正文 第七章 探索科學的神奇(3 / 3)

科技總是在為人們著想,為了人們的生活更為便利而誕生。有了這種“眼睛打字”的軟件,那些手臂殘疾的人也可以用電腦來打字了,當然那些不喜歡用手打字的人群也可以用到。不過它可以為人們帶來方便的同時,我們也應該考慮它的弊端,那就是人們本來整天坐著使用電腦就很缺少鍛煉了,如果有了這樣的軟件以後恐怕鍛煉的機會就更少了,手指也會變得不靈活。所以任何一項新發明的誕生都會給人們的生活帶來方便,但是同時也要考慮到將會給人們帶來的不良影響。

12.電子器官悄然來到

“電子器官”聽起來像是個學術項目的名稱,不過如今它正悄悄走進世界各類刊物的非專業文章中。現在我們的生活已經漸漸開始頻繁的出現各種各樣的電子產品,從手機、電腦、電視等等,科家們一直在不斷的努力著,當然也在不斷的進步與發展,如今科學家們又推出了一項新的技術,那就是電子器官,隨著它不知不覺的到來,我們的生活發生了改變,我們的世界也在不知不覺中改變著。

電子眼

對於一個雙目失明的人來說,就算周圍的生活的環境再怎麼生機勃勃對他來說也不過隻是一片漆黑。多少年來許多科學家為了讓盲人擺脫黑暗而不斷的努力著,研製出了“聲納眼睛”、“激光手杖”等,但是這些隻能是做為盲人的助手,不能讓盲人真正看到這個多姿多彩的世界。

我們正常人對景物的鑒別是由眼睛和大腦共同完成的。眼睛是視覺信息的預加工係統,外界的景物由眼睛的視網膜感覺細胞感覺後提取其中的有用信息轉換成視神經脈衝信號,視神經將信息傳給大腦,由大腦鑒別景物的形狀、顏色等。一個人雙目失明了,那麼他的眼睛就已經失去了接收和傳遞信息的能力。不過,視覺的關鍵是大腦的視覺中樞接收光信息的能力,如果可以尋找到一條途經,使盲人大腦的視覺中樞接收到光電信息那麼盲人就有可能重見光明了。

有一位美國盲人曾接受了一次大膽的實驗:工程技術人員用導線把電視攝影機與這個盲人的視覺中樞連接起來,當攝像機把被攝物體轉變成電脈衝通過導線傳入盲人的大腦視覺中樞時,這位盲人的腦中就出現了被攝物體的簡單輪廓。這個實驗使工程技術人員的思路豁然開朗,他們又從電視圖像掃描原理得到啟發:掃描像素越多,圖像就越清晰。若是增加插在人腦視覺中樞上的電極數,視覺圖像就會更加清晰。於是,他們把電極數增加到了64~80個,將這個由電極組成的小格柵固定於盲人頭上。奇跡果然發生了,當攝像機把外界景物強弱不等的光信號變成電脈衝,又經微處理機處理提取有用信息,並將這些信息經電極傳入大腦視覺中樞時,發生了盲人腦中浮現出了清晰的外界景物圖像。以後,工程技術人員在實驗的基礎上,研製了小型輕便的“電子眼”。所謂“電子眼”就是在盲人眼鏡的兩個框上裝有兩個微型攝像機和一個處理機,用許多電極導線將微處理機的輸出端和大腦視覺中樞連接起來。盲人帶著“電子眼”的就如同有了真正的眼睛一樣,可以看到這個世界。

電子耳

在中國深度耳聾的患者大約有389萬人,他們的聽力損失在90分貝以上。這些患者平常需要選配大功率助聽器來提高聽力,雖然如此,但是還是有一大部分患者配戴助聽器來改善聽力或提高聲音分辨能力,嚴重影響了生活質量及正常的社會交往。近年來隨著人工電子耳蝸技術的發展及在臨床上的應用,為深度感音神經症耳聾患者重新獲得聽覺功能帶來了希望。

這種電子耳蝸主要由耳蝸同植入部分、言語處理器、傳遞器、方向性麥克組成。聲音由方向性麥克風轉換成電子信號隨即由言語處理器放大、過濾、數字他,並選擇及編譯成適當的信號,再由傳遞器傳遞到接收器再傳送相應電極。電極直接刺激內耳聽覺神經末梢,並傳送至大腦形成聽覺,整個過程隻需數毫秒。而最神奇的是:它還能通過不斷的分別刺激聽覺神經末梢達到改善患者聽力及提高言語辨別能力的目的。

