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《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

旨在向全国广大群众,特别是具有中等文化程度的广大青年,普及科学技术知识,繁荣科普创作,启迪思想,...

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把机器穿在身上

2013-02-16 20:24:18

晓阳

自古以来,已经成为地球“主宰”的人类对自己已有的能力却从不满足,还在不断幻想自己具有超常的能力。不少神话传说中就体现着这样的意愿,中国古典神魔小说《西游记》就是典型的代表。小说中的千里眼视力超群,顺风耳听力超常,哪吒的风火轮令其行动灵活自如,巨灵神的臂力超常,孙悟空具有一个筋斗就十万八千里的超常飞行能力。现代科技令人们的这些幻想逐步变成现实:电话成为了人们的顺风耳,望远镜成为了人们的千里眼,汽车成为了人们的风火轮,而火箭则具有了孙悟空的飞行能力。不过,这些现代化机器都是身外工具,不少人尤其是残疾患者希望一些机器能和自己的身体融为一体,弥补自己的身体缺陷,或是提高自己的行动能力。现在,这样的机器越来越多,与人体的融合能力也在逐渐增强。

跟随机械往前走

很多人都曾有过这样的想法:人类的双腿为何没能进化成两个轮子的模样?为此,美国一家新概念运输公司推出了一款新型的可穿戴式电动车,该车轮可以直接套装在两条腿上,让人“变身”为靠两个轮子行走的生物。这款电动车不需要用手来驾驭,只需要借助腿部和臀部的细微运动,就能感受到你的各种意图,按照你的要求顺利前进,就好像那真是你的双腿一样。

日本研究人员也研发出了一种机械腿,它可以帮助人们毫不费力地往前走。机械腿内置有计算机、发动机、传动装置、电池和传感器,可以根据人的运动做出相应的反应。当行走时,机械腿会推动鞋底帮助使用者抬起腿。当蹲着时,机械腿还会帮助使用者托举臀部,不至于蹲得太累。当停下来不动时,机械腿可以将使用者往上承托至适当高度,让机械脚而不是人脚来支撑身体的重量,人感觉就像坐在椅子上那样舒适。

美国加州帕萨德纳设计学院的学生杰克·罗尼亚克结合变形金刚机器人、可穿戴机器人、三轮摩托等机器的特点,设计出了一款外形奇特、功能也不错的可穿戴式摩托车。该车的车身由36 块经压缩空气推动的人造肌肉组成,另外还有7 块人造脊椎骨。当司机将这个车身穿在自己身上时,基本上可以做到人车一体,身体向哪边转,车子便会向哪边转,就如同摩托车长在身上一样。

在伊拉克战争中致残的一位美军退伍军人安装上了全球第一只智能机械脚。这款机械脚是由美国麻省理工学院的科学家发明的,使用者向前移动产生的动力储存在弹簧中,然后在使用者的脚离地时释放出来。智能机械脚里还贮存有一个微型电脑,可以对患者的行动进行预测和计算,让机械脚做出合理的反应,以此可实现让使用者能够以一种更自然、更舒适的方式行走或奔跑,这是传统的假肢所无法实现的。

机械上肢令人举重若轻

对于一些流水线上的工人而言,每天要数百次甚至数千次地抬举胳膊从事某项劳动。美国一家公司开发了一种可以佩戴在胳膊上的机械臂,能帮助流水线上的工人轻松地举着胳膊,减少高强度的劳作对胳膊的伤害。这个机械臂系统由多个部件组成,包括弹簧机械臂、盒式弹簧、腕部支撑环和支撑器。如果胳膊停止运动,机械臂就起到支撑胳膊的作用。机械臂不但可以消除重复劳动可能带来的损伤,还可以帮助人们举起重物。

在科幻电影《蜘蛛侠》中,章鱼博士的机械胳膊十分柔软而且伸缩自如。德国研究人员发明的机械象鼻和它十分类似,它可以通过伸展和卷曲来进行搬运、装卸的工作。在近期的一些实验中,机械象鼻可以灵活地从人们手中取走苹果、西红柿等蔬果,并交给另一个机械象鼻。研究人员希望以后机械象鼻能安装在人体上,让人们可以完成一些特别的任务,比如外科医生可以把自己佩戴的机械象鼻探伸到患者的肠胃中进行手术,而无需在患者肚子上划一刀。

此外,科幻电影《钢铁侠》中的主人公斯塔克发明了一套奇特的高科技装甲,令他成为了超人一般的钢铁侠。在现实世界中,美国雷神公司的科研人员确实发明出一种如同影片中的钢铁铠甲。当士兵穿上这套钢铁铠甲时,在强劲机械的帮助下,力气可较常人增强17 倍以上。在一次演示中,负责测试工作的工程师穿上机械铠甲后,就如同中国武侠小说中的武林高手那样,单手就能劈开一堆坚硬的木板。在这次演示中,他还完成了多个不同项目的力量展示,比如做俯卧撑、搬运炮弹等。

