中圖分類號：G80 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8902-（2025）-14-074-3-ZL

1、引言

近年來，隨著AI技術(shù)的飛速發(fā)展，其在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，特別是在模仿生物運(yùn)動方面展現(xiàn)出了巨大的潛力。仿生學(xué)作為一門研究生物系統(tǒng)功能及其在工程領(lǐng)域應(yīng)用的科學(xué)，為機(jī)器人設(shè)計提供了豐富的靈感。低姿爬行作為一種特殊的運(yùn)動形式，在軍事偵察、災(zāi)難救援、管道檢測等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)的輪式或履帶式機(jī)器人受限于地形適應(yīng)性，難以在復(fù)雜、狹小的空間高效靈活地執(zhí)行任務(wù)。因此，開發(fā)具有高效低姿爬行能力的機(jī)器人成為一個重要的研究方向。

隨著AI技術(shù)的飛速發(fā)展，AI在各行各業(yè)的應(yīng)用逐漸加深，尤其是在運(yùn)動科學(xué)、機(jī)器人學(xué)和康復(fù)學(xué)等領(lǐng)域，深刻影響著人們的生活和工作方式。低姿爬行是在人類嬰幼兒時期就需要掌握的重要技能，不僅是一種基礎(chǔ)的運(yùn)動模式，也是特種作業(yè)、仿生機(jī)器人和軍事訓(xùn)練設(shè)計中的核心課題。本文基于仿生學(xué)與AI技術(shù)融合的視角，探討AI賦能新兵戰(zhàn)術(shù)低姿爬行訓(xùn)練的創(chuàng)新路徑，闡述仿生訓(xùn)練的由來與發(fā)展，分析其技術(shù)融合的基礎(chǔ)、賦能的路徑以及應(yīng)用的創(chuàng)新性，為相關(guān)領(lǐng)域的研究與實(shí)踐提供參考。

2、仿生訓(xùn)練的由來與發(fā)展

“仿生”最早由美國J.E.Steele博士于1960年提出，本質(zhì)上是利用從自然生物界發(fā)現(xiàn)的事物機(jī)理來解決人類技術(shù)問題的一門綜合性的交叉學(xué)科。而在我國東漢時期，就有了對仿生的初步研究：華佗的五禽戲通過模仿熊、鹿、虎、鳥、猿五種動物的動作形態(tài)，將其與人體運(yùn)動完美結(jié)合，形成了一套強(qiáng)身健體的仿生保健操。五禽戲中的逼真動作有效鍛煉了人們在日常勞作中用不到的肌肉和關(guān)節(jié)，有利于改善功能、打通氣血、增強(qiáng)體質(zhì)，以達(dá)到健身養(yǎng)生的目的。現(xiàn)如今，通過知網(wǎng)搜索“仿生”，發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用非常廣泛，涉及各行各業(yè)，涵蓋生物學(xué)、機(jī)械工程、兵器科學(xué)與技術(shù)等多個學(xué)科?！胺律?xùn)練”在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和體育領(lǐng)域應(yīng)用的最為廣泛：醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中康復(fù)研究較為密集，而體育領(lǐng)域更多地應(yīng)用在競技體育訓(xùn)練方面。近幾年，國外大眾健身領(lǐng)域中的“AnimalFlow”（動物流）作為一種新型潮流的健身方式，逐漸出現(xiàn)在人們的視野，同時AI的出現(xiàn)又給仿生訓(xùn)練提供了新的升級路徑。

仿生訓(xùn)練通過模擬生物運(yùn)動機(jī)制，為軍事體育訓(xùn)練提供了科學(xué)依據(jù)。借鑒動物運(yùn)動模式優(yōu)化士兵的步態(tài)和體能訓(xùn)練，能提升訓(xùn)練效率和運(yùn)動表現(xiàn)。同時，結(jié)合智能設(shè)備，如智能手環(huán)、體脂秤等，實(shí)時監(jiān)測士兵的心率、步頻等生理指標(biāo)，為訓(xùn)練提供數(shù)據(jù)支持，避免過度訓(xùn)練和運(yùn)動損傷。仿生訓(xùn)練在提升士兵軍事體能和戰(zhàn)斗體能方面發(fā)揮了重要作用。近年來，軍事體育訓(xùn)練逐步從健康體能向戰(zhàn)斗體能轉(zhuǎn)變，更加注重實(shí)戰(zhàn)需求。通過仿生學(xué)優(yōu)化訓(xùn)練方法，如模擬復(fù)雜地形和戰(zhàn)場環(huán)境，能幫助士兵在復(fù)雜條件下提升體能和戰(zhàn)術(shù)能力。此外，仿生訓(xùn)練還與數(shù)據(jù)分析技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)施訓(xùn)。如利用數(shù)字化設(shè)備采集訓(xùn)練數(shù)據(jù)，分析官兵的體能狀況，制定個性化的訓(xùn)練計劃，從而提升訓(xùn)練效果，減少傷病的發(fā)生。

