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        影響****的發明
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          每年《大眾科學》雜志在年中時分公布“十大****發明獎”已成一種慣例。2012年是它的第6個年頭,該獎項以嚴格的審批過程著稱——需考量哪些是年度“天才級”的發明?哪些有能力解決嚴峻情勢問題?又有哪些即將成為現實****的產品?這讓許多人都對這一榜單翹首以盼。
          有趣的是,盡管遴選標準很嚴肅,但在****入榜名單中,被稱“草根”味十足者不時有之——因許多獲獎設計十分貼近工作生活中的細枝末節,甚至可能瑣碎到讓你以為它被發明出來只為博人一笑。但它們仍旨在********地便民助人,或是彰顯出一種前所未有的發明思路。無論怎樣,據《大眾科學》自己稱,今年的評選程序依舊堪稱“嚴峻”,在“萬中選十”的擂臺上一直“站”到****的,就是以下十位選手。不妨看看它們是否保持住了該獎項一貫的水準。

        1、五千年只此一變?
          彈簧溜冰鞋
          大衛·布魯瓦平時的主要工作是管理多倫多附近的公寓,不過他也會在任何空閑的時候去搞一搞自己**喜歡的小發明創造——比如太陽能煙霧探測器,或者去除老年斑的護膚霜。1998年,布魯瓦正在當地溜冰場溜冰,一個新奇的點子忽然鉆進了他的腦子:能不能發明一種裝配了彈簧的溜冰鞋,可以令溜冰者更加自由地掌控自己的動作力度?布魯瓦決定將這個主意付諸實踐。盡管研究過程的困難超出想象,但當****局告知還從來沒有人有過與自己一樣的想法時,他感受到了一個創新者的興奮。
          可以說,從冰鞋被人類發明出來那天起,不管是**早期利用獸皮加磨礪的鯨魚骨頭,還是利用碳纖維與不銹鋼,5000年來,溜冰鞋的基本結構沒有發生過太大的變化:放腳的靴子、冰刀和將它們綁在一起的東西。布魯瓦為這三大件增加了一個新元素——彈簧。在他制作的原型鞋中,布魯瓦在分別位于腳趾和腳跟的原本安裝冰刀的兩個空洞中放進了兩個壓縮彈簧,然后再把冰刀裝上。這樣當溜冰者開始移動自己的腳時,彈簧便會被壓縮,冰刀也將相應地收入冰鞋內幾毫米。而當溜冰者抬起腳時,彈簧會釋放出之前收蓄的能量,冰刀則回到了初始的位置,溜冰者因此獲得了額外的助推力。
          布魯瓦的發明創意十足,可惜的是,他自身沒有足夠的資金去雇請專業人員進行疲勞性實驗等進一步的研究。所幸很多人已經看到了商機——現在,一位運動理療師邁克·奧斯丁表示,運動員穿上這款新鞋之后,只需腳趾發力而不像以往需要整個腳掌發力便可前行,并且持續溜冰20分鐘也不會感覺任何疲勞。這可以有效減少肌肉和關節的損傷。

        2、他們保護你,什么保護他們?
          簡易消防員救助噴霧器
          邁克·羅賓遜是田納西州的一名消防員。在去年秋天的一次火災搶救中,他發現自己的一名同事因為火場中的高溫和巨大的體力消耗而出現神志混亂,便立刻將他攙出了事故現場,并不斷用濕毛巾幫助他降低體溫。**終,這名消防員的體溫回到了正常水平,撿回了一條性命。
          在邁克看來,這種幸運的情況并不是經常出現。據統計,火場范圍內的高溫會增加消防員出現心臟驟停的風險幾率,這也是導致過半數因公殉職悲劇的罪魁禍首。一般情況下,發達地區資金充裕的消防部門會采購噴霧風扇和降溫背心來幫助消防員抵御過熱的威脅。但是對于邁克所在的邊遠地區來說,甚至連一支職業消防隊都供養不起(美國全國的消防員中,71%是志愿人員),更別提購置降溫背心這樣昂貴的專業設備。
          于是,自那次險情之后,邁克開始尋找一種經濟可行的對抗高溫、拯救隊友的方法:噴霧風?效果明顯!但是除了價格昂貴,還需要外接電源,此外,它不僅要占據消防車很大一片空間,組裝過程也非常繁瑣。不過,邁克很快想出了解決之道,為什么不把每個消防車上都有的制式栓口改造成水霧風扇呢?畢竟每次救火時,消防車水箱上的6到8個栓口中,常常有1到2個是處于閑置待命狀態。
          幾周后,邁克通過朋友的工廠做出了原型。他把這項發明命名為“熱量捕獵者”。利用6個安裝在栓口上的霧氣噴嘴,一輛消防車能夠將兩位消防員完全籠罩在涼爽的水霧當中,足夠降低30華氏度的溫度,而一小時僅僅耗水兩加侖。


