用“机器虫”登陆外星

■船舷

用“机器虫”登陆外星

■船舷

回顾“机遇”号和“勇气”号先后成功登陆火星的表现，虽说都传回大量火星图片与物质成分数据使人类第一次对火星表面有了直观的了解。但遗憾的是，二辆火星车在凹凸不平、沙砾遍布的着陆点多次遇到麻烦，有二次甚至是命悬一线，耗资数亿美元的宝贝差一点像一堆废铁扔在火星上。历经206天，行程4.8亿千米才辛苦降落火星，可在火星的移动距离却仅有数百米——而且是断断续续的、扣人心弦的蜗牛式爬行。

所以有人说，从星际探测角度讲，人类让飞船飞跃到火星是完美成功的，而火星车对火星的探测却是不够完美的，或者说是存在诸多瑕疵的。直接原因就是轮式滚动工具是不适合火星，甚至包括其他外星际移动探测的。人类的文明兴盛虽然离不开高速灵活轮子的带动，但仅从行进的效果看，很多时候轮子却不如腿。把星际探测工具做成滚动的小车，一开始可能就是错误的。

加州大学伯克利分校的生物物理学教授索波特·富尔从小就喜欢观察小动物的爬行方式，尤其被鬼脸蟹的快速爬行和钻洞能力所吸引。于是，他决定弄明白这些神奇多足动物敏捷协调运动方式背后所蕴含的奥秘。

如今，富尔是他所供职的大学“多足动物研究室”主任，专门从事多足动物及仿生研究，范畴包括计算壁虎脚趾上的纤毛形成的吸附力，以及制造没有大脑的多足机器虫。他在该领域的建树是通过对蟑螂的奔跑研究而获得的。

研究中，富尔和他的研究小组借助高速数码相机拍摄蟑螂、蜈蚣等多足生物在特制的平台上高速奔跑的情景。分解动作后得出惊人的发现：蟑螂在快速奔跑时，竟然会翘起后腿，与短跑运动员的预备动作十分接近。

这一发现得益于他们设计的铺有鲜橙果冻、全世界独一无二的测试跑道，它可以测量昆虫们经过跑道的每一小步的精确力度、定位和定时。富尔把握十足地表示，他发明的这套测试装置进一步完善后，他们可以轻易测出蚊子、苍蝇甚至是蚂蚁在起飞前和快速行走时腿究竟释放出多大的力量。

对接受测试生物的动作进行分解延时后得出的结论是，蟑螂等多足生物的腿其实都是既有力又具备实用性的弹簧杆，与中国传统娱乐方式的高跷很相像。分解数字显示，蟑螂在迈出的一步中所施加的力看上去就像正弦波，在离地后达到最高点，当脚在空中舞动时的力度速降为零，而后在着陆和重复动作时转为负数。说它们的行动是爬或走，都不准确，它们实际是在跳，每一步都是一次迅速简捷的跳跃。为了保持平衡，在二步之间它们会左右摇晃一下，没有高速摄像和延时分解，这个秘密是不可能被发现的，短促的简直无法用时间来形容。

通过实验，索波特·富尔发表论文阐释，多足生物具有超乎寻常的稳定性，这种稳定是动中求稳，在二步之间似乎不够稳定，而在完整的一个运动周期中却非常平稳。经过漫长的进化，平稳成了有腿生物的本能，一种终极状态。所有生物都产生等量的机械能，也就是1焦耳能够将0.9千克的体重移动1米左右，所有生物包括人也不例外。

美国科学家最善于实践，有理论的支撑后立即着手实验印证。不出一个月，富尔和他的研究组便制作出一只六条腿的机器虫，它没有触觉传感器，没有反馈机制，也没有程序化的运动能力，总之，还是一个笨头笨脑的原始家伙。但它运行的效果却出奇得好，远远超出制作者的想象。不仅能在凹凸不平的地面行动自如，而且平衡能力极佳，就是在人为的触碰下也不会倾斜翻倒，相反会在瞬间恢复原先的稳定。这种因弹跳带来的先天稳定使富尔他们为后续智能化的设计，免去了一块后顾之忧，基本不用为今后的应用型机器虫的平衡问题操心了。

后来，富尔与马萨诸塞州的“酷爱机器人”公司的专家合作制作了一个名叫“埃瑞尔”，模样有点像螃蟹的机器虫。它不仅可以在波浪翻滚的海边闲庭信步，还在意外摔倒，哪怕是重重地仰面朝天之后，它灵巧的腿也会帮助它重新定位，将身体的顶部变成底部，重新恢复行走的功能。必要的时候它还可以像真正的螃蟹那样就近伸出自己的长腿，抓住地下的支撑点，稳稳地反转身体，恢复原状。

美国国防部新武器研发中心获知富尔的研究成果后，立即与他签署了资助协议书，出巨资让对“埃瑞尔”进行全新改装，希望得到一款可以在任何海域寻找水雷的机器虫，取代蛙人和海豚，使这项复杂危险的工作变得简单容易。

索波特·富尔并未就此满足止步，他野心勃勃地将“埃瑞尔”的用武之地瞄向了外太空，他坚信“埃瑞尔”完全可以胜任太空车的工作。假如美国航空航天局的专家同意将“机遇”号和“勇气”号上的高科技探测设施移装在“埃瑞尔”上，那投放至火星表面，它传回的就不仅是这么一点可怜的资料信息了。情况明摆着的，轮式工具在浩淼未知的外星际探测，危险与难度实在太大了！

哈勃太空望远镜这些年传回的信息证明，至少太阳系的几大行星上几乎无一不遍布嶙峋的岩石与粗细大小不等的沙砾，轮式车在上面行走，举步维艰，一旦翻车或被卡在缝隙，就可能无力回天，一命呜呼。

美国航空航天局的专家一点不隐讳现在太空车所存在的缺陷，因为这是积数十年研究结出的果实，他们只想重新评估施肥浇水等顺序或数量，以便结出更完美的硕果。嫁接换土也可以商量，可是要砍倒大树，另觅他途，就显得比较困难了。

让索波特·富尔感到欣慰的是，近日美国航空航天局的几位不同领域的首席科学家，均向富尔发出邀请，想与他就太空探测车的改进当面讨论，并希望他带上自己的“埃瑞尔”在内华达州的火星模拟场进行行走表演。美国航空航天局的头面人物也会到场观摩，并认真听取他的设想与建议。

（张小宁 插图）