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美国航天局最近宣布。放弃唤醒“勇气号”火星探测器,它的使命正式终结。取而代之的“好奇号”正在紧锣密鼓研制,但设计样式可能具有根本的改变。
不完美的火星探测车
“机遇”号和“勇气”号先后成功登陆火星,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,两辆火星车在凹凸不平、沙砾遍布的着陆点多次遇到麻烦,有两次甚至是命悬一线,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的“勇气”号,可在火星的移动距离却仅有数百米,而且是断断续续、扣人心弦的蜗牛式爬行。
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:或者说是存在诸多的瑕疵。直接原因是“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,轮式滚动工具在浩淼未知的外星际探测,危险与难度实在太大了!一旦翻车或卡在缝隙,就可能一命呜呼。
火星探测车的昂贵造价与其不能令人满意的表现,使美国科学家对轮式滚动的方式登陆地外星球的做法产生怀疑。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。
多足动物超乎寻常的稳定性
美国加州大学的生物理学教授索波特·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,于是萌生一定要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,富尔是他供职大学“多足动物研究室”主任,专门从事多足动物及仿生研究,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等。
富尔在该领域的建树是通过对蟑螂的奔跑研究获得的。研究中,他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。其起核心作用的是一种光弹性物质,该物质夹在两个使光偏振的滤光器中间。此外还有一盏灯,灯光能穿透3层以上物质。当蟑螂等多足生物走过被测试光聚焦的平台跑道时,它们运动的腿令这种弹性物质变形,虽然变形程度和所产生的力微不足道,但这套测试装置却可以清晰计算出不同的数值。富尔把握十足地表示,这套测试装置进一步完善后,可轻易测出蚊子、苍蝇甚至蚂蚁在起飞前和快速行走时,它们的腿究竟释放出多大的力量。
对受测试的蟑螂等多足动物的动作进行延时分解后,富尔发现,它们的腿其实都是既有力又具备实用性的弹簧杆。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,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。说它们的行动为爬或走都不准确,实际是跳,每一步都是一次短促的跳跃,短促得简直无法用时间来形容。为了保持平衡,它们在两步之间会左右摇晃一下。如果没有高速摄像和延时分解,这个秘密是不可能被发现的。
多足生物这种超乎寻常的稳定性是动中求稳,在两步之间似乎不够稳定,但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焦耳能够将约1千克的体重移动0.9米,所有生物包括人盖莫能外。
有了理论的支撑,富尔和他的研究组立即着手实验印证。不出一个月,他们便制作出一只六条腿的机器虫。它没有触觉传感器和反馈机制,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。但运行的效果却出奇的好,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,相反它会在瞬间恢复原先的稳定,这远远超出他们的想象。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后顾之忧,基本不用为以后的应用型机器虫的平衡问题操心了。
之后,富尔与一家名叫“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,在意外摔倒,哪怕是重重的仰面朝天后,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。
机器虫有望进入太空
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容易。
但富尔并未就此满足,他将“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,投放至火星表面,那它传回的就不仅是这么一点可怜的资料信息了。
美航空航天局的专家一点不隐讳现在太空车所存在的缺陷,但这是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。让索伯特·富尔感到欣慰的是,近日美国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,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。
不完美的火星探测车
“机遇”号和“勇气”号先后成功登陆火星,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,两辆火星车在凹凸不平、沙砾遍布的着陆点多次遇到麻烦,有两次甚至是命悬一线,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的“勇气”号,可在火星的移动距离却仅有数百米,而且是断断续续、扣人心弦的蜗牛式爬行。
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:或者说是存在诸多的瑕疵。直接原因是“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,轮式滚动工具在浩淼未知的外星际探测,危险与难度实在太大了!一旦翻车或卡在缝隙,就可能一命呜呼。
火星探测车的昂贵造价与其不能令人满意的表现,使美国科学家对轮式滚动的方式登陆地外星球的做法产生怀疑。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。
多足动物超乎寻常的稳定性
美国加州大学的生物理学教授索波特·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,于是萌生一定要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,富尔是他供职大学“多足动物研究室”主任,专门从事多足动物及仿生研究,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等。
富尔在该领域的建树是通过对蟑螂的奔跑研究获得的。研究中,他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。其起核心作用的是一种光弹性物质,该物质夹在两个使光偏振的滤光器中间。此外还有一盏灯,灯光能穿透3层以上物质。当蟑螂等多足生物走过被测试光聚焦的平台跑道时,它们运动的腿令这种弹性物质变形,虽然变形程度和所产生的力微不足道,但这套测试装置却可以清晰计算出不同的数值。富尔把握十足地表示,这套测试装置进一步完善后,可轻易测出蚊子、苍蝇甚至蚂蚁在起飞前和快速行走时,它们的腿究竟释放出多大的力量。
对受测试的蟑螂等多足动物的动作进行延时分解后,富尔发现,它们的腿其实都是既有力又具备实用性的弹簧杆。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,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。说它们的行动为爬或走都不准确,实际是跳,每一步都是一次短促的跳跃,短促得简直无法用时间来形容。为了保持平衡,它们在两步之间会左右摇晃一下。如果没有高速摄像和延时分解,这个秘密是不可能被发现的。
多足生物这种超乎寻常的稳定性是动中求稳,在两步之间似乎不够稳定,但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焦耳能够将约1千克的体重移动0.9米,所有生物包括人盖莫能外。
有了理论的支撑,富尔和他的研究组立即着手实验印证。不出一个月,他们便制作出一只六条腿的机器虫。它没有触觉传感器和反馈机制,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。但运行的效果却出奇的好,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,相反它会在瞬间恢复原先的稳定,这远远超出他们的想象。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后顾之忧,基本不用为以后的应用型机器虫的平衡问题操心了。
之后,富尔与一家名叫“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,在意外摔倒,哪怕是重重的仰面朝天后,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。
机器虫有望进入太空
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容易。
但富尔并未就此满足,他将“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,投放至火星表面,那它传回的就不仅是这么一点可怜的资料信息了。
美航空航天局的专家一点不隐讳现在太空车所存在的缺陷,但这是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。让索伯特·富尔感到欣慰的是,近日美国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,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。