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| 《大众科技》评出年度发明：能看病的魔镜 | 2011/05/29 |
| 自从开始评选最佳业余发明，《大众科技》发掘了无数“车库里的灵感”。这些发明有的旨在拯救世界，有的仅仅为了取乐。不管目的如何，发明者的才情和专注都令人惊叹。今年的10位获奖者延续了这一传统：可以诊断产前疾病的平安笔、如鼠标般小巧的精灵打印机、能即时狙击强光的液晶太阳镜…… 1灵活的义手 ●名称：“斯塔克手” ●研发时间：7年 ●研发成本：17000-18000美元 假手一般分三种：纯装饰性的美容手、运动功能有限的钩状手或其他低成本的机械手；可以更好地模仿真手的动作、但成本达数万美元的电子手。而马克·斯塔克发明的义手融合了三者的优点：它使用塑料部件，跟机械手一样轻便、便宜，外观及功能却像高端的电子手。 斯塔克的本职是为干衣机或其他电器设计电子管，他做义手，部分是为了帮助生来便没有左手的朋友戴夫·沃格特。这种义手不用电子元件，但每个手指上有三个关节(拇指上是两个)，可以独立弯曲，以适应所要抓握的东西的形状(包括钩状手无法抓握的不规则物体)。 钩状义手一般安装在使用者手臂末端，通过与肩带相连的牵引索控制开合。使用者耸动肩膀，牵引索便会拉动钩子，使之张开，使用者肩膀不动，牵引索松弛，钩子随之合上。“斯塔克手”使用同样的索控系统，但在掌中加了一个调控杆。这个调控杆与至少5根牵引索相连，这些牵引索连接到各个手指的背面。使用者通过肩部动作，可以让5根手指同时打开，而与调控杆相连的彼此独立的牵引索又可让各个手指独立合上。手指摸到目标物体后，关节处的弹簧才会回缩。借助这种设计，使用者可握住葡萄酒杯：部分手指抓住酒杯高脚，与此同时，另外的手指牢牢地抓着杯口。弹簧的弹性调节得很好，既可以轻柔地拿着鸡蛋，也可以有力地举起一把椅子。 斯塔克测试和改进了至少四代样品，现在，除了上班，沃格特到哪儿都用“斯塔克手”——— 他是一个机械工，必须不时搬动重物，这种活儿，钩状手更在行。更耐用的版本今年冬天可以面世，EdisonN ation公司最近相中“斯塔克手”，决定进行商业研发，现在正忙着把它推介给一个大型义肢制造商。 2装甲手套 ●名称：“保镖” ●研发时间：7年 ●研发成本：未公开 劫犯被逼进了死胡同。他转过身来，与警察对峙，想顽抗到底。但他愣了一下：警察左前臂上包着弹道尼龙布，手腕处的电极可以产生50万伏的高压。一个绿色激光靶标志出现劫犯胸口。他举起双手，知道自己已经输定。 对于警察和管教人员来说，防止和化解暴力冲突可以挽救生命，而这正是“保镖”的研发原因。这种装甲手套配有高压电击器、摄像机、激光瞄准仪和电筒，发明者是戴维·布朗，一名摄影师、编辑和制作人，本职是音乐电视制作，还曾为影星凯文·科斯塔特拍过幕后花絮类的纪录片——— 他正是“保镖”的投资人。 “保镖”的创意诞生于2004年一个夜晚，当时布朗和几个朋友正在讨论不久前发生在橘郡的美洲狮伤人、造成一死一伤的悲剧。布朗当时想，面对这样的袭击，手中有刀或其他手持武器也没什么用，他想造出临危者能靠本能使用的东西。他用医用臂套、现成的电击枪和家得宝超市买来的火警报警器按钮做了一个样品，科斯塔纳看到后，欣然要求加入研发。 历经7年制造了30个样品之后，布朗终于拿出第一个试用版。各部件以易用、舒适、防止自伤为原则组合在一起。高清晰度摄像机用来取证和威慑，布朗认为，知道自己被拍摄的疑犯会更倾向于合作；如果摄像机起不到这样的作用，那么装在手腕上的电击器绝对可以，当电流发出恐怖的咝咝声，攻击者会情不自禁地后退；在最危险关头，可以用电击器把疑犯暂时击昏。 “保镖”的市场主要是警察、管教人员和军队。今年5月它首次出现在美国司法部举办的模拟监狱暴动演习中，晚些时候第一批试用品将发放给洛杉矶警察局使用。