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人与自然 系列丛书-第章

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  人们给机器装上机械手,用来到危险作业地方去搬运重物,由于机械手受形状、大孝动力源方面的制约较少,因此设计的自由度也就大,许多国家已广泛使用机械手。1966年一架美国军用飞机在地中海上空失事,将一枚氢弹坠入海底,美国海军部用机械手式打捞器进行打捞,这个打捞器重达1吨,而它的机械手却能提起几吨重的物体。打捞器配备有摄象机、声波探测仪、定位仪和信号灯等各种精密仪器,以螺旋桨推动机器在海底移动,打捞器在海底的情况通过摄象机显示在指挥船的电视屏幕上,工程师们据此通过电子计算机对打捞器进行操纵。1969年前苏联戈尔夫级攻击型导弹潜艇在夏威夷西北海域沉没。美国海军派出“格拉玛”勘探号作业船进行打捞。这艘深海作业船用3部吊车将大型蟹爪式机械手放入海底,操作人员在船上通过电视屏幕控制机械手用5对夹钳把这艘长达百米的潜艇从5000米深的海底提起,由于艇身断裂,仅捞起艇首部分,而后半部分仍坠入海底。




仿真技术和人造现实感
  人造现实感这个词是20世纪70年代中期就已经开始使用了,起先是使用仿真这个词的。说起仿真,大多数情况是指用计算机按照科学方法来阐述事物的场合,而且,更是适用于下列情况:用实际装置进行试验或实验要花庞大经费的场合;伴有危险状况的场合;开发新设备所花费用特别大。 
  那么,在许多场合让人也参与在模拟的现实世界中,能使人进入由计算机等硬件构成的世界,并使人感觉到宛如身临其境的体验,这就是仿真技术中的人造现实感。 
  这里以仿真技术的代表——模拟飞行器为例。模拟飞行器是飞机研制和飞行员培训中心不可少的装置。 
  模拟飞行器大致有五部分组成:一是操纵席部;二是外部视野装置;三是运动装置;四是实时运动计算机部;五是飞行员。其中与人有关的部分有:由触觉控制的操纵席部和引起视觉的外部视野装置以及产生体感的运动装置。 
  与视觉有关的是从窗户所见到的外部状况与实际状况是完全相同的。现在使用专用的视野发生装置,特别是近年利用晶体组织技术,能逼真地显示出云层、海面、飞机高空滑行姿态和山坡表面等有质感的图像。 
  进而,如加上图像变换技术,就可以把地形、建筑物的摄影定格,而且能逼真地制出与实际状况几乎完全相同的外部视野。为了体验身临其境的感觉,可利用仿真技术显示无限远的境界,宽广的境界直至圆顶形天空的境界。 
  最近正在研究头戴显示屏式的眼镜,飞行员只要戴上它,就可以观察外部视野。 
  与体感有关的是运动装置,它是用于驱动飞行员的操纵座位的,使飞行员可以从身体上直接感觉到飞行运动的加速度。 
  用上述视觉甚至触觉的仿真技术,除用于航空方面外,在原子能、医学、化学等方面都有需要。 
  现在进行的人造现实感的研究,其研究课题是用最简便的器具模仿人类相应的视觉、触觉等感官,构成有较高逼真度的人造现实感系统。




仿生学在21世纪将大有用武之地
  我们都知道,奶牛吃下去的饲料主要是草,但挤出来的却是雪白雪白的牛奶,而牛奶可以说是营养最全面、最丰富,也最受人们普遍欢迎的天然食品之一。 
  于是,有的科学家就大胆地进行设想,能不能搞一个“牛奶生产流水线”,模仿奶牛的整个吞食、消化、吸收系统,包括粉碎、搅拌、振荡、消化酶的催化、加温加压、残渣排除以至生物化学溶剂作用下的分子结构的转化等一系列过程,最后达到的效果将是:在这种流水线的一头送进去的是草,而另一头则喷射出白花花的牛奶。这样的流水线该有多奇妙呀!不要认为这只是痴人说梦,从理论和技术角度来讲,这种前景是完全有可能达到的,而这就是所谓“仿生学”的研究目标和任务。 
  “仿生学”是在本世纪中叶开始进入实质性开发的。当时有的科学家发现蝙蝠实际上没有眼睛,可是它却能快速飞行捕食,而且不会撞击在树干或其他物体上。这是什么道理呢?通过研究,科学家们发现,蝙蝠身体内分别有一个小小的然而十分灵敏的超声波发射器和一个吸收器,它在飞行过程中不断地发射出声波,声波遇到任何障碍物都会立刻折射回来,并被吸收器获取,这个信息马上会反应到蝙蝠的神经中枢,从而指挥它的飞行系统迅即改变飞行方向。我们如果仔细观察一下蝙蝠在暮色苍茫中疾速地飞来转去捕食昆虫的行动轨迹,就能体会到它的声纳系统有多么奇妙了。后来,科学家们模仿蝙蝠体内的这种结构,制造出了多种用途的声纳仪器,可广泛运用于军事、航海、捕鱼、探测等各个方面。 
  还有一种小甲虫,叫象鼻虫。它的眼睛是复眼,呈半球形,许多小眼排列在曲面上。在飞行中,不同的小眼是在不同的时刻看到外界同一个物体的。 
  象鼻虫根据各个小眼看到同一个物体的时间差以及自身在此期间飞过的距离,可以飞快地“计算”出它相对于地面的飞行速度,它的眼睛是天然速度计。模仿象鼻虫复眼的这种功能原理,人们研制成了一种测量飞机着陆时相对于地面的移动速度仪器—地速计,已经在飞机上普遍使用。这种地速计也可用来测量导弹攻击目标时的相对速度。 
  大自然中的许多生物各有其千奇百怪的特殊生理功能,如果能把它们广泛运用于人类的机械、仪器和工艺,将能使科学技术和工农业生产出现新的飞跃,因此,不少科学家断言,仿生学在下一个世纪将成为最有前途的新技术学科之一,它将为人类进步作出巨大的不可估量的贡献。

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