當然這種電子耳除了在醫學上廣泛使用。它還活躍在現代戰場上,它可以使戰士監聽到400米內敵人對話,並濾掉爆炸聲浪使士兵不被音波擊傷。

電子鼻

法國圖盧茲與英國曼徹斯特的工程師們聯合研製出了一種“電子鼻”,這種“電子鼻”配有24個傳感器,它能準確找出藏在地下的珍貴蘑菇。據介紹,這種蘑菇的售價每公斤高達300美元。如果僅靠普通的家犬來挖掘這種蘑菇,往往會漏掉1/4之多。

英國科學家還發明出一種用於檢測蔬菜和水果的新型電子鼻,利用它可判斷表麵新鮮的水果蔬菜是否快要腐爛。這種電子鼻比它的前輩們少了二十個傳感器,但卻能準確“聞”出一氧化碳、乙烯、硫化氫等氣體。當然這些氣體都是水果蔬菜在腐爛過程中釋放出的主要氣體。

現如今美國航天局研製的第二代太空電子鼻粉墨登場了,它能測量出20種空氣要素的數據,甚至還可測出燒焦的氣昧,從而撲滅大火。科學家們現在也正在努力的減少它的體積,雖然它現在不過一個皮鞋盒大小。

以色列魏茨曼研究所宣布,他們已經在研究電腦發展嗅覺傳播技術方麵取得了一些進展,很有希望填補多媒體傳播的空白。研究所的科學家們說,如果他們技術取得成功,人們將可在上網、看電視、電影、玩電腦遊戲甚至打電話時接收到相應的嗅覺信號。它還能帶給電子商務以新的便利棗誰不想在網上購物時同時聞見商品氣味,仿佛身臨其境,聽起來是不是很有趣呢?

肌電手

我們生活在世界上就會不免遇到意外事故,如果在意外中失去了肢體,殘廢了以後該怎麼辦呢?當然,我們可以看到有的斷腿者安裝了假腿用以支撐身體,斷臂者安裝了假臂用以裝飾,可是這些東西都不具備真腿、真手的基本功能。隨著科學技術的發展,人們開始逐步拋棄用木器或者其他製品做的假肢,而是用電子假肢取而代之。電子假肢能夠按照大腦的意識完成七八個動作,接近於真肢體的功能。

人體是個帶電體,人體各部在動作時都要產生生物電流。那麼,大腦思維自然也要產生腦電信號,假如這個電信號是指令肢體動作的,它就會刺激動作神經,動作神經將指令電流傳給肢體肌肉,使肌肉產生相應的肌電,從而,肢體受肌肉電流控製做出拿、放、伸、縮等動作。斷肢後,大腦的思維依然可以發出動作指令電流。科家家們發現,真手在活動的時候,人的上半身的肌肉電流是流通的,這個電流控製著真手的動作。根據這個發現,他們決定從脊部和胸部取出控製肢體動作的電流,用它作原動力去操作由微型電機、杠杆及微處理機組成的肌電手。

這種肌電手有7個微型電機,肩部到肘部裝有5個,手腕和手指裝有兩個,從脊部和胸部引出的電流經微處理機處理並放大100倍後傳輸給微型電機,微型電機帶動杠杆動作,它的動作形式與控製電流相對應。目前,這種肌電手可以完成7~8個基本動作,能舉起1公斤的重量。隨著科學技術的進一步發展,肌電手的研製工作更加完善起來,使之產生“感覺”電流反饋於人腦,這樣,它就不僅能受大腦控製,還具備真手一樣的“神經感覺”,完成真手所能擔負的27個複雜技能。

電子喉

對於一個沒有喉頭的人可以說話,這對於一個啞人來說是莫大的喜訊。在一個醫用電子儀器展覽會上,就有人親身證實了這種說法。他從口袋裏掏出一個精巧的電子儀器,又把儀器的一根導線連接到口中的一顆“牙齒”位置上,於是,隨著表演者口形的變化,人們漸漸聽到了一種奇怪的語聲,聲音聽起來雖然有點怪,但是還是可以聽得清楚:“我的喉頭因病切除,後來,醫生給我裝了電子喉,給了我第二次發言權……”他手中這個電子儀器就是代替喉頭的儀器叫做“電子喉”,實際上它是由音頻電子振蕩器、電聲換能器和傳音管所組成的。那麼,它是怎樣根據人們所要表達的意思發出變化萬千的聲音的呢?