布朗说未来的升级产品还会装上化学传感器、电子译码器(可以帮助士兵与海外通讯)、生物识别仪(适用于机场安保)，等等。 3精灵打印机 ●名称：刷印机(PrintBrush) ●研发时间：11年 ●研发成本：1000万美元 2000年，欧洲最大一家印章公司找到斯德哥尔摩工程师亚历克斯·布里顿，征求新的产品创意。布里顿没有设计出新的印章，而是发明了小巧玲珑的“刷印机”(PrintBrush)。它仅重8.8盎司，使用喷墨技术、跟踪软件和光学元件，只要轻轻一挥，就可以将上载的图案和文字印刷在任何平面上——— 包括纸张、塑料、木材，甚至是织物。 普通的打印机必须把纸放入机器内部，只有这样才能确定纸张与打印头之间的位置，这样一来，打印机永远要比纸张宽大。而PrintBrush的突破在于使用了激光传感器。当用户在纸上移动印刷机时，它不断向纸张表面发射红外光束。根据反射束的分布和红外光束的能量波动，确定打印机的运动速度和方向。 布里顿及其伙伴用不到两年时间做出第一个样品，但调整到现在的模样花了近10年。除了以激光传感器取代LED传感器，他们还实现了彩打，这要求进行一系列运算，以便迅速形成“墨水配方”，打印出1600万色的全彩图案。明年上半年，内置相机、可以即拍即印照片的PrintBrush将投放市场。 4产前疾病检测笔 ●名称：产前检测工具包 ●研发时间：3年 ●研发成本：2万美元 去年2月的一个晚上，正在约翰霍普金斯大学就读的西恩·莫纳格尔接到一个电话：大约100个孕妇的尿样收集完毕，正等待他的检测。莫纳格尔迅速冲到实验室，投入工作。 每年约有630万名孕妇和新生儿因为孕期或者分娩并发症死亡，其中90%的孕产妇死亡案例发生在发展中国家，因为她们很少进行产前检查。有感于此，莫纳格尔和同学马克西姆·巴迪安斯基等人一起发明了产前疾病检测笔，可以及早、准确地检测出产前疾病。 在美国，最常用的产前疾病筛查方法是50美分的试纸检查。但对发展中国家来说，这种办法太贵，难以推广。而莫纳格尔他们发明的检测笔容易使用和理解，使用一次的成本只有三分之一美分。 那天晚上，莫纳格尔检测了先兆子痫和相关并发症。这种病每年导致7.6万孕产妇和50万新生儿死亡。他在滤纸上划了一道黄线，然后滴上一点尿样，黄线变成了蓝色———“墨水”(学生们自配的溶液)中混入的化学试剂与尿液中高含量的蛋白质产生了反应，这是尿样提供者患有产前子痫的确切证据。 学生们计划用这套彩笔检测多种疾病，包括糖尿病和尿道感染。“如果我们不是等着那些女性求医，而是主动把救命的检测工具送到她们手中，结果会有很大不同，”非政府组织Jhpiego的医学负责人哈沙德·山格维说。 5液晶太阳镜 ●名称：“动态眼” ●研发时间：8年 ●研发成本：200万美元 在北加州的劳伦斯利弗摩尔国家实验室进行物理学博士后研究时，克里斯·穆林最烦路上遇到的一个小问题：他每天要在大太阳底下开车十几英里从家赶往实验室，眩目的阳光让他头痛，而且很难看清对面来车。他觉得这样很不安全，于是有了一个想法：造一副可以即时屏蔽强光的太阳镜。 他决定用液晶作为透镜材料，读博士时他对此进行过大量研究：液晶像普通的太阳镜透镜一样透明，但其视觉特性又可通过电子手段进行调节。太阳镜鼻梁架处装着一个小型传感器，可以探测到强光，并将其位置传送给附近的小型控制器。后者随即向液晶透镜发出指示，让它在眼睛前方形成一个4到6毫米的方形黑斑，挡住强光。这个黑斑可随着使用者的头部转动而移动，挡住来自任何角度的强光，同时保证周围环境如平常一样清晰可见。 穆林花了5年时间，做出5个样品，取名“动态眼”(D ynam icE ye)。第一个样品使用的电路板要连接到手提电脑上，以便处理传感器发送的数据，而现在电池和所有电子元件都能集中到标准的太阳镜架内。不过，目前它还不能投放市场，试用中发现，液晶透镜偶尔会失灵。穆林打算加强电子元件之间的联系，保证命令传输通畅。