《科学画报》
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登陆火星的“手抓球”
2019-08-12 23:15:00小朋友爱不释手的手抓球玩具真是太奇妙了！它虽然构造简单，看上去不堪一击，实际上却坚不可摧！几根五颜六色的小木棍用弹力绳串起来，做成一个不太标准的球，攥在手里，不管怎么拉它、撞它、压它，它都能迅速恢复原状。
美国国家航空航天局的阿德里安·阿戈吉诺刚刚购买了一个手抓球，不过他不是买给孩子的，而是买给自己的。因为他和他的同事维塔斯·桑斯皮拉尔想知道，这个奇妙的玩具到底隐藏了什么科学道理。
真正的太空探索者
人类并不是踏足太空最多的探索者，机器才是。在这些英勇无畏的“探索者”当中，有探测器，也有太空望远镜，比如我们耳熟能详的“旅行者”号探测器、“好奇”号火星车、哈勃太空望远镜。
之所以让机器代劳，是因为太空环境对人类很不利。太空中没有氧气，而且存在致命的辐射，微重力环境也会打乱人体的生理状态，因为它会使骨骼变薄，重塑肌肉和器官，还会影响血液流动。
当然，太空环境是公平的，它对机器也谈不上友好。虽然机器不需要呼吸，也没有肌肉和血液，但是一旦与环绕四周的岩石、灰尘、太空垃圾相撞，后果就像被子弹射中一样。所以一台机器在外星球着陆时，难度是超乎想象的。
火星车，别翻
探测器的着陆有多难？盘点一下历次火星任务就知道了。已经完成的约50次火星车发射任务，有近60%是失败的——那些火星车要么坠毁，要么爆炸，要么失联。
在火星上着陆是非常棘手的任务。首先，火星车要从飞船中分离出来，或者说弹射出来，然后，它必须迅速减速，缓缓飘向地面，最后轻轻落地，稍有不慎就会坠毁。过去，工程师采用了各种各样的方法：弹性气囊、反向点火的火箭、降落伞、飘浮的空中吊车……即使同时拥有这么多黑科技，2012年“好奇”号的着陆过程仍然惊心动魄，以至于它从进入火星大气层到着陆的7分钟，被美国国家航空航天局的研究人员形容为“恐怖7分钟”！
在火星上着陆只是万里长征完成了第一步。接下来，火星车要避免抛锚、翻车，还不能碰到附近的障碍物。而这一切都需要地面的控制中心替火星车环视四周，排查潜在危险，然后下达准确无误的指令，整个过程耗时很久，火星车只能原地等待，所以探测任务常常效率低下，进度迟缓。
如果能仿照手抓球做出一个机器人，那么将大大降低难度系数。因为这样的机器人，即使发生碰撞也能自己恢复原状，行动灵活，不易损坏。
灵感来自玩具
科学家想向手抓球取经的，是如何拥有张拉整体式结构。“张拉”的意思是可伸缩，“整体”的意思是能够保持坚固形状而不被折断。也就是说，具有张拉整体性质的物体，同时具有弹性和硬度，这就是为什么即使将手抓球重重地砸在地上，它也能迅速恢复原状的原因。
“这是个绝佳的火星着陆器！”阿戈吉诺惊呼。跟传统的火星车不同，这种完全由棍杆和弹力绳组成的机器人无须借助降落伞、气囊、空中吊车，就可以顺利在火星上着陆。不用担心在着陆的那一瞬间遭遇强烈撞击，反正它马上就可以回弹成原状。
顺着这一思路，桑斯皮拉尔和阿戈吉诺设计出了第一个张拉整体机器人，名叫“超级球”（SuperBall Bot）。它在方方面面都从手抓球上汲取了灵感。互锁的支杆和绳索，就相当于手抓球的小木棍和弹力绳。只不过，由于没有涂上花花绿绿的颜色，所以看上去更像一个铁架搭起的篱笆。
蹒跚学步
为了让超级球学会行走，工程师在它的每一根支杆上都安装了微小的马达、传感器，以及运行人工智能软件的计算机。
大多数探测器上的计算机程序预先输入大量指令算法，让机器人遇到问题时直接调用。但超级球用的不是这老一套。它采用的人工智能软件模仿人脑的学习模式，可以让电脑程序——或者说机器人——自主学会适应新环境，遇到问题自己找到解决办法。
于是，超级球通过自学，知道了如何驾驭自己这副“能屈能伸”的身体。马达牵引绳索产生力矩，众多力矩合在一起，就完成了一个动作。就这样，超级球如同蹒跚学步的婴儿一样，迈出了它作为太空探索者的第一步！
完美首秀
为了检验超级球是否足够聪明，美国国家航空航天局的科学家在一个户外模拟基地为它安排了首秀。模拟基地的地面上铺满了岩石，还布置了环形山，以此来模拟火星上崎岖不平的表面。
超级球的表现不负众望，它顺利通过了所有障碍物，当从小型平台上掉落之后，也能在被压扁的瞬间立刻回弹。
今天，所有人都可以在视频网站上看到超级球的研究进展。到目前为止，超级球已经自学了翻滚、平躺、站立这些动作。它现在的行进速度是8千米每时，而计算机模拟结果显示，它还可以更快！不过，科学家不想拔苗助长，他们说，在火星上行走需要慢一点，稳一点。
除了火星，科学家还为超级球安排了另外两个去处。一个是土卫六，那是土星的卫星，是一颗神秘莫测又充满挑战性的星球，海洋、河流、湖泊都装满了液态甲烷。另一个去处是木卫二，那里非常寒冷，如果去那儿的话，超级球还得学会滑冰！
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