3、AI與仿生訓(xùn)練的技術(shù)融合基礎(chǔ)

3.1、仿生學(xué)與運(yùn)動建模的數(shù)字化重構(gòu)

仿生訓(xùn)練在體育領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用：短跑運(yùn)動員在觀察駝鳥跑步時，改進(jìn)了跑步姿勢；游泳項(xiàng)目教練員模仿青蛙游泳時，改進(jìn)了蛙泳蹬腿的技術(shù)動作；體操、跳水等項(xiàng)目技術(shù)動作的創(chuàng)新也是從貓的跳躍、騰空、翻轉(zhuǎn)等動作中得到了啟發(fā)。新兵的戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練涉及非常多的人體動作姿勢，是一項(xiàng)復(fù)雜的訓(xùn)練項(xiàng)目。新兵在訓(xùn)練時不僅需要掌握基本的啟動、跑、跳躍、臥倒、支撐起立、停止等動作技能，還需要掌握爬、翻、滾等各種復(fù)雜的協(xié)調(diào)性動作，而仿生訓(xùn)練可以快速提高練習(xí)者的基本能力和身體素質(zhì)。

AI模擬生物體的運(yùn)動機(jī)制是利用數(shù)字化重構(gòu)對生物體進(jìn)行運(yùn)動建模，是AI賦能仿生訓(xùn)練的核心。仿生機(jī)器人的核心功能是實(shí)現(xiàn)多模態(tài)運(yùn)動，深海仿生機(jī)器人的核心在于：通過模仿蝙蝠魚的鰭肢，利用雙穩(wěn)態(tài)手性超材料和形狀記憶合金的拮抗作用進(jìn)行驅(qū)動，將高壓環(huán)境轉(zhuǎn)化為動力優(yōu)勢，從而大幅提升多模態(tài)運(yùn)動能力。在對低姿爬行動物進(jìn)行運(yùn)動建模時，可以通過逆向工程提取運(yùn)動軌跡與生物力學(xué)特征（類似于動作捕捉），結(jié)合AI算法構(gòu)建數(shù)字化模型。

3.2、AI驅(qū)動的數(shù)據(jù)采集與分析

AI技術(shù)對多模態(tài)數(shù)據(jù)的快速實(shí)時處理能力是關(guān)鍵優(yōu)勢。在以往運(yùn)動項(xiàng)目的數(shù)據(jù)采集與分析中，多采用人工操作，效率較低、分析時間長、反饋周期長。如今隨著人工智能的快速發(fā)展，大大提高了其效率。在低姿爬行訓(xùn)練中，利用立體三維紅外動作捕捉系統(tǒng)和AI算法，監(jiān)測脊柱穩(wěn)定性、四肢協(xié)調(diào)性及關(guān)節(jié)力矩分布，對訓(xùn)練者爬行動作的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自動識別和動態(tài)分析，可顯著縮短反饋周期，為個性化訓(xùn)練方案的設(shè)計提供數(shù)據(jù)支撐。AI算法同樣也可以優(yōu)化運(yùn)動軌跡，如在重復(fù)低姿爬行的訓(xùn)練中，通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法優(yōu)化爬行路徑與能量消耗，能以最少的能量消耗爭取最好的運(yùn)動表現(xiàn)。

戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練需要一定的體能基礎(chǔ)，新兵直接進(jìn)行專項(xiàng)技能訓(xùn)練雖然可以大幅度提高意志水平，但同時也增加受傷的風(fēng)險。AI仿生訓(xùn)練作為新兵戰(zhàn)術(shù)專項(xiàng)技能訓(xùn)練前的“降階訓(xùn)練”或“無槍技術(shù)訓(xùn)練”，具備創(chuàng)新性，不僅可以提高新兵戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練課的效果，也可以減少運(yùn)動損傷。

