登陸外星，機(jī)器蟲更專業(yè)

船舷

十幾年前，當(dāng)美國(guó)宇航局（NASA）放棄喚醒“勇氣號(hào)”火星探測(cè)器，轉(zhuǎn)而研制“好奇號(hào)”時(shí)，我們就應(yīng)該已經(jīng)意識(shí)到了——火星探測(cè)車的昂貴造價(jià)，與它的表現(xiàn)不能劃上等號(hào)。

那么，火星探測(cè)器是否只有機(jī)器人車這一種呢？

回顧“機(jī)遇號(hào)”、“勇氣號(hào)”和“好奇號(hào)”三輛火星探測(cè)車先后成功登陸火星的表現(xiàn)，雖說(shuō)它們都傳回了大量火星圖片與物質(zhì)成分?jǐn)?shù)據(jù)，使人類對(duì)火星表面有了直觀的了解，但遺憾的是，三輛火星車在凹凸不平、沙礫遍布的著陸點(diǎn)多次遇到麻煩，好幾次都是命懸一線，差點(diǎn)讓耗資數(shù)億美元打造的寶貝就像一堆廢鐵一樣扔在火星上。

飛行4.8億千米，人類跟著糾結(jié)數(shù)百天，這些探測(cè)車才能辛苦地降落火星。然后，它們都只是在火星上移動(dòng)了數(shù)百至數(shù)千米，甚至如此之短的距離也是斷斷續(xù)續(xù)、扣人心弦的蝸牛式爬行。

因此我們不難理解某些人的不悅——從星際探測(cè)角度講，人類讓飛船飛到火星是成功的，而火星車對(duì)火星的探測(cè)卻是不夠完美的，或者說(shuō)是存在諸多瑕疵、不符身價(jià)的。

機(jī)器和生命

許多科學(xué)家直言，火星探測(cè)的效率之所以不高，直接原因就是輪式滾動(dòng)工具不適合火星乃至其他外星際的移動(dòng)探測(cè)。

現(xiàn)代人類的文明興盛雖然離不開高速靈活的輪子帶動(dòng)，但僅從行進(jìn)效率和適應(yīng)能力來(lái)看，輪子卻是不如腿腳的。一個(gè)是冰冷的工業(yè)產(chǎn)物，一個(gè)是生命體的專屬。也許，把星際探測(cè)工具做成滾動(dòng)的小車，從一開始就是個(gè)錯(cuò)誤。

美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校（UC Berkeley）的生物力學(xué)教授索波特·富爾（Saubot Faure），從小就喜歡觀察各類動(dòng)物的行動(dòng)方式，他尤其被鬼臉蟹的快速爬行和鉆洞能力所吸引。于是，他立志要弄明白這些神奇多足動(dòng)物敏捷協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)方式背后所蘊(yùn)含的奧秘。

如今，富爾是他供職大學(xué)“多足動(dòng)物研究室”的主任，專門從事多足動(dòng)物及仿生研究。在他看來(lái)，讓穩(wěn)定善行的“機(jī)器蟲”充當(dāng)星際探測(cè)工具，可能是個(gè)不錯(cuò)的選擇。

蟑螂的啟示

富爾在其專業(yè)領(lǐng)域的主要建樹，是通過(guò)對(duì)蟑螂的奔跑研究而獲得的。

研究中，他帶領(lǐng)科研小組借助高速數(shù)碼設(shè)備，拍攝了蟑螂、蜈蚣等多足生物在特制的平臺(tái)上高速奔跑的情景。他們?cè)趯?duì)這些影片進(jìn)行高倍回放后發(fā)現(xiàn)，蟑螂在快速奔跑時(shí)，竟然會(huì)翹起后腿，這與短跑運(yùn)動(dòng)員的預(yù)備動(dòng)作十分相似。

說(shuō)到這一發(fā)現(xiàn)，就不得不提到他們?cè)O(shè)計(jì)的鋪有鮮橙果凍的，全世界獨(dú)一無(wú)二的測(cè)試跑道，它可以測(cè)量昆蟲經(jīng)過(guò)跑道的每一小步的精確力度、定位和速度。而在這條跑道中起著核心作用的是一種光彈性物質(zhì)，該物質(zhì)被夾在兩個(gè)使光偏振的濾光器中間。此外，裝置中還有一盞燈，燈光能穿透三層以上的物質(zhì)。

當(dāng)蟑螂等多足生物“走”過(guò)被測(cè)試光聚焦的平臺(tái)跑道時(shí)，它們運(yùn)動(dòng)的腿能令這種彈性物質(zhì)變形，雖然產(chǎn)生的力量和變形的程度微不足道，但這套測(cè)試裝置卻可以精確地計(jì)算出不同的數(shù)值。富爾表示，他發(fā)明的這套測(cè)試裝置進(jìn)一步完善后，可以輕易測(cè)出蚊子、蒼蠅甚至是螞蟻在起飛前或快速行走時(shí)，它們的腿究竟釋放了多大的力量。

