火星车倾倒问题——嵌套原理应用

一个科幻故事里描述了一次火星探险。宇宙飞船降落在一个石头山谷，宇航员乘坐一两火星车开始火星之旅。这个特型火星车有巨大的轮胎，当行驶到陡坡时，很容易在石头的颠簸下翻车。怎么办？

这个问题刊登在一本杂志上，收到了大量的读者来信，提供解决办法：

在火星车的下面悬挂重物，降低整车的重心，增加稳定性；

将轮胎的气放出一半，轮胎下陷，增加稳定性；

在火星车的两边分别多安装一只轮胎；

让宇航员探出身体来保持车子的平衡；

……

上面的各种建议，确实能改善火星车的稳定性，但明显都带来另一些问 题，比如：降低了火星车的运动性能，降低了车速，让火星车变得更复杂，增加宇航员的危险性等。

由于以上正反两方面问题的存在，有一位读者干脆建议：“什么办法都没有了，让宇航员走路吧！”

这个问题似乎是一个难以解决的问题。

突然，萃智先生出现了。

“将重物放得非常低以接近火星的地面，以降低车子的重心而且在火星车里面。”他说。

随后，一个基于嵌套原理的解决方案展示了出来：在火星车的轮胎里放置球形重物，这些重物可以滚动，总处在轮胎的最下面，以最低的重心来保持火星车的稳定。

这个故事用到了嵌套（nesting）原理，该原理体现在两个方面：

1.将第1个物体嵌入第2个物体，然后将这2个物体一起嵌入第3个物体，……

比如：碗与碗的嵌套叠放；纸杯与纸杯的套放，还有桶与桶的嵌套叠放等。

2.让物体穿过另一物体的空腔。

比如：拉杆天线；液压缸、气缸；可伸展的货车套叠车厢。

套装的目的是在不影响原有功能的情况下：A）在需要时，可以减少系统的体积和便于携带，也可以减少系统的重量，比如伸缩式多级液压缸等；B）不妨碍正常作业，比如飞机的起落架；C）减少物体在超系统中的存放体积，比如超市的手推车；D）充分利用系统的空间，从而减少系统的占用空间，比如推拉门。

嵌套原理与软件设计思想中的组合模式（程序段嵌套）在组织上类似，但目的还是有些诧异，软件设计中的组合模式的目的是一致性对待，而嵌套原理的目的是为了节省空间。

考虑嵌套时可以尝试从不同的角度来考虑嵌套：水平，垂直，旋转和包容，考察能否节省了空间或者减少重量。

需要注意的是：运用这种原理时有时会削弱嵌套物体的功能，故应尽量避免这种影响。

参考文献：创新与发明，http://coursehome.zhihuishu.com/courseHome/1000009064/80304/16?state=1#teachTeam；

https://wenku.baidu.com/view/57bbf0400029bd64793e2c4e.html; https://wenku.baidu.com/view/968d116acebff121dd36a32d7375a417866fc12b.html；