4、低姿爬行訓(xùn)練的仿生學(xué)原理與AI賦能路徑

4.1、生物力學(xué)機(jī)制的解構(gòu)與模擬

雙足機(jī)器人在直立行走時，借助線性倒單擺模型動態(tài)調(diào)整重心高度，并結(jié)合陀螺儀傳感器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；而低姿爬行的核心生物力學(xué)特征便是在爬行過程中進(jìn)行動態(tài)重心調(diào)節(jié)，由軀干與四肢的協(xié)同運(yùn)動維持重心穩(wěn)定，這兩者具有相似之處。爬行過程中的另一項(xiàng)重要內(nèi)容便是接觸力優(yōu)化，在實(shí)際爬行中可以簡略地理解成接觸地面時的緩沖。AI仿生吸爬機(jī)器人通過微刺結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動態(tài)水密封效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)壁面吸附與滑行，其力學(xué)機(jī)制可為低姿爬行中的地面反作用力優(yōu)化提供參考。

為了優(yōu)化爬行動作，先進(jìn)行運(yùn)動捕捉與重定向，再利用基于Blender的運(yùn)動重定向算法將人類爬行動作映射至機(jī)器人模型，通過平滑處理關(guān)節(jié)角度數(shù)據(jù)，生成可控的運(yùn)動曲線。利用仿真平臺構(gòu)建虛擬訓(xùn)練環(huán)境，通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法探索最優(yōu)爬行策略，進(jìn)行虛擬仿真與強(qiáng)化學(xué)習(xí)。

針對戰(zhàn)士的低姿匍匐訓(xùn)練（如軍事戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練），AI技術(shù)可提供動作標(biāo)準(zhǔn)化分析，通過三維動作捕捉系統(tǒng)量化運(yùn)動員的爬行姿態(tài)，對比“冠軍模型”識別技術(shù)缺陷，并基于實(shí)時反饋系統(tǒng)中的嵌入式傳感器結(jié)合邊緣計算設(shè)備，實(shí)時提示動作偏差，縮短糾正周期。

4.2、訓(xùn)練場景的智能化適配

低姿爬行訓(xùn)練需適應(yīng)多樣化場景（如軍事訓(xùn)練中的草地、射擊躲避的障礙物與地形等）。在以往的現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練中，只有平坦的土地與簡易的障礙物和低樁網(wǎng)，訓(xùn)練場景單一，且容易遭受到不良天氣的影響。AI技術(shù)可通過場景自動化生成和仿真平臺隨機(jī)化工具一鍵生成復(fù)雜地形的方式，實(shí)現(xiàn)場景適配，并結(jié)合機(jī)器人感知系統(tǒng)實(shí)時調(diào)整運(yùn)動策略。在爬行過程中，可以實(shí)現(xiàn)多模態(tài)交互反饋，集成觸覺、視覺與力反饋系統(tǒng)，模擬真實(shí)環(huán)境中的摩擦、阻力等物理特性，提升訓(xùn)練的沉浸感。

5、AI賦能仿生訓(xùn)練在新兵戰(zhàn)術(shù)低姿爬行訓(xùn)練中的創(chuàng)新性應(yīng)用

5.1、應(yīng)用價值創(chuàng)新

（1）奠定新兵戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的基礎(chǔ)。

新兵在練習(xí)戰(zhàn)術(shù)低姿匍匐動作時，經(jīng)常出現(xiàn)動作不協(xié)調(diào)、幅度小、動作不流暢、身體重心高、爬得慢等問題，表現(xiàn)為“看似用力往前爬，實(shí)際卻不往前走”。出現(xiàn)這種情況的原因在于，新兵入伍時僅對身體機(jī)能與體格進(jìn)行了篩查，合格即可入伍，卻未對體能素質(zhì)進(jìn)行評估，大部分新兵在入伍前并沒有接受過系統(tǒng)的體能訓(xùn)練，身體協(xié)調(diào)性差，力量與體能基礎(chǔ)薄弱是新兵的通病。在此基礎(chǔ)上，如果沒有緩沖的漸進(jìn)式干預(yù)手段，很容易造成新兵戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的損傷。

