仿生蚯蚓掘进机器人TerraWorm深度：以蚯蚓运动方式在软土层中自主掘进铺设管线

仿生蚯蚓掘进机器人TerraWorm深度：以蚯蚓运动方式在软土层中自主掘进铺设管线

城市地下管线——水管、燃气管、电缆、光纤——的铺设和维护是一项昂贵且扰民的工程。传统方法需要开挖道路，一条500米的管线施工可能导致数周的交通中断。ETH Zurich机器人系统实验室开发的TerraWorm提供了一种全新的解决方案。

蚯蚓的启示

TerraWorm的设计灵感来自蚯蚓的运动方式。蚯蚓通过身体前端膨胀固定在土壤中，然后收缩后端向前推进，交替进行。TerraWorm采用类似的「锚定-推进」机制：机器人的前端膨胀环在土壤中提供锚固力，中段液压缸将后端向前推进，前端同时进行掘进。

机器人全长约2米，直径15厘米，由6个可独立膨胀和收缩的体段组成。每个体段外表面覆盖微刺阵列，模仿蚯蚓体壁的刚毛，增强在松软土壤中的抓地力。

自主导航

TerraWorm配备了惯性测量单元（IMU）和超声波传感器，可以在地下30-200厘米深度自主导航。系统使用预先加载的地下管线地图规划路径，同时通过超声波实时探测前方障碍物（如岩石、既有管线）。

「蚯蚓在土壤中不会撞到石头——它会绕过去，」项目负责人Brad Nelson教授说，「TerraWorm的导航算法也采用了类似的策略：检测到障碍物后自动调整掘进方向。」

工程应用

瑞士苏黎世市政部门在2030年8月使用TerraWorm铺设了一条300米长的光纤管线。传统开挖方式需要3周时间和45万瑞士法郎，TerraWorm仅用4天和12万瑞士法郎完成，且未对地面交通造成任何影响。

苏黎世市政工程主管Klaus Müller表示：「最大的价值不仅是省钱——是不用封路。苏黎世老城区的道路下面是中世纪的石质地基，开挖一次就破坏一次。TerraWorm从下面穿过，路面纹丝不动。」

局限性

TerraWorm目前仅适用于软土层（粘土、壤土、砂土），在岩石和硬质土壤中无法工作。掘进速度约为每小时2米，比传统盾构机慢，但传统盾构机需要大口径竖井作为始发井，TerraWorm仅需一个直径20厘米的入口。

Nelson团队正在开发岩石版本，计划采用旋转切割头替代膨胀锚定机制。「我们的长期愿景是让TerraWorm成为地下施工的通用平台，」Nelson说，「就像无人机改变了航拍一样，TerraWorm可以改变地下施工。」

TerraWorm的商业化由ETH衍生公司Bionic Underground负责，已获得瑞士创新署200万瑞郎的资助，计划在2031年开始面向欧洲市政部门销售。