用“機(jī)器蟲”登陸外星

■船舷

用“機(jī)器蟲”登陸外星

■船舷

回顧“機(jī)遇”號和“勇氣”號先后成功登陸火星的表現(xiàn)，雖說都傳回大量火星圖片與物質(zhì)成分?jǐn)?shù)據(jù)使人類第一次對火星表面有了直觀的了解。但遺憾的是，二輛火星車在凹凸不平、沙礫遍布的著陸點多次遇到麻煩，有二次甚至是命懸一線，耗資數(shù)億美元的寶貝差一點像一堆廢鐵扔在火星上。歷經(jīng)206天，行程4.8億千米才辛苦降落火星，可在火星的移動距離卻僅有數(shù)百米——而且是斷斷續(xù)續(xù)的、扣人心弦的蝸牛式爬行。

所以有人說，從星際探測角度講，人類讓飛船飛躍到火星是完美成功的，而火星車對火星的探測卻是不夠完美的，或者說是存在諸多瑕疵的。直接原因就是輪式滾動工具是不適合火星，甚至包括其他外星際移動探測的。人類的文明興盛雖然離不開高速靈活輪子的帶動，但僅從行進(jìn)的效果看，很多時候輪子卻不如腿。把星際探測工具做成滾動的小車，一開始可能就是錯誤的。

加州大學(xué)伯克利分校的生物物理學(xué)教授索波特·富爾從小就喜歡觀察小動物的爬行方式，尤其被鬼臉蟹的快速爬行和鉆洞能力所吸引。于是，他決定弄明白這些神奇多足動物敏捷協(xié)調(diào)運動方式背后所蘊(yùn)含的奧秘。

如今，富爾是他所供職的大學(xué)“多足動物研究室”主任，專門從事多足動物及仿生研究，范疇包括計算壁虎腳趾上的纖毛形成的吸附力，以及制造沒有大腦的多足機(jī)器蟲。他在該領(lǐng)域的建樹是通過對蟑螂的奔跑研究而獲得的。

研究中，富爾和他的研究小組借助高速數(shù)碼相機(jī)拍攝蟑螂、蜈蚣等多足生物在特制的平臺上高速奔跑的情景。分解動作后得出驚人的發(fā)現(xiàn)：蟑螂在快速奔跑時，竟然會翹起后腿，與短跑運動員的預(yù)備動作十分接近。

這一發(fā)現(xiàn)得益于他們設(shè)計的鋪有鮮橙果凍、全世界獨一無二的測試跑道，它可以測量昆蟲們經(jīng)過跑道的每一小步的精確力度、定位和定時。富爾把握十足地表示，他發(fā)明的這套測試裝置進(jìn)一步完善后，他們可以輕易測出蚊子、蒼蠅甚至是螞蟻在起飛前和快速行走時腿究竟釋放出多大的力量。

對接受測試生物的動作進(jìn)行分解延時后得出的結(jié)論是，蟑螂等多足生物的腿其實都是既有力又具備實用性的彈簧桿，與中國傳統(tǒng)娛樂方式的高蹺很相像。分解數(shù)字顯示，蟑螂在邁出的一步中所施加的力看上去就像正弦波，在離地后達(dá)到最高點，當(dāng)腳在空中舞動時的力度速降為零，而后在著陸和重復(fù)動作時轉(zhuǎn)為負(fù)數(shù)。說它們的行動是爬或走，都不準(zhǔn)確，它們實際是在跳，每一步都是一次迅速簡捷的跳躍。為了保持平衡，在二步之間它們會左右搖晃一下，沒有高速攝像和延時分解，這個秘密是不可能被發(fā)現(xiàn)的，短促的簡直無法用時間來形容。

通過實驗，索波特·富爾發(fā)表論文闡釋，多足生物具有超乎尋常的穩(wěn)定性，這種穩(wěn)定是動中求穩(wěn)，在二步之間似乎不夠穩(wěn)定，而在完整的一個運動周期中卻非常平穩(wěn)。經(jīng)過漫長的進(jìn)化，平穩(wěn)成了有腿生物的本能，一種終極狀態(tài)。所有生物都產(chǎn)生等量的機(jī)械能，也就是1焦耳能夠?qū)?.9千克的體重移動1米左右，所有生物包括人也不例外。

美國科學(xué)家最善于實踐，有理論的支撐后立即著手實驗印證。不出一個月，富爾和他的研究組便制作出一只六條腿的機(jī)器蟲，它沒有觸覺傳感器，沒有反饋機(jī)制，也沒有程序化的運動能力，總之，還是一個笨頭笨腦的原始家伙。但它運行的效果卻出奇得好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出制作者的想象。不僅能在凹凸不平的地面行動自如，而且平衡能力極佳，就是在人為的觸碰下也不會傾斜翻倒，相反會在瞬間恢復(fù)原先的穩(wěn)定。這種因彈跳帶來的先天穩(wěn)定使富爾他們?yōu)楹罄m(xù)智能化的設(shè)計，免去了一塊后顧之憂，基本不用為今后的應(yīng)用型機(jī)器蟲的平衡問題操心了。

后來，富爾與馬薩諸塞州的“酷愛機(jī)器人”公司的專家合作制作了一個名叫“埃瑞爾”，模樣有點像螃蟹的機(jī)器蟲。它不僅可以在波浪翻滾的海邊閑庭信步，還在意外摔倒，哪怕是重重地仰面朝天之后，它靈巧的腿也會幫助它重新定位，將身體的頂部變成底部，重新恢復(fù)行走的功能。必要的時候它還可以像真正的螃蟹那樣就近伸出自己的長腿，抓住地下的支撐點，穩(wěn)穩(wěn)地反轉(zhuǎn)身體，恢復(fù)原狀。

美國國防部新武器研發(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，出巨資讓對“埃瑞爾”進(jìn)行全新改裝，希望得到一款可以在任何海域?qū)ふ宜椎臋C(jī)器蟲，取代蛙人和海豚，使這項復(fù)雜危險的工作變得簡單容易。

索波特·富爾并未就此滿足止步，他野心勃勃地將“埃瑞爾”的用武之地瞄向了外太空，他堅信“埃瑞爾”完全可以勝任太空車的工作。假如美國航空航天局的專家同意將“機(jī)遇”號和“勇氣”號上的高科技探測設(shè)施移裝在“埃瑞爾”上，那投放至火星表面，它傳回的就不僅是這么一點可憐的資料信息了。情況明擺著的，輪式工具在浩淼未知的外星際探測，危險與難度實在太大了！

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡這些年傳回的信息證明，至少太陽系的幾大行星上幾乎無一不遍布嶙峋的巖石與粗細(xì)大小不等的沙礫，輪式車在上面行走，舉步維艱，一旦翻車或被卡在縫隙，就可能無力回天，一命嗚呼。

美國航空航天局的專家一點不隱諱現(xiàn)在太空車所存在的缺陷，因為這是積數(shù)十年研究結(jié)出的果實，他們只想重新評估施肥澆水等順序或數(shù)量，以便結(jié)出更完美的碩果。嫁接換土也可以商量，可是要砍倒大樹，另覓他途，就顯得比較困難了。

讓索波特·富爾感到欣慰的是，近日美國航空航天局的幾位不同領(lǐng)域的首席科學(xué)家，均向富爾發(fā)出邀請，想與他就太空探測車的改進(jìn)當(dāng)面討論，并希望他帶上自己的“埃瑞爾”在內(nèi)華達(dá)州的火星模擬場進(jìn)行行走表演。美國航空航天局的頭面人物也會到場觀摩，并認(rèn)真聽取他的設(shè)想與建議。

（張小寧 插圖）