火星車偷師沙漠蜥蜴：在沙子里"游泳"前進(jìn)

你有沒有想過，火星車最怕的其實不是隕石坑，而是沙子？

這事兒聽起來有點反直覺。畢竟火星上最不缺的就是沙，而人類派去的探測器卻總在輪子上做文章——圓的、方的、帶履帶的，甚至像好奇號那樣搞出過"獨輪雜技"。但德國維爾茨堡大學(xué)的工程師們最近換了個思路：既然輪子容易陷，那干脆別滾了，改"游"過去。

他們的靈感來自一種叫"沙魚"（African sandfish）的蜥蜴。這種生活在撒哈拉沙漠的小家伙有個絕活：它能鉆進(jìn)沙子里，像魚在水里擺尾那樣，用波浪式的身體運動在沙中推進(jìn)。現(xiàn)在，這個自然界最古怪的移動方式之一，可能要改寫火星探測的未來。

一、先來看圖：這臺"冰箱"在沙地上畫八字

維爾茨堡大學(xué)本周發(fā)布的視頻里，一臺銀白色、迷你冰箱大小的 rover 正在模擬火星地形的沙地上移動。它的四個輪子沒有滾動，而是在沙子里切出類似"∞"的軌跡——左輪畫半個八字，右輪畫另外半個，整車就這樣一扭一扭地往前蹭。

項目負(fù)責(zé)人 Amenosis Lopez 在聲明里解釋："輪子模擬了這種動物與地面的典型相互作用，同時產(chǎn)生縱向和橫向的力。"結(jié)果就是在沙地上留下一串正弦波式的車轍，活像某種巨型沙蟲爬過的痕跡。

這種運動方式的核心在于"振蕩推進(jìn)"。沙魚蜥蜴在沙下前進(jìn)時，身體會發(fā)出 S 形的波動，從頭部傳到尾部。這種波動不是簡單的左右搖擺，而是精確控制身體各段的相位差，在沙粒這種"半固體半流體"的介質(zhì)里制造出局部壓力差，從而把自己"推"向前方。

二、沙子為什么難搞？因為它既是固體也是液體

要理解這臺 rover 的設(shè)計邏輯，得先明白火星車面臨的真正敵人是什么。

沙子的物理特性很詭異。你靜止站在上面，它是固體；你快速踩下去，它又像液體一樣流動。這種"剪切稀化"特性讓輪式車輛極其頭疼——輪胎要么打滑空轉(zhuǎn)，要么突然下陷。更麻煩的是火星地形：陡坡、碎石、軟硬不一的沙層交替出現(xiàn)，傳統(tǒng)輪子的抓地力在這種環(huán)境下像過山車一樣忽高忽低。

NASA 的機(jī)遇號火星車就是前車之鑒。2018 年，它陷入一片看似平坦的沙地，輪子空轉(zhuǎn)無法脫身，最終任務(wù)終結(jié)。對于造價數(shù)億美元的探測器來說，這種"陰溝翻船"的劇本沒人想再演一遍。

但大自然在幾千萬年前就解決了這個問題。沙魚蜥蜴的解決方案堪稱優(yōu)雅：既然沙子在不同條件下表現(xiàn)不同，那就別對抗它，而是利用它的流動性。當(dāng)蜥蜴以特定頻率擺動身體時，周圍的沙粒會暫時進(jìn)入類似流化的狀態(tài)，阻力驟降，推進(jìn)效率反而提升。

三、從蜥蜴到機(jī)器：這條技術(shù)路線走了十多年

沙魚的移動機(jī)制最早引起工程界注意，要追溯到 2011 年。佐治亞理工的研究團(tuán)隊用 X 光成像追蹤了蜥蜴在沙下的運動，發(fā)現(xiàn)幾個關(guān)鍵細(xì)節(jié)：

第一，沙魚的頭部呈獨特的楔形，可能有助于產(chǎn)生升力，減少前進(jìn)時的摩擦；第二，它的身體波動頻率和振幅經(jīng)過精確調(diào)節(jié)，剛好落在沙子"最容易流動"的區(qū)間；第三，整個運動是三維的——不僅有左右擺動，還有輕微的上下起伏，形成類似螺旋的推進(jìn)模式。

基于這些觀察，佐治亞理工造出了第一臺沙魚仿生機(jī)器人。測試顯示，這種設(shè)計在沙地中的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于輪式方案。傳統(tǒng)輪子遇到軟沙會左右搖擺、失去方向，而振蕩推進(jìn)的身體能保持相對直線的軌跡。

不過，把生物機(jī)制轉(zhuǎn)化為工程方案從來不是復(fù)制粘貼那么簡單。維爾茨堡團(tuán)隊的新 rover 采用了"輪式振蕩"的折中設(shè)計——保留輪子作為與地面接觸的硬件，但讓輪子的運動軌跡模擬沙魚的身體波動。這樣既繼承了仿生推進(jìn)的優(yōu)勢，又保留了輪式結(jié)構(gòu)的可靠性和可控性。