        3、骨折過的人會明白
          模塊化恢復輔助裝置
          凱利·安德森在接受手腕手術兩個月后摘下了固定石膏,卻發現自己的關節是如此的僵硬,甚至無法旋擰門把手。即便是又過了4個月,這種后遺癥依舊沒有得到徹底的恢復。與安德森有一樣遭遇的,還有其他許多患者,他們都在拆除固定裝置之后,深為阻礙恢復的并發癥所困擾——長時間不進行運動,雖然有利于骨骼的愈合,但是卻給肌肉和關節帶來了麻煩。
          2009年,弗吉尼亞大學生物工程系的教授向自己的學生提出了這個問題,并鼓勵他們想出解決的辦法。學生們積極著手行動,在考慮了多種可行性之后,他們決定制作一個模塊化的固定裝置。這種新裝置既能夠如傳統裝置一樣保證整條肢體的安全,又可以讓醫生根據不同位置骨骼的恢復情況來靈活拆解模塊。這樣,各個位置的肌肉組織和關節就可以一個接一個地進行活動鍛煉,暢活血脈,重獲敏捷。實驗顯示,這種固定裝置能夠將以前的恢復療程縮短一半。
          這款被稱為“謎團石膏”的固定裝置由6個可拆卸部件組成。其中兩塊支撐著前臂和手,讓骨折的肢體保持穩定;其他部件限制著下臂的四個動作:肘部彎曲,上下擺動,左右擺動,手腕轉動。一位模具技師負責組裝這整套模具:先把熱成形塑料放在熱水中加熱,再繞著病人胳膊戴好,使之成型,然后用鉚釘緊固各個部件。安裝時間跟標準石膏模差不多長。要想把其中一個部件拆掉,醫生只需把鉚釘取下。
          到了2011年,這些學生獲得了來自美國****大學發明和創新者基金支持。下一步他們將致力于將自己的發明推向醫療器械市場。


        4、****科技含量的鞋墊
          步伐傳感器
          喬·克里斯蒂安森在成為發明家之前的職業,是一位航海船長。1985年,他受雇去駕駛一艘仿制“五月花”號的海船,來重演幾百年前****批英國人從弗吉尼亞的詹姆斯敦踏上美國新大陸時的情景。喬沒有料到,這次航行任務,會成為自己職業生涯的終點。****,他正在打掃船殼,有人突然啟動了船只。喬的腿不幸被卡在方向舵和一根桅柱之間,導致他左膝以下大部分神經嚴重受損,左腳永遠地失去了感覺。
          如今,喬借助拐杖的幫助還能夠行走,但是麻煩的是,因為左腳沒有知覺,他需要不時低頭查看腳步,來避免失足踏空。這種窘狀在2003年他遇到另外兩位同病相憐者——工程師理查德·哈色胡斯特和史蒂夫·威廉斯之后,出現了轉機。威廉斯提出了創意:每當無感應的左腳踩到地面時,能否用某種音調來通知他的大腦呢?
          3年之后,3位患者合力做出了這款名為Sensastep裝置的原型。這塊泡沫鞋墊上安裝著13個壓力感應器。當使用者的腳跟或者腳趾踩到地面,腳踝處的發射器便會向放置在耳朵里的接收器發送信號。接收器以震動的方式刺激耳蝸神經,向患者傳遞腳部已經落地的信息。其中,不同的振幅代表著腳的不同部分碰觸地面,這使得患者在行走時,能夠****了解自己腳步的觸底情況,不必因為害怕跌倒而低頭查看步伐。
          這款設備還可以幫助因糖尿病或者帕金森癥導致的感覺喪失或者運動功能失靈的病人,以及因中風或者受傷而出現平衡問題的人,F在喬和他的伙伴正計劃找一家醫療設備公司,實現產品的商業化生產。
        5、減少洗澡的“罪惡感”?
          可循環淋浴器
          沒有其他居家活動能夠比洗澡這件事浪費更多的水和能源了——在幾乎所有人的洗浴過程中,大量含有熱能的熱水往往都白白地流入下水道。所謂節水的蓮蓬頭,效果也不過寥寥,且更是以犧牲沖淋的舒適性為代價。
          2004年,英國皇家藝術學院工業設計系學生皮特·布魯因開始著手發明一種不必借助低水壓來節水的節能淋浴器。鑒于大部分的****要求洗浴用水必須達到一定的飲用水標準,布魯因的新發明就不僅僅只是實現水的收集和再利用。為此他設計了一種迷你型水處理設施,可以不間斷地收集、清潔和再循環一次洗浴所使用水的70%。即便算上該裝置所消耗的能量,它也比普通淋浴設備節能40%到70%——因為它不必對水進行再次加熱。
          聽起來,這種方式雖然減少洗澡費水的“罪惡感”,但似乎也降低了沐浴能帶來的“清潔感”。于是,考慮到大部分其他水處理裝置即時處理能力和效率的低下,布魯因決定采用快速凈化牛奶時常用的巴斯德氏殺菌法(即巴氏殺菌法)。一般情況下,洗澡水流入下水道時還保持著105華氏度的溫度。只需借助一個熱轉換器和小型電加熱器,便能夠將其再提高56華氏度,達到巴氏殺菌法要求的162華氏度標準。
          一年下來,一個使用布魯因設備的普通家庭,將會少用2萬到3.2萬加侖的水,而當地的污水處理廠也可節省200千瓦時電能。


