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哈佛大學(xué)科學(xué)家已經(jīng)造出飛毯

 作者:謝博識 2009-9-4
 

  受鰩魚(yú)的啟發(fā),哈佛大學(xué)科學(xué)家已經(jīng)造出了真正的飛毯,不過(guò)要給人類(lèi)乘坐,還得有一段時(shí)間。

哈佛大學(xué)科學(xué)家已經(jīng)造出飛毯

  周末坐在客廳的沙發(fā)上,雙腳踩著(zhù)一條絳紫色漩渦花紋編織地毯在客廳看電視劇;廣告的空擋,蹬上地毯去廚房拿瓶啤酒;電視劇結束,蹬上地毯出門(mén)透口氣。你只需要站在地毯上,彎曲雙膝,靠身體的傾斜控制飛行的方向。而飛行的距離、高度、乘客的體重、飛毯前進(jìn)時(shí)振動(dòng)的幅度都事前計算好了,不用擔心司機是剛拿到本兒的新手,不用擔心耗油,不用擔心超速和堵車(chē),也不用擔心沒(méi)有停車(chē)位,唯一要擔心的就是自己的衣服和地毯的顏色是否搭配。

  乘坐地毯飛行不需要面對一大堆儀表、離合器和剎車(chē),也不用依靠螺旋槳、渦輪機等引擎,它的引擎就是空氣,控制方向的是自身重心的位移,這更像是玩一次“體感游戲”。另外,地毯可以在空中鳥(niǎo)瞰,這還省下了安裝GPS認路的錢(qián)。

  飛毯已經(jīng)從《一千零一夜》里飛出來(lái),降落在現實(shí)世界。在哈佛大學(xué)的應用數學(xué)實(shí)驗室中,印度裔的教授拉克斯銘亞南·馬哈德溫(Lakshminarayanan Mahadevan)利用流體力學(xué)、伸縮算法等科學(xué)原理,讓飛毯上演了其在現實(shí)世界中的“處女秀”。

  仿照鰩魚(yú)造飛毯

  “這絕對沒(méi)有違反物理規律”,數學(xué)家和物理學(xué)家們的研究發(fā)現,一張薄片可以在水中浮動(dòng),并且向前漂移,他們的思緒立即轉移到流體力學(xué)的另一個(gè)研究對象上--空氣。這些科學(xué)家們認定了飛毯是可行的:“空氣動(dòng)力應該有可能讓毯子保持在高處”。

  不過(guò),有關(guān)飛毯的大部分研究是在水中進(jìn)行的。第一個(gè)用作實(shí)驗的模型居然是人體。如果把游泳的人看做“飛毯”,那么他們是靠什么引擎推動(dòng)前進(jìn)的呢?馬哈德溫教授計算了游泳的人在揮臂劃水時(shí),度、粘稠度和肌肉的運動(dòng)等因素,得出一套“水中飛毯”振幅與振動(dòng)次數的公式。公式進(jìn)一步證實(shí)了飛毯的可行性。

  馬哈德溫教授也一直在自然界中尋找飛毯的佐證。別忘了,飛機、直升機、地效飛行器這些“飛毯”的近親都是“仿生大戶(hù)”。仿生對象在鳥(niǎo)類(lèi)、綽號“西班牙舞者”的海蛞蝓和鰩魚(yú)之間角逐。而飛毯選擇了鰩魚(yú),這種長(cháng)得像扁平的烙餅,游動(dòng)時(shí)將2700米的深海橫向“剖開(kāi)”的軟骨魚(yú)類(lèi)!蚌庺~(yú)沒(méi)有魚(yú)鰾,必須利用波動(dòng)身體,同時(shí)產(chǎn)生上升和前進(jìn)的動(dòng)力,扁平的身體通過(guò)改變波形、波頻、波長(cháng)和波的傳播方向等來(lái)控制前進(jìn)的速度和方向,飛毯的原理也和它差不多!瘪R哈德溫教授表示,飛毯自身既是座椅,又是引擎。

  用什么材料制作“引擎”,著(zhù)實(shí)費了馬哈德溫教授和他的伙伴們一番功夫,誰(shuí)都知道輕薄柔軟對于飛毯的重要性,但使用阿拉伯民間故事中的綠色絲綢顯然不太現實(shí)。馬哈德溫教授嘗試了高分子聚合物、金屬薄片,然而,彈性和摩擦力的實(shí)驗失敗了。另一個(gè)團隊利用大鼠的肌肉細胞作為動(dòng)力,仍沒(méi)有成功。飛毯的材料既要隨著(zhù)電信號波動(dòng),還要有柔軟的韌性,能抵抗振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力;谶@個(gè)要求,馬哈德溫教授決定試試復合材料--一種涂上金屬襯箔的輕薄纖維織物,被稱(chēng)為“智能聚合物”,可以隨著(zhù)電信號產(chǎn)生起伏波動(dòng)!斑@的確起效了”。

  4厘米長(cháng),0.1毫米厚的毯子漂浮在空中,每秒震動(dòng)大約10次,振幅大約為0.25毫米。根據復合材料制成的“飛毯”的質(zhì)量、空氣的密度、乘客的重量、飛行的距離,馬哈德溫教授計算出“飛毯”首飛的參數,輸入地毯中,讓試飛的地毯就像一張實(shí)時(shí)接收信號的智能薄膜。然而,首張飛毯只有紙幣大小,首位“阿拉丁”當然不是馬哈德溫教授,而是一只螞蟻。

  顛簸問(wèn)題未解決

  “如果你想平穩地漂浮在空中,你可以讓毯子產(chǎn)生較小的起伏,但是你前進(jìn)的速度會(huì )很慢!瘪R哈德溫教授在接受《自然》雜志采訪(fǎng)時(shí),解釋了讓螞蟻成為首位乘客的無(wú)奈。顯然,現在飛毯還不能作為載人飛行器。

  要增加載客量,同時(shí)也要增加飛毯自身的重量。而要驅動(dòng)這樣的飛毯,也需要加劇振幅。到目前為止,高速飛毯劇烈的振幅帶來(lái)的顛簸,乘客是吃不消的。速度與平穩兼具是飛毯目前還沒(méi)有解決的問(wèn)題。制作能夠承受一個(gè)人的飛毯,還需要一個(gè)更加強大的引擎。

  一年過(guò)去了,關(guān)于飛毯的研究暫時(shí)沒(méi)了動(dòng)靜,直到2009年5月,日本的宇航員若田光一在國際空間站的攝像機面前,駕駛飛毯,再次試飛。這次的試飛像是哈佛大學(xué)那次展示的姐妹篇,若田光一腳下白色飛毯的大小和沖浪板相仿,他的雙腳用膠帶固定在飛毯上,事實(shí)上,他駕駛飛毯的姿勢也和沖浪無(wú)異,唯一不同的是,這次“沖浪”是在失重環(huán)境中,并沒(méi)有動(dòng)力。人們要駕駛真正的飛毯在太空遨游,或許還要等待一些時(shí)日。

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