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任何嘗試在細沙中移動的人——無論是沿著海灘奔跑還是在沙漠中駕駛——都知道鬆散的顆粒狀地面給移動帶來的困難。現在，藉助六足機器人，一個研究團隊已經確定了足部、輪子或其他推進方式的深度、方向和方位如何影響在沙子和其他型別的可變形表面上行進的能力。
許多小型有腿動物——更不用說機器人了——很難在天然基質上移動，如沙子、礫石、碎石、土壤、泥土、雪、草和落葉，這些基質與堅實的地面不同，會在壓力下變形。“陸地動力學”的研究——相對於空氣動力學或流體動力學——應該有助於工程師和設計師更好地理解如何在這些表面上行進，研究人員在3 月 22 日出版的《科學》雜誌上報告說。(pdf)
由佐治亞理工學院物理學家丹尼爾·戈德曼領導的團隊寫道：“弄清楚這一點比研究在流體中運動還要困難。” “與這種‘流動地面’相互作用的複雜性可能與在流體中運動期間的複雜性相當甚至超過。”
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戈德曼和他的同事——加州大學伯克利分校的博士後研究員陳力，以及戈德曼實驗室的博士生張廷楠——為他們的機器人 3D 列印了各種形狀的腿，並開發了方程，可以準確預測每種腿型別如何移動這個 150 克重、13 釐米長的裝置透過不同型別的顆粒狀表面 [見下方影片]。這些方程描述並預測了這種型別的運動可能意味著，可以製造出能夠穿越幾乎任何地形的機器人和其他車輛，以及那些註定要遭受與火星探測漫遊者“勇氣號”相同命運的機器人和其他車輛。“勇氣號”六年 7.7 公里的旅程在 2009 年末結束，當時它的輪子陷入了一片鬆散的火星土壤中。
這個始於 2007 年的專案的最新成果建立在早期的實驗基礎上。在 2009 年 2 月，戈德曼領導了一項發表在《美國國家科學院院刊》上的研究 (pdf)，該研究描述了機器人如何才能最好地在顆粒狀表面上“行走”。當時，他和他的團隊建造了一個六足、30 釐米長的“沙地機器人”——重 2.3 公斤——它可以適應表面變化，沿著一條裝滿罌粟籽的 2.4 米長的軌道行進。
就像戈德曼目前的機器人一樣，“沙地機器人”也使用六個形如撇號的“c 形腿”行進。該實驗的主要教訓之一是，減慢“沙地機器人”腿部的移動速度可以讓沙子更像固體表面。研究人員能夠讓“沙地機器人”以每秒 30 釐米的速度移動（仍然只有它在堅實地面上移動速度的一半）。
研究人員表示，在這兩項實驗中，凸起的 C 形腿比直的槳狀腿效果好得多，因為前者有助於機器人產生大的升力和小的身體阻力。更直的腿會更深地陷入沙子中。