        6.誰說環保與極速不可兼得
          高效低耗引擎系統
          對于弗拉克·威爾來說,自己一生中**美好的時光,都被用在了不斷追逐更高引擎性能之上。上世紀70年代,十幾歲的威爾就開始參加德國國內的摩托車比賽,并且在1991年贏得了********的頭銜。在退役之后,他來到澳大利亞,成為福特公司的一名汽車工程師。2008年,威爾離開了福特,開始了另一項新事業:“超越7”,一套借助重定向和燃油加熱技術,可降低7%油耗與多達30%尾氣排放的引擎裝置。
          “超越7”能夠以不燃燒引擎的方式,將燃油加熱到高于常規的溫度,使其不再過于黏稠。一般情況下,一臺以中等速度工作的引擎及其中的燃油溫度,會保持在200華氏度左右。而安裝了“超越7”之后,燃油的溫度會上升到250華氏度到300華氏度,但引擎本身依舊保持在200華氏度。
          在“超越7”的模型中,人們可以看到,一支旁通軟管將本應流向油盤的熱燃油集中起來,然后送往一臺回收發動機廢氣熱能的熱轉換器。在這里,燃油被加熱到更高的溫度,當然,并不會超過大多數汽車制造廠家所規定的極限高溫標準。一只恒溫器會保證燃油的溫度始終不超過300華氏度。
          燃油的溫度越高,會令機軸的旋轉與油泵的運轉更加容易,引擎也因此降低了燃油的消耗,提升了功率。****,連帶著含有一氧化碳、二氧化碳和氮氣的尾氣排放,也大大減少。
        7.沙場猶有未歸人
          可充氣腰腹止血帶
          當理查德·施瓦茨作為軍醫參加“沙漠風暴”行動時,他幾乎見到過所有類型的槍傷,尤其是腰腹和大腿以上部位,因為無法被防彈衣所覆蓋,所以這些地方**容易遭到敵方士兵的瞄準。更為糟糕的是,傳統急救方式并不能很好地處理身體中段的傷勢,這里無法采用包扎的方式來阻止動脈出血。正因如此,許多士兵在短短幾分鐘內就失去了生命。
          2006年,在一次醫療會議上,已經是喬治亞健康科學大學急救系主任的施瓦茨,與同樣做過軍醫的約翰·克魯肖恩一見如故。不久之后,他們便開始共同研究一種有效應用于腰腹的止血帶。**初,他們發明了一種裝在皮帶上的楔狀氣囊。急救時,醫生將其纏繞在傷者腹部,然后用手動泵進行充氣,不斷壓迫主動脈向脊椎靠攏,**終止血。
          然而在戰爭環境中,運送傷者往往非常匆忙,如何才能讓止血帶工作得更加穩定,是施瓦茨和約翰需要進一步改進的地方。他們采用增加一個底座來提供穩定性,以及一個絞盤來加固和鎖定止血帶的方式解決了問題。
          這項發明首先被應用到實驗豬身上,而后是人體。2011年10月,施瓦茨和約翰向美國食品和藥物管理局(FDA)提出了****申請。他們本以為需要3年時間,未料到僅僅8天之后,FDA就通過了該研究提出的所有申請。美國軍方很快采購了60條腰腹止血帶裝備到一線部隊——盡管看似數量不多,但隨后英法兩國也很快表達出了濃厚的興趣。


