用“機器蟲”登陸外星

■船舷

用“機器蟲”登陸外星

■船舷

回顧“機遇”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)成分數(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。

加州大學伯克利分校的生物物理學教授索波特·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)運動方式背后所蘊含的奧秘。

如今，富爾是他所供職的大學“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，在離地后達到最高點，當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)為負數(shù)。說它們的行動是爬或走，都不準確，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器蟲，它沒有觸覺傳感器，沒有反饋機制，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，遠遠超出制作者的想象。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)用型機器蟲的平衡問題操心了。

后來，富爾與馬薩諸塞州的“酷愛機器人”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”進行全新改裝，希望得到一款可以在任何海域?qū)ふ宜椎臋C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)域的首席科學家，均向富爾發(fā)出邀請，想與他就太空探測車的改進當面討論，并希望他帶上自己的“埃瑞爾”在內(nèi)華達州的火星模擬場進行行走表演。美國航空航天局的頭面人物也會到場觀摩，并認真聽取他的設(shè)想與建議。

（張小寧 插圖）