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第32章 高科技探察(5)

据科研人员推算,普通轮轨列车最大时速为350~400公里左右。如果考虑到噪音、震动、车轮和钢轨磨损等因素,实际速度不可能达到最大时速。所以,很多国家都把目光转向了新技术,那就是磁悬浮列车。磁悬浮列车目前的纪录是于2003年在日本创造的,速度达每小时581公里。不过磁悬浮列车利用电磁力让车辆往上浮起,运行时与轨道完全不接触,因此这一纪录并不阻碍法国冲击列车在铁轨上行驶的世界纪录。

世界高速铁路技术最发达的国家有3个:德国、日本、法国。1964年,日本建成世界上第一条高速铁路——东海道新干线,速度为每小时210公里。1996年日本的新干线创出了每小时443公里的纪录。1981年,法国建造了TGV——法国版本的高速列车,最高速度达到每小时270公里。后来,法国TGV又开发了其他路线,最高时速达300~320公里,曾于1990年5月在大西洋线上创造了试验速度每小时515.3公里的世界纪录,这一纪录直到这次才被法国打破。德国的ICE则是目前高速铁路中起步最晚的项目,目前的最高时速是1988年创下的409公里。

充电只需1分钟的柔软电池

日本科学家最近成功研制出了一种新型的充电电池,这种电池采用了先进的组合技术和柔软的电子材料,可是说是世界上最柔软的充电电池,它由化学聚合体材料制成,看上去就像是一张薄薄的纸。

科学家们介绍称,这款新型充电电池的性能异常出众,对其进行充电只需要大约1分钟的时间就可以完成,电池的寿命也很长,可以反复充电1000次以上,电量更是非其他的充电电池可比。

这种充电电池采用了高氧化性的高分子膜为主要材料。这种高分子膜的厚度只有200纳米,通过在其上附着一定量的硝基氧聚合分子,使其具有了存储电量的能力。由于硝基氧聚合分子的密度很高,所以这款电池的储电量也非常可观。

这种电池还采用了先进的可溶解高分子膜,解决了在保证电池整体外观的基础上在其上附着硝基氧聚合分子的问题。在附着了硝基氧聚合分子后,通过紫外线照射这些硝基氧聚合分子形成交叉偶连,构成电量存储的主体。硝基氧聚合分子有可能溶解于电解液中,造成电池自身漏电,但这个问题并不会对电池造成影响。

研制人员表示,在未来的三年里,他们将把这种新技术应用于微型集成电路、信息存储设备和微处理器的开发,相信这项技术的运用会给这些领域带来一个质的飞越。

材料前沿

未来空气可变为高清TV

美国IO2技术公司研制的M3 Heliodisplay投影设备已能够将大小相当于30英寸高清晰度电视(分辨率1024×768)的影像投射在空气之中。

有专家猜测,IO2技术公司的这项技术可能与芬兰一家公司开发的Fog Screen存在着相似之处:后者可将影像投射在一块由超薄烟雾制成的屏幕上。但是,与FogScreen需要耗费液体制作短时屏幕不同的是,Heliodisplay只要插上电源便可使用。

而且,Heliodisplay目前可以投射出的影像无论在清晰度、亮度还是对比度方面都较先前有了大幅度提高。据悉,该仪器现在可制作出4:3和16:9两种尺寸的影像,并且可以用来播放DVD、电脑和其他多种设备输出的视频信号。

尽管Heliodisplay生成的图像只是“悬挂”在空气之中并且可以将手穿过图像,但其所表现出的画面是非常平整的。同时,现在还出现了交互式版本的Heliodisplay——M3iHeliodisplay。据悉,M3iHeliodisplay投射出的影像允许使用者将手指或其他小物体作为鼠标对电脑文件进行操作(电脑可通过USB接口与M3iHeliodisplay相连接)。

现在,M3和M3i已经上市,两者的售价分别为1.81万美元和1.94万美元。需要特别补充的是,这项技术并不是独一无二的。

未来的“聪明”衣物

印有E=mc2的T恤衫可能将不再是那些科技精英的专利了。通过将聚合物纤维缠绕在一起,研究人员将晶体管和其他简单的逻辑电路织入了纺织品的经纱和纬纱。有朝一日,这种具有计算功能的织物或许能够追踪病人的健康状况,抑或为士兵识别化学武器提供帮助。

这种能够计算的纤维已经问世10年有余。例如,1996年,美国亚特兰大市佐治亚技术学院的研究人员研制出一种布满了传感器的衬衫,可以对病人的心跳、体温和呼吸进行实时监控。另有一些研究人员在他们制造的织物中加入微型硅芯片,从而使其具备初步的计算能力。但这些装置必须通过某些方法缝入或者附加在织物中,增加了额外的费用,并且在使用时很容易出现故障。