此外，他还在研发能弯曲的塑料液晶，这样成品更轻，防碎性能更好，更宜于商业推广。 穆林的研究得到美国空军的部分资助。“士兵们有时会从大太阳底下直接跑进没有照明的地方，护目镜必须能适应这种情况，”空军研究生物学家杰弗瑞·威格勒说。“如果他们进去之后能立即看清周围状况，会在战斗中占据极大优势。” 6臭虫探测器 ●名称：臭虫探测器 ●研发时间：一年半 ●研发成本：50万美元 住在北卡罗莱纳威尔明顿的机械工程师克里斯·戈金热衷于创新，他参与过导弹和F-22猛禽轰炸机部件的研发，拥有二十多项专利。两年前，当越来越多的人带着红点和奇痒醒来，戈金决定，为世界制造一种便宜而又有效的臭虫探测器。 这种臭名昭著的虫子在美国消失了半个世纪，大约10年前卷土重来，它们行踪隐秘，藏身于任何裂缝及皱折里。和蟑螂及老鼠不同，臭虫不怕毒饵，要消灭它们，得直接喷药，所以找到臭虫具体藏身处特别重要。一般来说，灭虫人员要花一个小时才能在一间房内找到臭虫藏匿的地点，但戈金的臭虫探测器只用15分钟。它模仿狗儿的嗅探模式：一个风扇将空气吸入探测器内部几个小洞，那里装有3个传感器，可以辨识臭虫释放的独特气味(由信息素、二氧化碳和甲烷构成)。当探测者远离或者靠近臭虫藏身处时，内置的监控系统会发出提醒，以不同颜色显示。 经过良好训练的狗只探测臭虫的准确率可达98%，但嗅探犬的训练和养育成本高达3万至7万美元，而且狗儿的探测精度在几英尺内，许多地方要进行人工搜寻，狗也不能区分雄性和雌性臭虫释放的信息素(产卵的雌臭虫危害性最大)，辨认不出臭虫释放出的其他信号，比如无味的二氧化碳和甲烷。而戈金使用了二氧化碳、甲烷探测器和一种特制的信息素探测器，可以精确探测一平方英寸范围内的臭虫，它还可以分辨臭虫的性别，目前售价200美元。 7快乐的落地垫 ●名称：Katal落地垫 ●研发时间：6年 ●研发成本：未公开 6年前，在加拿大滑雪胜地惠斯勒黑梳山，20岁的英属哥伦比亚大学工程系学生亚伦·科莱特玩雪板时，来了个50英尺的腾跃，结果失去控制。“落地那一刹那，我整个人失去知觉，滑了60英尺才停下。我盯着天空，知道一切都已改变，开始想像未来的日子怎么过。” 科莱特摔断了两根椎骨，颈部以下瘫痪。他下定决心，要为提高雪板运动的安全性而努力。他和同学、雪板爱好者斯蒂芬·斯伦一起，发明专为滑雪和雪板运动设计的安全落地垫。这个垫子以乙烯树脂和尼龙制成，长20英尺，宽15英尺，厚5英尺，包括两块充气垫———上面那个是密封的，下面那个则有阀门，可以适时放出一定量的空气。和多数落地垫不同(它们被踩时弯得厉害，甚至会把运动员包在里面)，它足够坚硬，能让运动员扎实着陆，但又有足够的弹性，可以减少伤害。 造出第一个样品时，科莱特和斯伦在黑梳山滑雪场进行了测试，一切都很完美。年底他们申请了专利，成立了公司，准备大批量制造。但新的产品弹性不够，不像第一个样品那样安全好用。一再分析后他们发现，奥妙就在于第一个样品的充气垫受压后，阀门会放一点气，当运动员踩上去，立即产生减震效果。这小小的、无意识的放气是成功的关键。为复制这一效果，他们使用了新型的充气机和排气孔，可以持续地充气和放气。 新样品制成不到一年，这种落地垫便在温哥华冬季奥运会开幕式上使用，这是一个成功时刻。过去一年，北美多个滑雪胜地展示了这种垫子。“我们在山上放了5个月，很多人感兴趣，”范尔山滑雪场经理布赖恩·鲁尼说，“极限运动赛金奖得主、奥运会选手都来排队试用。它出类拔萃，与众不同。” 8变污水为清水 ●名称：零排液系统 ●研发时间：7年 ●研发成本：数十万美元 纳蒙·纳瑟夫很高兴船上的发动机坏了，因为他终于可以趁机安装自己的发明——— 零排液污水处理系统(ZLD)。它利用发动机的热量来氧化和蒸发船上厕所、浴室和厨房产生的污水。 一台普通的内燃机只能利用燃料里30%到35%的能量，其余的以热量形式通过散热器或者排气管排放出去。微波炉大小的ZL D利用的就是这部分热量。