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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,不過要給人類乘坐,還得有一段時間。

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(jié)束,蹬上地毯出門透口氣。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、飛毯前進時振動的幅度都事前計算好了,不用擔(dān)心司機是剛拿到本兒的新手,不用擔(dān)心耗油,不用擔(dān)心超速和堵車,也不用擔(dān)心沒有停車位,唯一要擔(dān)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,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,地毯可以在空中鳥瞰,這還省下了安裝GPS認路的錢。

  飛毯已經(jīng)從《一千零一夜》里飛出來,降落在現(xiàn)實世界。在哈佛大學(xué)的應(yīng)用數(shù)學(xué)實驗室中,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(xiàn)實世界中的“處女秀”。

  仿照鰩魚造飛毯

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

  不過,有關(guān)飛毯的大部分研究是在水中進行的。第一個用作實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前進的呢?馬哈德溫教授計算了游泳的人在揮臂劃水時,度、粘稠度和肌肉的運動等因素,得出一套“水中飛毯”振幅與振動次數(shù)的公式。公式進一步證實了飛毯的可行性。

  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”。仿生對象在鳥類、綽號“西班牙舞者”的海蛞蝓和鰩魚之間角逐。而飛毯選擇了鰩魚,這種長得像扁平的烙餅,游動時將2700米的深海橫向“剖開”的軟骨魚類。“鰩魚沒有魚鰾,必須利用波動身體,同時產(chǎn)生上升和前進的動力,扁平的身體通過改變波形、波頻、波長和波的傳播方向等來控制前進的速度和方向,飛毯的原理也和它差不多。”馬哈德溫教授表示,飛毯自身既是座椅,又是引擎。

  用什么材料制作“引擎”,著實費了馬哈德溫教授和他的伙伴們一番功夫,誰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(xiàn)實。馬哈德溫教授嘗試了高分子聚合物、金屬薄片,然而,彈性和摩擦力的實驗失敗了。另一個團隊利用大鼠的肌肉細胞作為動力,仍沒有成功。飛毯的材料既要隨著電信號波動,還要有柔軟的韌性,能抵抗振動時產(chǎn)生的摩擦力。基于這個要求,馬哈德溫教授決定試試復(fù)合材料--一種涂上金屬襯箔的輕薄纖維織物,被稱為“智能聚合物”,可以隨著電信號產(chǎn)生起伏波動。“這的確起效了”。

  4厘米長,0.1毫米厚的毯子漂浮在空中,每秒震動大約10次,振幅大約為0.25毫米。根據(jù)復(fù)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(shù),輸入地毯中,讓試飛的地毯就像一張實時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(dāng)然不是馬哈德溫教授,而是一只螞蟻。

  顛簸問題未解決

  “如果你想平穩(wěn)地漂浮在空中,你可以讓毯子產(chǎn)生較小的起伏,但是你前進的速度會很慢。”馬哈德溫教授在接受《自然》雜志采訪時,解釋了讓螞蟻成為首位乘客的無奈。顯然,現(xiàn)在飛毯還不能作為載人飛行器。

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

  一年過去了,關(guān)于飛毯的研究暫時沒了動靜,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,事實上,他駕駛飛毯的姿勢也和沖浪無異,唯一不同的是,這次“沖浪”是在失重環(huán)境中,并沒有動力。人們要駕駛真正的飛毯在太空遨游,或許還要等待一些時日。

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