目前,全世界大约有120 万人手指残缺,其中一部分是由天生缺陷所致。英国一家智能假肢科技公司开发出可以接受患者大脑指挥的智能义指。患者做出某项决定后,大脑产生的神经信号就会传递到残指的神经末稍,然后再把信号传递给义指中埋设的灵敏的感应器,从而驱动义指中大量的微型液压电机,让义指根据患者的意愿做出各种动作。为了让自己的义指看上去和真指一样,患者还可以选择在义指外部套上逼真的人造塑胶皮肤。

个人飞行器小巧贴身

自古以来人们就希望能像鸟儿一样自如地飞翔,飞机虽能翱翔蓝天,但需要特定的场地起降,小巧贴身的个人飞行器才能真正满足人们的幻想。在科幻影片《007 系列之霹雳弹》中,007 特工被杀手逼到阳台上后,他跳下阳台,启动飞行背包,扬长而去。几年前,一位英国飞行员斯图亚特·罗斯开始研制飞行背包。这种飞行器的工作原理和火箭的原理相类似,飞行者背包中的火箭筒点燃后,喷射出高压气流,就能推动飞行者顺利飞行。

在系列科幻影片《蝙蝠侠》中,蝙蝠侠只要身穿高科技打造的蝙蝠战衣,就能像蝙蝠一样飞翔。德国研究人员受此启发,研制出一种类似蝙蝠战衣一样的单人飞行翼。飞行翼安装有制导、供氧和稳定系统,并使用一个小涡轮喷气机为其提供动力。飞行翼还有不少隐身设计,可以轻易避开雷达的跟踪。这种飞行翼可让士兵从万米高空一跃而下,神不知鬼不觉地穿越敌人的防线,直达敌方腹地。

让聋哑患者听声说话

聋哑患者听不到声音的主要原因是耳蜗损坏,声音无法从耳蜗传入内耳神经,先天性耳聋还会导致患者无法学习说话。解决这个问题最直接的办法就是制造一个人造耳蜗。美国一家公司开发了一种耳蜗,其主体是一些电极,可将麦克风接收到的声音信号传递给电极,电极随即把信号传递给患者的听觉神经。

美国另一家听力公司的研究人员还发明了牙齿听声装置。这一发明的原理是通过牙齿把声音由颌骨传入内耳神经。听声装置的主体是一套环绕在牙齿周围的小型探测装置,可以探测到从安装在耳朵里的麦克风中传来的声音,并把这些声音转化为振动。这些探测装置的体积也很小,而且安装在口腔内部的侧牙上,患者张嘴说话也不会显露这些装置。

当我们想说话时,大脑会把神经信号传递给声带,我们就可以开口说话。然而,有些患者因为天生声带残疾而说不出话来。为此,美国研究人员又开发出一种高科技贴片,将其贴在喉部就可以破译出大脑传递给嗓子的神经信号,然后变成电子信号传输给电脑,让电脑帮助患者说话。

电子系统令盲人重见光明

美国一家视觉公司开发出人造眼,可以帮助盲人重见光明。患者眼底被植入一小块电极,辅助该电极完成视觉功能的则是安装在特制镜框上的微型摄像机、发射器和微型电脑。电脑将摄像机捕捉到的景象进行处理,再由无线发射器将处理好的信号传送给人造视网膜,刺激残存的正常视网膜细胞后,把信号沿视觉神经送到大脑。这样,盲人的大脑中就可以出现周围环境的图像了,就像自己亲眼所见的一样。

英国国防部的研究人员发明了独特的“脑舌连接”系统,该系统可让盲人通过舌头传递图像信息。舌头是很灵敏的感觉器官,可以接收摄像头传输的图像信号,然后通过味觉神经直接传输给大脑的视觉神经区域,在大脑里成像,让盲人可以真切地“看到”周围的图像。

电极帽帮助“懒人”写微博

到网络上去写微博,就得用手去敲击键盘。有人就会幻想,可不可以把脑中的想法直接传输到自己的微博上呢?美国威斯康星大学的一名大学生迈克尔让一些“懒人”的梦想成真。他发明了一种可以读懂脑电波的电极帽,帽子上紧贴头皮的电极可以搜集大脑中的脑电波,并通过电缆传输到电脑,专用的软件可以把人们的想法“翻译”出来,然后变成文字或图像发布到微博上。或许有人会想,在学校用这个奇特的发明来写作文多省事呀,无需动笔,腹稿就可变成白纸上的黑字。然而,由于这个电极帽的“翻译”能力还比较有限,只能读懂一些简短的脑电波,因此发发微博是可以的,要写较长且逻辑性较强的博客或作文就有些力不从心了。

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