低姿匍匐爬行時，其動作模式是腹部貼于地面，四肢著地，利用手扒和腳蹬的力依次交替使身體前進(jìn)，形成周期性的訓(xùn)練動作。低姿匍匐動作的周期屬性，決定了人體在爬行過程中，髖關(guān)節(jié)、胸椎和肩關(guān)節(jié)要反復(fù)地進(jìn)行旋內(nèi)、旋外、內(nèi)收、外展、屈、伸等動作，而要想提高移動速度，需要提升關(guān)節(jié)的活動范圍，以及四肢和軀干的協(xié)調(diào)能力。如果身體僵硬、不靈活，則會導(dǎo)致功能障礙，引起鄰近關(guān)節(jié)肌肉的代償，從而增加受傷風(fēng)險。肢體在前進(jìn)、落地的過程中，需要緩沖來自地面的沖擊力，并且肩部和髖部需起到穩(wěn)定支撐作用。由于肩部的生理學(xué)解剖特點(diǎn)，其靈活性強(qiáng)、穩(wěn)定性不足，如果沒有強(qiáng)壯的肌肉包裹并穩(wěn)定，則很容易在爬行的過程中造成肩部脫臼。

AI仿生訓(xùn)練能夠促進(jìn)新兵奠定良好的身體素質(zhì)。戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練中，無論是臥倒起立、躍進(jìn)滾進(jìn)還是匍匐前進(jìn)等動作，都對協(xié)調(diào)性和體能素質(zhì)要求很高。在進(jìn)行專項(xiàng)戰(zhàn)術(shù)技能訓(xùn)練時，應(yīng)用仿生訓(xùn)練作為“降階訓(xùn)練”，可以作為漸進(jìn)式的干預(yù)手段，起到緩沖過渡作用，有利于減少新兵的運(yùn)動損傷。一個優(yōu)秀的士兵需要具備出眾的戰(zhàn)術(shù)技能，而過硬的戰(zhàn)術(shù)技能一定是建立在優(yōu)秀的體能基礎(chǔ)上的。AI仿生訓(xùn)練無論是作為“無槍技術(shù)訓(xùn)練”手段，還是一種新的體能訓(xùn)練方法，應(yīng)用于戰(zhàn)術(shù)技能訓(xùn)練中都能帶來益處。

（2）激發(fā)新兵對戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的興趣。

仿生訓(xùn)練借鑒各種動物的形象特征，以強(qiáng)調(diào)功能性為主，不僅訓(xùn)練過程是有趣的，而且訓(xùn)練成果高效。在學(xué)習(xí)戰(zhàn)術(shù)技能時，不斷重復(fù)訓(xùn)練是枯燥的、乏味的，而仿生訓(xùn)練這種新穎的動作模式和訓(xùn)練方法能夠激發(fā)新兵的訓(xùn)練興趣。例如，在運(yùn)用鱷魚爬動作輔助新兵進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)技能訓(xùn)練時，通過將模仿的動物動作直觀地呈現(xiàn)在新兵眼前，可以讓新兵在訓(xùn)練中釋放天性，回想起在嬰兒時期剛開始學(xué)會爬行時的興奮感覺，從而在不知不覺中投入訓(xùn)練。

5.2、組合專項(xiàng)創(chuàng)新

自然界殘酷且冰冷，物競天擇，適者生存，不適者便是死亡。在捕食者和被捕食者的關(guān)系中，各種動物能夠屹立于世界之林，必然有其獨(dú)特的姿態(tài)和“絕活”值得借鑒與學(xué)習(xí)。

新兵戰(zhàn)術(shù)動作訓(xùn)練涉及動物原始生存的多個基礎(chǔ)動作，如在低姿匍匐動作的訓(xùn)練中，就可以從爬行動物中得到訓(xùn)練啟示，創(chuàng)新設(shè)計動物組合動作，從仿生訓(xùn)練的本質(zhì)分析新兵戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的動作模式和運(yùn)動表現(xiàn)的創(chuàng)新性。

仿生訓(xùn)練的基本動作原型是由動物的爬行、奔跑、疾走、攀爬、跳躍、翻滾等行為構(gòu)成，戰(zhàn)術(shù)的基礎(chǔ)動作包含臥倒、起立、低姿匍匐爬行、躍進(jìn)、滾進(jìn)等。兩者雖不盡相同，但兩者本質(zhì)上具備相通性。低姿匍匐爬行動作是在通過敵人封鎖較短地段或利用較矮的遮蔽物前進(jìn)時所采用的匍匐方法?？己藭r，要求新兵以最快的速度攜槍進(jìn)行爬行，通過遮蔽物，由于鐵絲網(wǎng)下空間比較狹小，新兵需要具備良好的協(xié)調(diào)性和體能素質(zhì)。