用以代替聲帶和喉頭振動的電子喉,它的頻率可以任意調整,男的可以將頻率調低,女的則可以把頻率調高,當使用者將頻率調整適當後,就可以將電極導線連接到安置在門牙位置上的“電子轉換器”上,於是震蕩的音頻電流轉換為聲音,這個聲音經傳音管送入口腔,“電聲轉換器”產生的單調聲音由口腔的調製形成語言。音頻電子震蕩器和聲電換能器取代了被切除的喉與聲帶的功能,而語言則由口腔完成,故稱“電子喉”。

醫用電子技術是一個很有潛力的科研領域,它不僅可以用於檢查,診斷人體的疾病,同時科技人員對人體各部分機能的研究,發現人身上有許多的電現象,從而開辟了用電子技術製作人體“零件”的新的醫用電子學領域。對於目前而言,在這個領域內,初見成果的有:電子耳、電子鼻、電子喉、電子眼等。相信隨著電子技術的飛速發展以及對人體的進一步研究,在這個領域內科學家們將會創造出更多的奇跡,造福於人類。

13.能源的負作用

能源的生產和消費對全球經濟發展和社會進步都起著舉足輕重的作用,如果沒有了能源,人們豐富多彩的生活將會變的一片漆黑,難以生存。然而,能源的消耗也對我們賴以生存的生態環境產生著負作用。為了我們人類自身的可持續發展和延長地球的壽命,我們就必須建立一個優質、高效、潔淨、低消耗的能源係統,這樣才能滿足下一世紀全球經濟發展的要求,同時,也要給子孫後代留下一個美好富裕的生活空間。

能源的負作用包括:首先,是化石燃料對環境的影響。由於化石燃料是目前世界一次能源的主要部分,也是人們生產和生活需要的最多的能源,因此其開采、燃燒和耗用等方麵的數量都很大,從而就對環境產生了嚴重的汙染問題,這個問題也是人們現在最關注並通過各種各樣的方法積極改善和解決的問題。對環境影響最嚴重的煤炭的開采和燃燒,煤炭的開采對土地的損害、對村莊的損害和對水資源的影響都是很嚴重的。據不完全統計,迄今為止,平均每開采1萬噸煤炭就會造成0.2公頃的農田塌陷,平均每年就會塌陷2萬公頃的農,這就直接影響了農業經濟和產量的發展,另外開采造成的水資源汙染對生態環境的影響也是量大麵廣,平均每開采1噸原煤就需要排放2噸汙水,在一些地區,由於水源和江河湖海的嚴重汙染,導致居民用水短缺。化石燃料在利用過程中對環境的影響,主要是燃燒時的釋放的各種氣體與固體廢物和發電時的餘熱所造成的汙染。化石燃料產生的汙染物對環境的影響主要包括兩個方麵:一是全球氣候變化。燃料中的碳轉變為二氧化碳進入大氣,使大氣中二氧化碳的濃度增大,從而導致溫室效應,改變了全球的氣候,危害了生態平衡;二是熱汙染。火電站發電所剩“餘熱”被排放到河流、湖泊、大氣或海洋中,在多數情況下會引起熱汙染。例如,這種廢熱水進入水域後,其溫度就會比水域的溫度平均要高出7~8攝氏度,這就明顯改變了原有的生態環境。

其次,是原子能化石燃料對環境的影響。核動力是利用鈾-235(或鈈-239)在中子的轟擊下發生裂變,同時釋放出核能,並將水加熱成蒸汽,從而驅動發電機組發出電來作為動力。由於核動力的燃料是核燃料(鈾或鈈),相比於煤或石油它的優點是無空氣汙染、無漏油等問題,而它的缺點是存在放射性的汙染,因此為了保證安全,要求反應堆所產生的放射性廢物應當與環境隔離,不讓它進入到生態環境。目前國內外公認的比較好的處理技術是地層深部埋藏,即將燃燒完的放射性廢物用玻璃固化以後,再將其埋藏於數百米深的岩層中。這個過程首先要在深部岩層中開挖出一個洞室,再將玻璃固化體裝入不鏽鋼的容器內,然後再把容器放入洞室中,周圍填充膨潤土材料以保持完全密閉狀態,用以阻止特殊情況下發生的放射性物質向周圍的擴散和轉移。