在對(duì)受測(cè)生物的動(dòng)作進(jìn)行分解后，研究人員得出了結(jié)論：蟑螂等多足生物的腿其實(shí)都是有力而實(shí)用的彈簧桿。分解數(shù)字顯示，蟑螂在邁出的每一步中所施加的力，看上去都像是正弦波，在離地后達(dá)到最高點(diǎn)，當(dāng)腳在空中舞動(dòng)時(shí)的力度速降為零，而后在著陸和重復(fù)動(dòng)作時(shí)轉(zhuǎn)為負(fù)數(shù)。因此，用“爬”或“走”描述這類生物的行動(dòng)，都是不準(zhǔn)確的，它們實(shí)際上是在跳，而且每一次都是迅速、簡(jiǎn)捷、高效的跳躍。為了保持平衡，它們還會(huì)在行進(jìn)的兩步之間左右搖晃一下身體，但這短促的動(dòng)作如果沒(méi)有高速攝像和延時(shí)分解，是不可能被人們發(fā)現(xiàn)的。

通過(guò)類似上述的各種實(shí)驗(yàn)，富爾認(rèn)為，多足生物具有超乎尋常的穩(wěn)定性，這種穩(wěn)定是動(dòng)中求穩(wěn)，即看似它們?cè)趦刹街g顯得不夠穩(wěn)定，但在完整的一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中卻非常平穩(wěn)。經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的進(jìn)化，平穩(wěn)成了有腿生物的一種本能，一種終極狀態(tài)。所有有腿生物都通過(guò)腿部的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生等量的機(jī)械能——1焦耳能夠?qū)?千克的體重移動(dòng)約1米，人類同樣如此。

機(jī)器蟲

有了理論的支撐后，富爾立即著手實(shí)驗(yàn)印證。不出一個(gè)月，他和他的研究組便制造出一只六條腿的機(jī)器蟲。它沒(méi)有觸覺(jué)傳感器，沒(méi)有反饋機(jī)制，也沒(méi)有程序化的運(yùn)動(dòng)能力，總之，還是一個(gè)笨頭笨腦的原始家伙。但它運(yùn)行的效果卻出奇地好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了制作者的想象。這個(gè)機(jī)器蟲不僅能在凹凸不平的地面上行動(dòng)自如，而且平衡能力極佳，就算被人為碰觸也不會(huì)傾斜翻到，會(huì)瞬間恢復(fù)原先的穩(wěn)定。這種因彈跳帶來(lái)的先天穩(wěn)定性，使富爾他們?cè)诤罄m(xù)智能化的設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)了后顧之憂，基本不用為今后的應(yīng)用型機(jī)器蟲的平衡問(wèn)題操心了。

后來(lái)，富爾還與馬薩諸塞州的“酷愛機(jī)器人”公司的專家合作，制作了一個(gè)名叫“埃瑞爾”，模樣有點(diǎn)像螃蟹的機(jī)器蟲。它不僅可以在波浪翻滾的海邊閑庭信步，還能在意外摔倒，哪怕是仰面朝天之后，也能依靠靈巧的機(jī)器腿重新定位，恢復(fù)行走。必要時(shí)，它還可以像真正的螃蟹那樣就近伸出自己的長(zhǎng)腿，抓住地下的支撐點(diǎn)，穩(wěn)定地反轉(zhuǎn)身體，恢復(fù)正常狀態(tài)。

美國(guó)國(guó)防部新武器研發(fā)中心獲知富爾的研究成果后，立即與他簽署了資助協(xié)議書，出巨資讓他對(duì)“埃瑞爾”進(jìn)行全新改裝，希望能得到一款可以在任何海域?qū)ふ宜椎臋C(jī)器蟲，以取代蛙人和海豚。

當(dāng)然，富爾并未止步，他野心勃勃地將“埃瑞爾”的用武之地定位在外太空，他堅(jiān)信“埃瑞爾”完全可以勝任太空車的工作——“假如宇航局的專家同意將那些火星探測(cè)車上的高科技探測(cè)裝備，移裝在我的‘埃瑞爾上，那投放至火星表面后，它傳回的就不僅是這么一點(diǎn)可憐的資料信息了！”

更好的選擇

其實(shí)，“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡這些年傳回的信息無(wú)不證明，至少在太陽(yáng)系的幾大行星上，幾乎無(wú)一不是遍布嶙峋的巖石與粗細(xì)大小不等的沙礫，輪式滾動(dòng)工具在這樣浩淼未知的外星際探測(cè)，必定舉步維艱。一旦翻車或被卡在縫隙，就極有可能無(wú)力回天，一命嗚呼。數(shù)十億美元的項(xiàng)目支出，難道只能得到這樣的結(jié)果嗎？

美國(guó)宇航局的專家當(dāng)然知道目前太空探測(cè)車所存在的種種缺陷，但畢竟這是潛心研究數(shù)十年的果實(shí)，對(duì)于他們而言，另覓它途，重起爐灶就顯得比較困難了。

令人欣慰的是，美國(guó)宇航局幾位不同領(lǐng)域的首席科學(xué)家，已于近日向富爾發(fā)出了邀請(qǐng)，希望與他就太空探測(cè)車的改進(jìn)問(wèn)題當(dāng)面討論。當(dāng)然，他們實(shí)際上更期待的是讓“埃瑞爾”能夠在內(nèi)華達(dá)州的火星模擬場(chǎng)進(jìn)行行走驗(yàn)證。對(duì)于他們而言，當(dāng)然希望有一個(gè)比輪式滾動(dòng)車更好的選擇。