瑞典Linkping大学的化学家Olle Ingans和他的同事尝试将电路转化为织物自身的纤维。研究人员最初用一种能够导电的聚合物联合体(PEDOT/PSS)涂抹在尼龙绳的表面,然后在两条尼龙绳的交叉点上涂上少量可传导的聚合物电解液,这些电解液在干燥变硬后成为这两条尼龙绳之间的一个电导体。最终这种交叉的纤维起到了一个晶体管的作用。研究人员甚至将这种尼龙绳织入了传统的纺织品,从而形成了新的连接模式——两种遵循数字逻辑的电路,即“非”门变极器和多路转接器。这种纤维能否经受住洗衣机的考验尚不得而知,但是Ingans表示,这种纤维和晶体管是防水的。

这种新方法为将不同类型的线路整合进纺织品提供了新的可能。

“超级抹布”让灰尘逃不掉

位于美国田纳西州橡树岭的Y-12核武器工厂,曾生产了世界上第一枚用于战争的原子弹“小男孩”。现在,这里的一位化学家研制出了一种高科技的“超级抹布”,强大的除尘功能将使其成为划时代产品。

据报道,这种“超级抹布”可以彻底清除十分细小的灰尘,甚至是比人类肉眼能看见的小20倍以上的东西,如高毒物质铍等。它工作起来就像一块可以吸附灰尘的磁铁,不过其中却没有磁石的成分。

发明人罗恩·西曼德尔表示,该技术可以用于去除工业事故中的残留物,或是清扫生产半导体所必需的“洁净屋”,不论是金属、陶瓷,还是塑料、纤维,甚至是对人体有害的放射性物质,都可以被轻而易举地“抹”掉。

目前,西曼德尔正为这项技术申请专利。现在看来,这项新技术的发展前景应该不错,美国环境科学和技术协会就已经表示出了浓厚兴趣。

用月光治病的神奇机器

用月光来治病的神奇机器据外国媒体报道,在距离美国图森市西部15英里处的亚利桑纳州索诺拉沙漠内,来自各地的抑郁症患者和其他各类病人聚集在那里,为的就是能够沐浴由理查德·切彬建造的50英尺高的月光接收器带来的柔和蓝白光束。

切彬是一个盈利性亚利桑那贸易交流会的创办人,在过去的四年里,他自费花了200万美元建造了世界上首架也是唯一一架治疗用的月光接收器,这个重达30吨的镜子帆板被称为“宇宙光线接收器”。虽然切彬没有受过医疗训练,但他确信他的发明能够帮助治疗抑郁症、关节炎和某些类型的癌症。

亚利桑那州立大学的生物学家们对这个月光接收器很感兴趣,不过他们关注的是接收器对植物生长周期的影响而不是对人的影响。不过,这个接收器也给人们提供了一个独特的研究机会。因为虽然月光是对太阳光的反射,但它的频率和光谱是独特的而且是不可复制的,这使得它很难在可控制的临床方式下被检测。

切彬有时在晚上忙到很晚,特别是在月圆的时候,他不停地对接收器进行改进。他计划利用这个装置测试月光对患有癌症的动物可以带来什么影响。但是,已经有一些人类志愿者主动接受了他的装置的测试。其中,一名妇女称,该装置已经降低了她对眼镜的依赖;另外一名志愿者也声称月光治好了他的皮疹。

日后假牙可自动喂病人吃药

德国医生计划发明一种假牙,可以定时释放出药物供病人服用。该牙装有药物,它小到可以植入两颗人造臼齿之间,然后按程序预设的时间释放药物。这种聪明的假牙预计2010年推出。

发明聪明假牙的用意是方便某些长期病患者,使他们不用担心忘记吃药,尤其是患老年痴呆症的病人。仪器又能让高血压病人晚上也可自动吃药,血压就可以时时刻刻都保持稳定。仪器还可让那些难于吞药但又害怕打针的病人无痛服药。

合力研制这种聪明假牙的共有15位医生,其中一名德国医生说:“对某些病人,能日夜定时服药是较为理想的,包括他睡觉的时候,这颗牙就可以做到这点。我们可以根据病人的年龄、体重和需要,设定释放药物的时间及分量,务求在病人血液中保持固定的药物成分。”

假牙内有一个储药库,当口水渗入仪器时,原来的药丸就会变成药水,然后在指定时间渗出,最后透过口腔内壁直接吸收,药力发挥更有效。

聪明假牙靠电能操作,里面有两个电子感应器,监督已释放的和剩余的药物分量。这些数据会透过无线网络传到医生那里,让他随时可以遥控药物分量,又知道何时需要替病人补充药物。医生已用猪做测试,结果相当成功。

