像沙漠蜥蜴一樣在沙里“游泳”，這聽起來像某種異想天開的科幻設定。但此刻，德國的一群研究者正在把這種運動方式搬上一輛火星探測車的輪子，而且他們初步的測試結果，比傳統(tǒng)沙地行駛方式來得更順暢。這輛概念車的核心不再是簡單的圓形車輪，而是一套能模擬沙魚在沙粒中劃動肢體的曲面推進裝置——輪子滾動時，不光是向前轉，還能像魚鰭一樣側向推沙，在松軟的沙地上畫出連續(xù)的正弦波軌跡。

我們不妨先把目光從輪子上移開，看一眼這個項目背后的整盤棋。你或許好奇，為什么非要在火星上跟沙子較勁。答案藏在那顆紅色星球最壯觀的傷疤里：水手谷。水手谷是火星上一道巨大的裂谷系統(tǒng)，被戲稱為“火星版科羅拉多大峽谷”，它的尺度更為驚人——如果把它搬到地球上，能從紐約一直裂到洛杉磯。正是這道峽谷的深處，科學家們一直猜想，可能藏著被遮蔽的液態(tài)水痕跡，而這些潮濕的微環(huán)境，或許正好為生命提供過棲身之所。

但水手谷的地形可以用“殘酷”來形容。陡峭的崖壁、綿延的沙丘、碎石坡和隨時可能讓車輪打滑的松軟沙地，讓任何一種傳統(tǒng)的巡視探測都變得舉步維艱。正是這種挑戰(zhàn)，催生了德國宇航中心旗下德國航天局的一個雄心勃勃的計劃——Valles Marineris Explorer，簡稱VaMEx。這個項目的目標，并不是只造一輛更強悍的火星車，而是設計一套完全自主的、由不同類型機器人組成的異構機器人群，像一支互補配合的探險隊，聯(lián)合探索水手谷中的大片區(qū)域。

在這支機器人隊伍里，有負責在地面行走的方案，有能飛起來俯瞰地形的旋翼系統(tǒng)，也有可以穩(wěn)穩(wěn)推進的輪式驅動。而VaMEx團隊真正感興趣的是：能不能讓這三種移動方式彼此借力，讓每一種概念的長處都發(fā)揮出來，共同應對多變的環(huán)境特征。就在這個尋找最優(yōu)解的交叉點上，一種極為特殊的行駛方案跳了出來——它不靠更深的紋路和更寬的胎面應對沙地，而是直接抄襲了一種在沙子里活了一百萬年的動物。

這種動物被叫作“沙魚”，其實是一種生活在沙漠中的蜥蜴。它平時就在松散的沙粒表層下潛行，四肢快速撥動沙子，身體像在液體中游動一樣絲滑地前進，幾乎不會陷在原地。維爾茨堡大學的一個研究組盯上了沙魚的這種移動模式，他們與位于德國不來梅的德國宇航中心研究人員合作，把沙魚與沙地互動的力學特性翻譯成了一組車輪設計指令。這些車輪不再是簡單的圓柱面，而是帶有特殊曲面的結構，在旋轉時既能產(chǎn)生常規(guī)的縱向推進力，又能同時制造出側向力，讓輪子像在做一種連續(xù)的“橫向劃水”。

可以這樣想象：普通車輪在沙地上滾動，主要靠胎面與沙粒的摩擦力往前推，一旦沙地太軟，車輪就把沙子向后刨出一個小坑，然后自己越陷越深；而沙魚式曲面輪則會在滾動的同時向外側反復推擠沙粒，給車身一個橫向的位移分量。這種復合運動在沙地上留下的是平滑的正弦波狀、或者說是S形的印痕，而不是兩條深溝。實際上，輪子每一圈的轉動都在重演沙魚一個劃動周期的力學動作，把單純的前進變成一種二維平面上的“游動”。

主導這項仿生移動研究的是該校的計算機科學家馬可·施密特，他同時擔任嵌入式系統(tǒng)與對地觀測傳感器教席的負責人。施密特的團隊已經(jīng)把這套曲面輪帶到沙地上進行過實地測試，從目前釋放的信息來看，這種仿生設計在穿越沙地時展現(xiàn)出了比傳統(tǒng)行駛方案更好的通過能力。這里沒有夸張的成分，也不需要“降維打擊”之類的宣傳詞——只是一個工程事實：一種車輪同時利用縱向和橫向力，能在顆粒介質(zhì)中獲得額外的移動自由度，進而降低陷沙風險。

