■船舷

用“機(jī)器蟲(chóng)”登陸外星

■船舷

回顧“機(jī)遇”號(hào)和“勇氣”號(hào)先后成功登陸火星的表現(xiàn)，雖說(shuō)都傳回大量火星圖片與物質(zhì)成分?jǐn)?shù)據(jù)使人類(lèi)第一次對(duì)火星表面有了直觀的了解。但遺憾的是，二輛火星車(chē)在凹凸不平、沙礫遍布的著陸點(diǎn)多次遇到麻煩，有二次甚至是命懸一線(xiàn)，耗資數(shù)億美元的寶貝差一點(diǎn)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(dòng)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(shuō)，從星際探測(cè)角度講，人類(lèi)讓飛船飛躍到火星是完美成功的，而火星車(chē)對(duì)火星的探測(cè)卻是不夠完美的，或者說(shuō)是存在諸多瑕疵的。直接原因就是輪式滾動(dòng)工具是不適合火星，甚至包括其他外星際移動(dòng)探測(cè)的。人類(lèi)的文明興盛雖然離不開(kāi)高速靈活輪子的帶動(dòng)，但僅從行進(jìn)的效果看，很多時(shí)候輪子卻不如腿。把星際探測(cè)工具做成滾動(dòng)的小車(chē)，一開(kāi)始可能就是錯(cuò)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(dòng)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(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，富爾是他所供職的大學(xué)“多足動(dòng)物研究室”主任，專(zhuān)門(mén)從事多足動(dòng)物及仿生研究，范疇包括計(jì)算壁虎腳趾上的纖毛形成的吸附力，以及制造沒(méi)有大腦的多足機(jī)器蟲(chóng)。他在該領(lǐng)域的建樹(shù)是通過(guò)對(duì)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(tái)上高速奔跑的情景。分解動(dòng)作后得出驚人的發(fā)現(xiàn)：蟑螂在快速奔跑時(shí)，竟然會(huì)翹起后腿，與短跑運(yùn)動(dòng)員的預(yù)備動(dòng)作十分接近。

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

對(duì)接受測(cè)試生物的動(dòng)作進(jìn)行分解延時(shí)后得出的結(jié)論是，蟑螂等多足生物的腿其實(shí)都是既有力又具備實(shí)用性的彈簧桿，與中國(guó)傳統(tǒng)娛樂(lè)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(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)。說(shuō)它們的行動(dòng)是爬或走，都不準(zhǔn)確，它們實(shí)際是在跳，每一步都是一次迅速簡(jiǎn)捷的跳躍。為了保持平衡，在二步之間它們會(huì)左右搖晃一下，沒(méi)有高速攝像和延時(shí)分解，這個(gè)秘密是不可能被發(fā)現(xiàn)的，短促的簡(jiǎn)直無(wú)法用時(shí)間來(lái)形容。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，索波特·富爾發(fā)表論文闡釋?zhuān)嘧闵锞哂谐鯇こ５姆€(wěn)定性，這種穩(wěn)定是動(dòng)中求穩(wěn)，在二步之間似乎不夠穩(wěn)定，而在完整的一個(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(dòng)1米左右，所有生物包括人也不例外。

美國(guó)科學(xué)家最善于實(shí)踐，有理論的支撐后立即著手實(shí)驗(yàn)印證。不出一個(gè)月，富爾和他的研究組便制作出一只六條腿的機(jī)器蟲(chóng)，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(dòng)自如，而且平衡能力極佳，就是在人為的觸碰下也不會(huì)傾斜翻倒，相反會(huì)在瞬間恢復(fù)原先的穩(wěn)定。這種因彈跳帶來(lái)的先天穩(wěn)定使富爾他們?yōu)楹罄m(xù)智能化的設(shè)計(jì)，免去了一塊后顧之憂(yōu)，基本不用為今后的應(yīng)用型機(jī)器蟲(chóng)的平衡問(wèn)題操心了。

后來(lái)，富爾與馬薩諸塞州的“酷愛(ài)機(jī)器人”公司的專(zhuān)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(chóng)。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(huì)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(shí)候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)穩(wěn)地反轉(zhuǎn)身體，恢復(fù)原狀。

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(shū)，出巨資讓對(duì)“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(chóng)，取代蛙人和海豚，使這項(xiàng)復(fù)雜危險(xiǎn)的工作變得簡(jiǎn)單容易。

索波特·富爾并未就此滿(mǎn)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(jiān)信“埃瑞爾”完全可以勝任太空車(chē)的工作。假如美國(guó)航空航天局的專(zhuān)家同意將“機(jī)遇”號(hào)和“勇氣”號(hào)上的高科技探測(cè)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(diǎn)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(cè)，危險(xiǎn)與難度實(shí)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(yáng)系的幾大行星上幾乎無(wú)一不遍布嶙峋的巖石與粗細(xì)大小不等的沙礫，輪式車(chē)在上面行走，舉步維艱，一旦翻車(chē)或被卡在縫隙，就可能無(wú)力回天，一命嗚呼。

美國(guó)航空航天局的專(zhuān)家一點(diǎn)不隱諱現(xiàn)在太空車(chē)所存在的缺陷，因?yàn)檫@是積數(shù)十年研究結(jié)出的果實(shí)，他們只想重新評(píng)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(shù)，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(guó)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(qǐng)，想與他就太空探測(cè)車(chē)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(chǎng)進(jìn)行行走表演。美國(guó)航空航天局的頭面人物也會(huì)到場(chǎng)觀摩，并認(rèn)真聽(tīng)取他的設(shè)想與建議。

（張小寧 插圖）