当船上乘客冲厕所或者排污时，脏水通过管道来到ZL D。它首先进入调节池，内含的杂物被磨成直径为四分之一英寸或者更小的碎块；接下来它会进入高速搅拌器，里面装有三套刀片，能把固体切成直径0 .002英寸的微粒。然后一台喷射泵给污水流增压，把它以气雾形式喷入发动机的排气系统。工作中的发动机排气系统温度至少有华氏550度(约288摄氏度)，这足以把污水变成蒸气，使其中的有机物氧化。一句话，ZL D可以把任何进入其中的有机物分解掉。整个过程没有任何异味，主要的副产品就是二氧化碳和清洁的水蒸汽。 2004年，纳瑟夫用洗衣机零件和一个5加仑的油漆桶制成了第一台ZLD样机。目前的版本是第11代，耗能只相当于10个100瓦的灯泡，它不像其他便携式污水处理系统那样使用有害的化学物质，还可根据需要放大或者缩小，2007年它获得了美国海岸警卫队船用卫生设施许可证。 虽然纳瑟夫研究的出发点是船只，但ZLD其实可以用于许多地方。房车制造商、军队和民航纷纷表示有兴趣。飞机加装ZLD后，可以在飞行中摆脱重达500磅的污水。 9水上火箭 ●名称：Kym era趴板 ●研发时间：8年 ●研发成本：4万美元 杰森·伍兹19岁第一次独住时，买了一艘旧汽艇——— 有了它可以很方便带女孩到附近的湖上兜风。但几个月后，他觉得运输和收藏这个16英尺长的大玩具非常昂贵和麻烦。他想要一艘可以随时扔到车里、带到水边的船。不幸的是，世界上没有这样的东西。 于是，伍兹决定自己做一个，于是就有了K ym era。根据设计，这是一个由小型发动机驱动的碳纤维冲浪趴板，速度惊人，吃水只有半英寸左右，重量只有35磅，一个人就能拖到水里。 困难的是，在充斥着600磅摩托艇的世界里，不易找到轻便的部件。伍兹在遥控船玩家那里找到了解决方案，这些人“喜欢制造8英尺长、20匹马力的小游艇”，有很多公司为他们生产部件，他花500美元买到了微型喷射泵。 零件找齐后，伍兹将一个现成的冲浪膝板沿着吃水线切开，装上喷射泵、一个26cc的发动机和遥控飞机使用的起动器，然后用防水耐热的宽胶布把后面粘起来。虽然效果不尽如人意，但最后还是发动起来了。此后伍兹一年做一个新版本，不断修正着它的方向和推进系统。第四个版本动力达到5匹马力，时速15英里，还加上了碳纤维和手把。按钮控制的伺服系统可以控制喷射泵前后移动。接下来的版本会使用混合动力的四冲程发动机，时速达到25英里。 伍兹估计，量产之后，基本版零售价约为1000美元。不过他说，驱使他前进的，不是商业前景，而是努力为普通人找到另一种玩水乐趣的想法。 10能看病的“魔镜” ●名称：医疗镜 ●研发时间：一年半 ●研发成本：未公开 前年末一个晚上，傅明哲和室友丹·迈克多夫让一些朋友坐到电脑前。正在麻省理工学院电子医疗工程专业读研究生的傅写了一个软件，可以把网络摄像头变成心率监控器。这样医生就可以在不触摸烧伤病人或敏感的婴儿的前提下，了解病人的情况，它还可以帮助人们追踪自己的心血管健康状况。那天晚上程序未能实时运行，但给出的监控数据几近完美，“我立马知道我们拥有了一种特别的东西。”傅说。 一年半以后，麻省理工学院的媒体实验室里出现了一面方方正正的双向玻璃镜。镜框内装有傅所写软件的升级版，镜后则有一个配了摄像头的监控器，与手提电脑相连。站在镜前，等一会儿，镜面上就会显示你的心率。 心脏跳动时，会向全身血管泵送血液。血液会吸收光线，所以血管内流动的血液越多，流经之处皮肤反射的光线越少。摄像头可以捕捉镜内面部相关光线的变化，发送到电脑上，程序解读后，将之转化成心率等数据。研究者通常使用高清晰度摄像机追踪这些光线的变化，但傅偏爱简单的网络摄像头，这样几乎每台电脑和智能手机都可以化身心率监控器。 傅打算今年晚些时候将“医疗镜”推向市场。他说这种装置也可用来监测其他重要数据，包括呼吸速率和血氧浓度。换句话说，“医疗镜”不仅能照出你的外表，还能照出你的内在健康状况。南方都市报 | |
