周圍環境。理論上，只要提供足夠的軟管長度和供水壓力， 這個機器蛇可飛至任意高度。

由於每個噴嘴都是獨立可控的，機器蛇可以微調姿態進入小的結構縫隙追蹤火源。而“蛇頭”部分在設計上則有更多的控制自由度，從而讓更精確的引導水流。此外，這種設計的附帶好處是，當頭部的噴嘴在噴滅火源時，蛇身用於維持空中飛行的水流能將周遭一切浸溼，從而降低機器蛇的“體溫”。

錄像中兩米長的樣機只是一個機器蛇的一節。在使用中，機器蛇可以將許多節連在一起，從而達到任意長度。內燃機驅動的壓縮機能為之提供 0.7 兆帕的水壓。

實驗中機器蛇工作良好，不過目前為止還只是硬件概念驗證。毫無疑問，這樣的救火機器蛇要實際應用，還有許多工作需要完成。研究人員承認他們現在的控制算法還不夠先進，未來會將精力放在開發更穩定、可控並能支持更多噴嘴模塊的算法上。現在他們正積極努力，我們也期待此技術未來可以支持更加常用的普通水管。