火星上的機械，不管是漫游車還是著陸器，都必須和沙、礫石、斜坡以及那些看起來平坦卻充滿不確定性的地形持續(xù)博弈。在這個過程中，移動性、穩(wěn)定性和效率三個指標常?；ハ啻蚣?。想要扎實的抓地力，就可能犧牲行駛速度和能源效率；追求平穩(wěn)的穩(wěn)定性，又可能讓車輪在面對軟沙時缺乏應變能力。因此，任何能夠在松散地表上同時兼顧這三者的推進方式，都值得被認真對待。而沙魚給出的方案，恰好是利用了沙地本身的流動性，而不是試圖壓制它。

我們不妨退一步思考：傳統(tǒng)工程思維面對沙地，通常的解法是增粗花紋、加大輪徑或者降低胎壓，本質(zhì)上是把沙子當作需要對抗的障礙。而沙魚的策略卻恰恰相反——它把沙子當成一種可以被“劃”開的介質(zhì)，把滑移本身變成推進的一部分。這種邏輯轉換，才是這套曲面輪最耐人尋味的地方。它的每一次側向推沙并非無意義的能量損耗，而是有意為之的推進動作，如同蛙泳時手掌向外劃水獲取前向動力一樣自然。

或許有人會問：這組曲面輪既然能像沙魚一樣游動，是否意味著它完全不需要摩擦力？并不是。它仍然依賴沙粒之間的內(nèi)摩擦和顆粒與輪面的接觸，但通過側向力分量，它能主動調(diào)整輪下沙粒的堆積狀態(tài)，在輪前形成一個動態(tài)支撐楔，使得車身可以持續(xù)“浮”在沙面之上，而不是不斷下陷?？梢灶惐葹檠┑匦凶邥r，人們穿寬大的雪鞋來分散體重，而沙魚輪則更進一步——它不僅是分散壓力，還在不斷主動重塑腳下的支撐面。

關于車輪在沙地上留下的正弦軌跡，也值得多說兩句。這條軌跡并不是一種裝飾性的副產(chǎn)品，而是輪子復合運動的物理指紋。如果你有機會從正上方向下看，便能觀察到輪印并不是一條直線，而是一條平滑的波浪線，就如同一條沙蛇剛剛扭動身體游過那里。這條波浪線的每一個周期，都對應著車輪曲面結構完成一次側向推沙與回位的過程，而波幅大小則與側向力的強度直接相關。通過對軌跡波長和振幅的分析，工程師可以反過來推算輪子在不同沙地條件下的實際推進效率。

至于這種側向力會不會讓車身不斷左右搖擺，導致探測設備無法正常工作，也是個很自然的疑問。實際上，車輛的整體行進方向依然是直線或大半徑曲線，因為左右兩側車輪的側向力是鏡像對稱的，它們產(chǎn)生的橫向凈作用力在車體上相互抵消。車身或許會有些許橫擺振蕩，但這完全可以被懸掛系統(tǒng)和姿態(tài)控制算法吸收。在模仿生物運動的同時，工程上對控制精度的要求一刻也沒有放松。

回到VaMEx的整體框架里，這款能“游泳”的火星車只是異構群體中的地面單元之一。它的同伴可能包括能夠飛越溝壑的無人機和能攀爬巖壁的腿式機器人。設想一下這樣的場景：當飛行單元在空中偵察到前方有一片高風險沙丘區(qū)，便將地形數(shù)據(jù)傳回給地面車；曲面輪漫游車據(jù)此規(guī)劃出一條相對安全但蜿蜒的路線，在沙地上緩緩劃過，避開最松軟的陷阱；與此同時，腿式機器人則在它旁邊一步步登上傾斜的硬質(zhì)巖架，去檢查那些車輪無法觸及的巖洞。這種群體協(xié)作，才是VaMEx試圖打通的真正能力邊界。