再次,是水力發電對環境的影響。水庫在建造的過程中與建成之後,對環境的影響主要包括以下幾個方麵:自然方麵。建造巨大的水庫時可能會引起地殼的某種活動,甚至還有可能引發地震和泥石流等災害。此外,還會引起流域水文上的變化,如來自上遊的泥沙減少或下遊水位降低等。水庫建成以後,由於水蒸發量大,氣候涼爽且較穩定,可能會導致降雨量減少;生物方麵。對陸地上的動植物而言,水庫建成後,可能會造成大量的野生動植物被淹沒而死亡,甚至會滅絕,對水生動物而言,由於上遊生態環境的改變,就會使魚類的生存受到影響,可能會導致種群數量減少或滅絕。同時,由於上遊水域麵積的擴大,使某些生物的棲息的地域增加,為一些地區性疾病(如血吸蟲病)的蔓延創造了條件;物理化學性質方麵的影響。流入和流出水庫的水在顏色和氣味等物理化學性質方麵也會發生變化,而且水庫中各層水的密度、溫度、甚至熔解氧等都會發生不同的變化。深層水的水溫低,而且沉積庫底的有機物不能充分氧化,而是處於厭氧分解狀態,從而導致水體的二氧化碳含量明顯增加;社會經濟方麵的影響。修建水庫可以用來防洪和發電,也可以改善水的供應和管理要求,增加農田的灌溉率等有利之處,但同時也有不利之處,如會導致洪澇災害,使受淹地區城市搬遷,從而會對社會結構、地區經濟發展等產生影響。如果整體、全局計劃不周、社會生產和人們生活安排不當,還會引起一係列的社會問題。此外,水庫附近的自然景觀和文物古跡也可能遭到淹沒和破壞,這更是國家文化和經濟上的一大損失。

由此我們可以看出,人們在開采利用新能源的同時,也會對另外一些能源和生態環境造成不同程度的影響,也是有利有弊的,因此,在開發利用能源的時候應當事先製定必要地保護規劃和落實保護措施。

14.汽車尾氣散發咖啡濃香新型生物燃料誕生

人類社會的每一個進步,都伴隨著科學技術的發展,特別是現代科技的突飛猛進,日益先進,為社會生產力的發展和人類文明的進步開辟了更為廣闊的空間,有力地推動了社會和經濟的發展,尤其是一些性能源的開發和利用,更使人類的生活更加豐富多彩。

據有關消息報道,美國的科學家研究發現煮過的咖啡渣也能用來提煉柴油燃料,用於汽車燃料。科學家們說這種用咖啡渣製作柴油的技術並不困難,而且由於美國的咖啡種植和消費量巨大,估計每年可用咖啡渣生產出幾億加侖(1加侖約合3.79升)的生物柴油。

科學家表示,他們在研究中發現咖啡豆中含有一定數量的生物油實屬一次偶然。是因為其中一位科學家在煮好咖啡忘記喝了的情況下,第二天發現咖啡表麵浮著一層油,因此他們認為,煮過的咖啡渣中可能含有一定量的有用的生物油。於是,他們就跑去幾家咖啡店,總共收集了50磅(1磅約合0.4536千克)的咖啡渣。

經過研究發現,咖啡渣中生物油含量就達總重的10%到15%。研究員們就用標準的化學方法從中提取了生物油,然後通過一些技術將其轉化成了生物柴油。整個過程並不會耗費太多的能量。他們預測,這樣製作出來的生物柴油可以賣到每加侖約1美元的價格。

不過科學家也表示,從咖啡渣中提煉生物柴油還存在一個難題,就是不能高效率的收集咖啡渣,因為目前還沒有一個能夠集中提供咖啡渣的來源。幾位研究員計劃建立一座小型試點操作站,專門從當地一處大批量烘焙咖啡豆的地方獲取咖啡渣。

然而,據調查顯示,即使把整個世界上的咖啡渣都用來製作生物柴油,其生物柴油的產量也比不上美國每年所耗費的柴油量的1%。因此,用咖啡渣生產柴油還不能完全解決世界麵臨的能源問題,但是科學家們的主要目標是利用廢棄材料,將其轉化為可供人們使用的燃料。不過,咖啡渣生產的生物柴油還有一個優點,那就是:用咖啡渣生產的柴油燃料,會使汽車的尾氣中含有濃香的咖啡,可以淨化空氣、美化環境。

通過人們的不斷努力,開采利用了一係列對人類生存有益的新能源,不過人們也不要因此得意,可以肆無忌憚的使用新能源了,要知道,隻有保持生態環境的和諧,它才會給人類帶來更多的益處。