四、新 rover 的測試表現(xiàn)：有進(jìn)步，也有翻車

根據(jù)研究團(tuán)隊的說法，這臺仿生 rover 在沙地測試道上確實跑贏了傳統(tǒng)輪式版本。具體優(yōu)勢體現(xiàn)在幾個方面：

穩(wěn)定性上，振蕩輪子的橫向擺動被相互抵消，整車不會像普通輪子那樣"蛇行"；通過性上，在相同功率下，它能穿越更厚的軟沙層而不下陷；效率上，雖然絕對速度不算快，但能量浪費更少——普通輪子打滑時大量功率消耗在摩擦生熱上，而振蕩推進(jìn)把更多能量轉(zhuǎn)化為實際位移。

但研究人員也坦誠，早期模型并非一帆風(fēng)順。"那不是說出廠就能用的狀態(tài)"，Lopez 的措辭暗示了迭代過程中的挫折。原型機(jī)可能遇到過動力不足、控制算法失調(diào)、或者沙地條件超出設(shè)計范圍的情況。這些細(xì)節(jié)沒有公開，但"早期模型"的提法本身說明，從生物觀察到實用機(jī)器人之間，隔著大量試錯。

目前公開的信息止步于實驗室測試。這臺 rover 是否會在未來的火星任務(wù)中亮相、何時亮相、由哪個航天機(jī)構(gòu)采用，都還沒有確定答案。它現(xiàn)在的身份更像是一個技術(shù)驗證平臺，證明沙魚式的運動原理可以工程化，而且值得繼續(xù)投入。

五、這件事的真正啟發(fā)：向沙漠借智慧

如果跳出技術(shù)細(xì)節(jié)，這個項目的有趣之處在于它的"跨界"邏輯。火星和撒哈拉沙漠，一個零下幾十度、大氣稀薄，一個酷熱干燥、晝夜溫差驚人，卻在"沙子"這個介質(zhì)上找到了共同點。沙魚蜥蜴從未見過火星，但它的生存策略恰好適用于另一個星球的挑戰(zhàn)。

這種仿生思路在航天領(lǐng)域越來越常見。NASA 的"毅力號"火星車采用了類似直升機(jī)旋翼的無人機(jī)"機(jī)智號"，而直升機(jī)的空氣動力學(xué)原理同樣來自對鳥類和昆蟲的長期觀察。區(qū)別只在于，空氣是地球和火星共有的介質(zhì)，而沙子——尤其是火星那種經(jīng)過億萬年風(fēng)化、顆粒極細(xì)的氧化鐵沙——需要更專門的適應(yīng)策略。

另一個值得玩味的點是"游泳"這個比喻。沙魚在沙下的運動被描述為"像魚一樣游泳"，而新的 rover 輪子畫出的軌跡又讓人聯(lián)想到水中推進(jìn)。這種跨介質(zhì)的類比揭示了一個物理事實：當(dāng)顆粒物質(zhì)的流動特性被激活時，固體沙床的行為確實接近流體。工程師們不是在詩意地描述，而是在準(zhǔn)確地利用一種材料狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。

六、還沒說完的懸念

關(guān)于這臺 rover，有幾個問題目前找不到答案。

它的能源系統(tǒng)是什么？電池、太陽能板、還是放射性同位素?zé)嵩矗恳曨l里的銀色外殼下藏著什么？它的控制是自主的還是遠(yuǎn)程遙控？在真實的火星環(huán)境中，稀薄大氣和更低重力會如何改變沙子的力學(xué)特性，進(jìn)而影響推進(jìn)效率？

這些未知并不削弱現(xiàn)有信息的價值，反而標(biāo)記了這項技術(shù)的邊界。它目前是一個"概念驗證"，證明了沙魚式推進(jìn)可以造出來、可以跑起來、可以比輪子更好。至于能不能上火星，那是下一個階段的故事。

最后，回到那個最樸素的好奇：為什么偏偏是沙魚？撒哈拉沙漠里會打洞的動物不少，鼴鼠、蝎子、某些甲蟲，都有各自的地下移動術(shù)。沙魚的獨特之處在于它的速度——它能在幾秒內(nèi)完全鉆進(jìn)沙下，并以可觀的速度在沙層中穿行。這種"快速潛沙"能力，對于需要緊急避險或高效移動的火星車來說，可能比慢速但節(jié)能的方案更有吸引力。

當(dāng)然，這只是推測。原文沒有解釋選擇沙魚的具體理由，也沒有比較其他候選生物。我們能確定的是：德國工程師造了一臺會畫八字的 rover，它在沙地上留下的正弦波車轍，和某種沙漠蜥蜴的進(jìn)化遺產(chǎn)遙相呼應(yīng)。

火星探測的歷史，某種程度上就是一部"輪子進(jìn)化史"。從蘇聯(lián)最早的月球車，到阿波羅的月球 buggy，再到如今各式各樣的火星車，人類一直在尋找那個完美的圓形。但現(xiàn)在，有人提議：也許未來的火星車不需要是圓的，甚至不需要"滾"。它可以扭動、振蕩、像一條銀色的魚，在紅色星球的沙海下游弋。

這個想法夠不夠?qū)嵱茫瑫r間會有答案。但它至少提醒我們：當(dāng)技術(shù)遇到瓶頸時，看看周圍的生命，它們往往已經(jīng)找到了出路。