日后可制隐形衣

美国科学家已经找到让物体在可见光范围内完全隐形的理论依据。这项研究成果来自美国印第安纳州珀杜大学电子和计算机工程学院的教授弗拉迪米尔·沙拉伊夫及其同事。

物理学家此前已经证实,如果阻止光在一个物体表面发生反射,人眼就无法看到这个物体。在此基础上,沙拉伊夫首次提出使物体在可见光范围内完全隐形的理论支持,并准备将其应用于研发“隐形斗篷”。

他解释说,任何物质都有各自的折射率,折射率决定光从一种介质进入另一种介质时的弯曲程度。“隐形斗篷”的“法宝”就是一种微型金属针,它能够改变物质折射率。长短不一的金属针以不同角度安装在斗篷表面,使斗篷看上去像个呈圆锥体的发梳。这些金属针可以把斗篷里面的反射率从0增至1,与斗篷外面的反射率基本持平,光线因此无法在斗篷表面发生反射,只能绕过斗篷。如此一来,斗篷覆盖下的任何物体都能轻而易举地躲避人们的视线。

虽然已经找到理论支持,但真正研制出“隐形斗篷”并非易事,因为当前技术只能一次改变一种波长范围内的可见光的方向,而不能同时改变全部范围内的可见光。但沙拉伊夫认为这是可以攻克的难关。

沙拉伊夫的研究成果仍然停留在理论阶段,尚未在实践中得到印证,但他预计在未来两三年内完成“隐形斗篷”的模型。

至于“隐形斗篷”的应用前景,沙拉伊夫也表示乐观。就算只能改变单一波长光线方向的斗篷仍然拥有诸多用途。例如,“隐形斗篷”能掩护士兵躲避夜视仪。

未来可用微生物加固倾斜建筑物

美国科学家近日宣布,他们目前正在培养一种可以将土壤转化为岩石的微生物,这种转化可以用于加固那些根基不稳或者发生倾斜的建筑物。

美国加利福尼亚州立大学工程系助理教授杰森·德吉隆称,在此前进行的一系列试验中,科学家们将一种巴斯德杆状细菌放置在湿润的土壤中,经过一段时间的培养和观察,科学家们发现巴斯德杆状细菌已经显著改变了这些土壤的化学成分,土壤中已经含有了大量的碳酸钙,而碳酸钙是水泥的主要构成成分。随着时间的延长,这些土壤就会变得更像是坚硬的沙岩,从而使得建筑物的根基更加稳固。

为检测这巴斯德杆状细菌是否真的有效,科学家们设计了一只装满沙质土壤的容积为200升的容器,然后将一定量的微生物注入试验性的容器。科学家们观测并控制容器中的营养物质、氧分子含量以及其变化情况,以便确定这种微生物到底是如何将土壤变成岩石的。它们首先使得土壤中的水分碱性化,然后再将水中溶解的碳酸钙与晶状物结合,这样,产生的物质将与建筑中使用的水泥非常类似。

科学家们表示,在20世纪,人们主要使用机械或者物理手段来加固建筑物,而很少使用化学的加固方式。目前,人们的目光则更多地转向了微生物细菌,它们同样可以扮演类似的角色。在每一立方米的土壤中,大约包含有1000万亿个微生物细菌,“如果可以合理地进行组织,它们在建筑学上将会变得非常有用”。

用垃圾建造的未来房子

最近科学家发明了一种新型的建筑材料,这种材料完全由废弃物制成。

英国利兹大学的工程师约翰·福斯发明了一种名为“沥青砖”(Bitublocks)的建筑材料,这种砖块用回收的玻璃、污泥、焚烧灰、金属净化的副产品以及发电厂的煤灰等构成。

福斯说:“沥青砖100%地使用了废弃材料,这样避免了将它们送去填埋,这在建筑业当中还未曾听说过。”他希望他的新发明能够革命性地改变建筑业,用一种牢固的低能耗的材料来替代混凝土砖块。

福斯说:“生产沥青砖消耗的能量要比生产传统的混凝土砖节省得多,而且它的强度是混凝土砖块的6倍,因此它绝对是一种高性能的产品。”

沥青,是一种粘稠的物质,人们常常用它来铺路,研究人员将这种物质与其他废弃物混合在一起,然后放到模子当中压缩成为固体结晶块,这些块状物在经过热固化后就能使沥青变得和混凝土一样坚硬。

使用沥青意味着更高比例的废物可以被用来制造砖块,这要比用粘土或水泥结合废物的比例高得多。这些砖块可以用掉数百万磅的玻璃碎片或焚烧灰。

现在研究人员还在研发一种“植物砖”(Vegeblocks),一种可以回收利用植物油的砖块。

巨型机器打印的未来房子

目前,由英国研究人员制造的一台房间大的巨型机器将能使用快速原型技术来打印墙,完成砌砖、涂石灰、安窗户、隔热保护、预留电线和管道的线路等工作。而且,此技术能使墙更加结实,功能更多,同时产生的建筑废物更少,使用的劳力也更少,并能丰富建筑物的形状。

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