在選用低姿匍匐仿生訓(xùn)練動作時，結(jié)合爬行的動作模式和特點(diǎn)，采用鱷魚爬、蜥蜴爬、蜘蛛爬等動作作為低姿匍匐爬行的專項(xiàng)“降階訓(xùn)練”，可以很好地解決新兵協(xié)調(diào)性差的問題，同時鍛煉新兵的四肢與核心力量。

5.3、課程思政理念創(chuàng)新

AI仿生訓(xùn)練不僅是模仿生物的動作，更是模仿生物的生存能力。新兵戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練課的理念是“不怕苦、不怕累、不怕受傷”，在教授戰(zhàn)術(shù)技能的同時，培養(yǎng)新兵頑強(qiáng)拼搏的意志。仿生訓(xùn)練貼合自然界弱肉強(qiáng)食、適者生存的理念，而戰(zhàn)術(shù)技能適用于戰(zhàn)場殺敵，是軍人行軍打仗必備的技能。訓(xùn)練場即為戰(zhàn)場，如何在戰(zhàn)場上打勝仗，以及生存下來、消滅敵人才是新兵學(xué)習(xí)戰(zhàn)術(shù)技能最為根本的目的。仿生訓(xùn)練符合“為打仗而教育\"的宗旨，不僅是一種幫助新兵戰(zhàn)術(shù)提高的訓(xùn)練方法，更是一種創(chuàng)新的課程思政理念方式。

6、AI賦能仿生訓(xùn)練應(yīng)用時應(yīng)注意的問題

6.1、清晰定位

戰(zhàn)術(shù)技能課以戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練為主導(dǎo)，其他為輔。AI仿生訓(xùn)練只是輔助提高戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的一種創(chuàng)新方法手段，主要目的是輔助新兵快速掌握戰(zhàn)術(shù)技能，AI仿生訓(xùn)練的應(yīng)用在課堂中的占比不應(yīng)過多，否則會“喧賓奪主”，導(dǎo)致課堂的不倫不類。編排時，要盡可能地將之安排到整體課程教學(xué)計劃的前半部分，后半部分以專項(xiàng)技能練習(xí)為主。

6.2、掌握強(qiáng)度

AI根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計仿生動作時，應(yīng)著重分析其戰(zhàn)術(shù)技能動作背后的動作模式，找到與之匹配的仿生訓(xùn)練動作。具體實(shí)施時，教員應(yīng)掌握強(qiáng)度，使本堂課與后面的技術(shù)動作相適應(yīng)，否則可能會出現(xiàn)因前面體力透支嚴(yán)重而影響后面技術(shù)訓(xùn)練效果的現(xiàn)象。

6.3、把控尺度

軍事訓(xùn)練的基調(diào)是嚴(yán)肅的、高效的、循規(guī)蹈矩的，而AI賦能仿生訓(xùn)練是有趣的、生動的，兩者在理念中會有沖突的地方。因此，教員在進(jìn)行融合時，一定要把控好訓(xùn)練的尺度，掌控上課的局面，避免因顧此失彼而大大影響上課訓(xùn)練效果。

7、結(jié)語

AI賦能仿生訓(xùn)練新兵戰(zhàn)術(shù)低姿爬行具備創(chuàng)新應(yīng)用價值，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動與智能優(yōu)化，為體育與軍事領(lǐng)域的訓(xùn)練提供了新的思路和范式，突破了傳統(tǒng)訓(xùn)練方法的效率瓶頸，也體現(xiàn)了高科技的價值。AI仿生訓(xùn)練是一種漸進(jìn)式干預(yù)創(chuàng)新輔助手段，應(yīng)用于新兵戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練中，可以提高新兵戰(zhàn)術(shù)低姿爬行訓(xùn)練的興趣與效果，同時減少新兵的運(yùn)動損傷。未來，隨著AI的快速發(fā)展，科技會進(jìn)一步賦能各行各業(yè)，充分發(fā)揮其社會效益。

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