像沙漠蜥蜴一样在沙里“游泳”，这听起来像某种异想天开的科幻设定。但此刻，德国的一群研究者正在把这种运动方式搬上一辆火星探测车的轮子，而且他们初步的测试结果，比传统沙地行驶方式来得更顺畅。这辆概念车的核心不再是简单的圆形车轮，而是一套能模拟沙鱼在沙粒中划动肢体的曲面推进装置——轮子滚动时，不光是向前转，还能像鱼鳍一样侧向推沙，在松软的沙地上画出连续的正弦波轨迹。
我们不妨先把目光从轮子上移开，看一眼这个项目背后的整盘棋。你或许好奇，为什么非要在火星上跟沙子较劲。答案藏在那颗红色星球最壮观的伤疤里：水手谷。水手谷是火星上一道巨大的裂谷系统，被戏称为“火星版科罗拉多大峡谷”，它的尺度更为惊人——如果把它搬到地球上，能从纽约一直裂到洛杉矶。正是这道峡谷的深处，科学家们一直猜想，可能藏着被遮蔽的液态水痕迹，而这些潮湿的微环境，或许正好为生命提供过栖身之所。
但水手谷的地形可以用“残酷”来形容。陡峭的崖壁、绵延的沙丘、碎石坡和随时可能让车轮打滑的松软沙地，让任何一种传统的巡视探测都变得举步维艰。正是这种挑战，催生了德国宇航中心旗下德国航天局的一个雄心勃勃的计划——Valles Marineris Explorer，简称VaMEx。这个项目的目标，并不是只造一辆更强悍的火星车，而是设计一套完全自主的、由不同类型机器人组成的异构机器人群，像一支互补配合的探险队，联合探索水手谷中的大片区域。
在这支机器人队伍里，有负责在地面行走的方案，有能飞起来俯瞰地形的旋翼系统，也有可以稳稳推进的轮式驱动。而VaMEx团队真正感兴趣的是：能不能让这三种移动方式彼此借力，让每一种概念的长处都发挥出来，共同应对多变的环境特征。就在这个寻找最优解的交叉点上，一种极为特殊的行驶方案跳了出来——它不靠更深的纹路和更宽的胎面应对沙地，而是直接抄袭了一种在沙子里活了一百万年的动物。
这种动物被叫作“沙鱼”，其实是一种生活在沙漠中的蜥蜴。它平时就在松散的沙粒表层下潜行，四肢快速拨动沙子，身体像在液体中游动一样丝滑地前进，几乎不会陷在原地。维尔茨堡大学的一个研究组盯上了沙鱼的这种移动模式，他们与位于德国不来梅的德国宇航中心研究人员合作，把沙鱼与沙地互动的力学特性翻译成了一组车轮设计指令。这些车轮不再是简单的圆柱面，而是带有特殊曲面的结构，在旋转时既能产生常规的纵向推进力，又能同时制造出侧向力，让轮子像在做一种连续的“横向划水”。
可以这样想象：普通车轮在沙地上滚动，主要靠胎面与沙粒的摩擦力往前推，一旦沙地太软，车轮就把沙子向后刨出一个小坑，然后自己越陷越深；而沙鱼式曲面轮则会在滚动的同时向外侧反复推挤沙粒，给车身一个横向的位移分量。这种复合运动在沙地上留下的是平滑的正弦波状、或者说是S形的印痕，而不是两条深沟。实际上，轮子每一圈的转动都在重演沙鱼一个划动周期的力学动作，把单纯的前进变成一种二维平面上的“游动”。
主导这项仿生移动研究的是该校的计算机科学家马可·施密特，他同时担任嵌入式系统与对地观测传感器教席的负责人。施密特的团队已经把这套曲面轮带到沙地上进行过实地测试，从目前释放的信息来看，这种仿生设计在穿越沙地时展现出了比传统行驶方案更好的通过能力。这里没有夸张的成分，也不需要“降维打击”之类的宣传词——只是一个工程事实：一种车轮同时利用纵向和横向力，能在颗粒介质中获得额外的移动自由度，进而降低陷沙风险。
火星上的机械，不管是漫游车还是着陆器，都必须和沙、砾石、斜坡以及那些看起来平坦却充满不确定性的地形持续博弈。在这个过程中，移动性、稳定性和效率三个指标常常互相打架。想要扎实的抓地力，就可能牺牲行驶速度和能源效率；追求平稳的稳定性，又可能让车轮在面对软沙时缺乏应变能力。因此，任何能够在松散地表上同时兼顾这三者的推进方式，都值得被认真对待。而沙鱼给出的方案，恰好是利用了沙地本身的流动性，而不是试图压制它。
我们不妨退一步思考：传统工程思维面对沙地，通常的解法是增粗花纹、加大轮径或者降低胎压，本质上是把沙子当作需要对抗的障碍。而沙鱼的策略却恰恰相反——它把沙子当成一种可以被“划”开的介质，把滑移本身变成推进的一部分。这种逻辑转换，才是这套曲面轮最耐人寻味的地方。它的每一次侧向推沙并非无意义的能量损耗，而是有意为之的推进动作，如同蛙泳时手掌向外划水获取前向动力一样自然。
或许有人会问：这组曲面轮既然能像沙鱼一样游动，是否意味着它完全不需要摩擦力？并不是。它仍然依赖沙粒之间的内摩擦和颗粒与轮面的接触，但通过侧向力分量，它能主动调整轮下沙粒的堆积状态，在轮前形成一个动态支撑楔，使得车身可以持续“浮”在沙面之上，而不是不断下陷。可以类比为雪地行走时，人们穿宽大的雪鞋来分散体重，而沙鱼轮则更进一步——它不仅是分散压力，还在不断主动重塑脚下的支撑面。
关于车轮在沙地上留下的正弦轨迹，也值得多说两句。这条轨迹并不是一种装饰性的副产品，而是轮子复合运动的物理指纹。如果你有机会从正上方向下看，便能观察到轮印并不是一条直线，而是一条平滑的波浪线，就如同一条沙蛇刚刚扭动身体游过那里。这条波浪线的每一个周期，都对应着车轮曲面结构完成一次侧向推沙与回位的过程，而波幅大小则与侧向力的强度直接相关。通过对轨迹波长和振幅的分析，工程师可以反过来推算轮子在不同沙地条件下的实际推进效率。
至于这种侧向力会不会让车身不断左右摇摆，导致探测设备无法正常工作，也是个很自然的疑问。实际上，车辆的整体行进方向依然是直线或大半径曲线，因为左右两侧车轮的侧向力是镜像对称的，它们产生的横向净作用力在车体上相互抵消。车身或许会有些许横摆振荡，但这完全可以被悬挂系统和姿态控制算法吸收。在模仿生物运动的同时，工程上对控制精度的要求一刻也没有放松。
回到VaMEx的整体框架里，这款能“游泳”的火星车只是异构群体中的地面单元之一。它的同伴可能包括能够飞越沟壑的无人机和能攀爬岩壁的腿式机器人。设想一下这样的场景：当飞行单元在空中侦察到前方有一片高风险沙丘区，便将地形数据传回给地面车；曲面轮漫游车据此规划出一条相对安全但蜿蜒的路线，在沙地上缓缓划过，避开最松软的陷阱；与此同时，腿式机器人则在它旁边一步步登上倾斜的硬质岩架，去检查那些车轮无法触及的岩洞。这种群体协作，才是VaMEx试图打通的真正能力边界。
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