15.用不完的綠色能源——人體能源

人們對自己的身體的認識通常都是來自於醫學知識,殊不知,人體中還蘊藏著一定的能源。人體能源在人的生命過程中,人體能源時時刻刻作用於周圍的環境。

所謂人體能源,就是指人體散發的能量,主要表現為熱能和機械能。如運動時人體會釋放出大量的熱量,行走時壓著路麵也會產生一定的能量等等。科學家發現,人在一生中所釋放出的人體能源,數量相當可觀,但大部分都被人們忽略浪費掉了。因此科學家正準備對這些人體能源加以開發利用。

現在,人力在生產勞動中所占的比重已經越來越小,各種各樣的機器工具代替了笨重的體力勞動,但是人的能量潛力還是很大的,那麼,人們如何充分利用人體能量呢?

眾所周知,任何機械能都可以轉換為電能,那麼怎樣利用人體能量發電的呢?比如,用手搖動發電機就能使其發電,可是這種方法太原始了。能源專家在商場、飯店等公共場所的旋轉下的地下室裏,安裝了人體能量收集器,它相當於機械式鍾表的發條,發條擰緊後,就會通過棘輪穩定恒速地釋放能量。我們不要小看每個人這種舉手之勞的能量,把這些能量加在一起的話是相當可觀的。該收集器和旋轉門的轉軸相連,通過旋轉門的人越多,發條就會擰得越緊,積蓄的能量就越多。這樣,當能量收集器中的發條釋放能量時,就可以帶動發電機發電。人群推門的機械能便通過發電機轉變為了電能,這些電能可以直接使用,也可以用蓄電池儲存起來備用,為公共場所提供照明、電梯運行所需要的電力。

英國的發明家還發明了一種用於步行鞋發電的裝置,他們將一種微型發電機安裝在經過加工的普通鞋底中,這樣人們在行走時產生的機械能便可以轉換為電能,經過核算,這些電能足以滿足為手機和筆記本電腦充電。

人體本身的重量就是一種重力能。美國某公共交通公司,在行人擁擠的公共場所,安裝一種腳踏發電的裝置,其上方有一排踏板,當行人腳踏踏板時,與踏板相連的搖杆便會從一個方向帶動中心軸旋轉,從而帶動發電機發電。踏板力的大小決定燈光的明暗程度,即腳步重時點亮的燈多,腳步輕時點亮的燈少。技術人員還將20塊金屬板鋪在路麵上,在每塊板下放置一個儲蓄循環水的橡皮容器,當人群或汽車通過時,橡皮容器內的水被擠壓出去,產生高束水流,經過地下再通往路邊的發電機房,從而推動水輪機發電。在人群或車輛通過以後,橡皮容器又恢複到原狀,水返回窗口準備再次受壓,如此反複循環便會源源不斷的產生電流,據研究測算,當上百人或一輛5噸重的汽車通過時,可產生7度的電力。

德國的科學家還發明了一種溫差電池,這種電池可以直接將人體中的熱能轉換為電能。這種電池主要由一個可感應溫差的矽芯片組成,當這種特殊的矽芯片感應到正麵溫度與背麵溫度有一定溫差時,內部電子就會產生定向流動,從而產生微量的電流,能夠給微型電子儀器提供長久的“動力”,免去了充電或更換電池的麻煩。這種溫差電池外形很精巧,隻用放在口袋裏就可以工作。用它做為電源,可以使助聽器、袖珍電視機、袖珍收音機、微型錄音機和微型發報機等進行正常的工作。如利用體溫帶動的手表,隻要1℃的溫度變化,就可以使手表正常運行。

人體是一個約37℃的恒溫熱源,每天都散發大量的熱能,也是可以利用的能量。據測算,一個體重為50千克的成年人,一晝夜為了維持體溫所消耗的熱量可以達到2500千卡。如果把這些熱量蓄積起來,就可以將50千克的水,從0℃加熱到50℃。由此推算,如果把全世界60億人每年耗費掉的熱能加起來,就相當於10座核電站的生產能力。

科學家還發現,人體的血液循環也可以產生能量,而且還可以將其轉化為電能。根據這種原理製成的人體生化電池,體積很小,通過手術置入到人的血管或內髒附近,並可以用來發電,而且還不會影響人體正常的生理活動。目前,有些病人因病情需要而需要安裝心髒起搏器,而用這種電池供電就是最為理想的方法。

因此,人體能源可以說是取之不盡,用之不竭,綠色環保的一種能源。現代社會人口眾多,如果人體能源能得到廣泛應用的話,其創造的效益將是不可估量的。