        8.無需“三天打魚兩天曬網”
          ******龍蝦捕網
          在常規的捕魚季節,大部分捕獵龍蝦的漁民一般3到4天,才能出海去收獲自己的龍蝦捕網,并換上新餌。畢竟每一次出海至少需要花費多至600美元的燃油和18個小時的高強度勞作。然而對于捕蝦來說,3到4天的間隔顯然過于漫長。龍蝦們在這段時間里早已經把作為誘餌的鯡魚或鯖魚吃光,然后揚長而去,留下空網一張,因而那些分布在紐芬蘭島至北加州洋面上的龍蝦捕網,至少有一半時間是空著的。
          加拿大新斯科舍省一家制造絞盤、起重機等漁業設備的企業老板文斯·斯圖爾特決定改變這一狀況。2003年,文斯****次從客戶那里聽到了關于龍蝦捕網空置的問題。隨后他便開始制作一款稱為“美味魚餌”的裝置。它能夠在龍蝦捕網被安置幾天之后,才開始緩慢釋放龍蝦誘餌。這樣就可以讓此前3到4天便要辛苦出海一趟的漁民們,現在可以休息5天以上,節省了時間、勞動和燃油。
          不過,“美味魚餌”這款產品制作成本很高,于是2010年,文斯向幫助發明者實現發明商業化的戴爾豪西大學實驗室求助。該實驗室主任馬特·安特蒙與他一道制作出了新的設備,其中包含可以安裝在標準捕網底部的基座,讓漁民們掛置誘餌的金屬龍骨等。這套設備的關鍵在于一根控制誘餌釋放頻率的“保險絲”——一條在水中按照設定時間進行生物降解的魚類身體。安裝了這條保險絲的“美味魚餌”,已經能夠保持80個小時的魚餌釋放。


        9.真正“眼觀六路”
          增加真實度的眼鏡
          在做了20年電氣工程師之后,蘭迪·斯普拉格在2008年選擇了辭職,去創辦自己多年來的****夢想——一家太陽能公司。不過這個人生劇本由于他的突發奇想而發生了修改,蘭迪的想法是:當人們眼睛看到目標物體時,自然看不到周圍其他之物,那為什么不能將目標和所有人們視野所及之物都集中顯示在一塊電子屏幕上?
          這個靈感讓蘭迪很快把太陽能公司拋到了九霄云外。不過**初做出來的設計樣品笨重且視野狹窄,沒有令他感到滿意。但蘭迪很快發現了解決方法,只要將屏幕移至普通眼鏡的鏡片上,并且讓佩戴者帶上安裝一個影像過濾器的隱形眼鏡,就可以避免之前遇到的問題。為了將自己的理想付諸實踐,蘭迪注冊了自己的公司專門從事新型眼鏡的研發。在18個月之后,他的努力得到了來自美國****科學基金會的肯定和支持。
          在蘭迪的發明原型“iOptik”上,人們可以看到眼鏡架的兩只鏡腿上分別安裝了一對微型投影儀,它們能夠將影像投映到聚碳酸酯材料的眼鏡片上。同時,在使用者佩戴的每一塊隱形眼鏡片上,則裝配了內外兩組由精微導線制作的、可對進入人眼的光線進行篩選的納米過濾器。外部的過濾器允許來自外部****的非偏振光線進入,但內部的過濾器只留下來自眼睛所觀察物體的光線,屏蔽其他波長的光線。這樣,人們就能夠在同一時間看到眼鏡片上顯示的目標物體與整個外部****。使用者還可將眼鏡轉換到全封閉模式。該模式下,人們能夠以眼鏡片為電視屏幕來玩電子游戲,或者以120度的視角觀看3D電影。

         

        10.催生更簡單的直升機
          簡易凸輪動力系統
          10年前,當時還是銷售主管的詹姆斯·奧尼爾,在****次了解到直升機動力系統的運行原理后,便有了重新設計它們的念頭。如今,奧尼爾正在和一群來自伍斯特理工學院的大學生們一起,對自己發明的“東北風”直升機動力系統進行改進,繼續在保持動力不變的前提下,挑戰直升機“瘦身”極限。
          在起初,大部分的直升機都裝配著巨大的傳動裝置,以便將引擎的****速度控制在與主螺旋槳相匹配的范圍之內,同時向尾部槳翼提供動力,來保持機身不陷入螺旋打轉的失控狀態。若干年前,工程師們取得了突破性的創新。通過在主螺旋槳之上安裝一個朝相反方向旋轉的同步旋翼,人們成功地取消了尾部發動機。不過這種反方向同步旋翼的設計,在現實中裝配起來非常復雜冗繁。
          奧尼爾的新發明便是針對于此。他想到了能夠以一根機軸驅動多個凸輪的凸輪發動機。這種發動機可以實現兩套旋翼同時以正確的速度旋轉,而不需要再安裝沉重的、維護起來相當麻煩的變速箱。借助它,奧尼爾研制了一款新的可以產生旋轉力的凸輪動力系統,這有望催生出一種更輕、更低成本的新型直升機。
          在奧尼爾的原型機上,8臺相對布列的活塞驅動一對四葉的凸輪。每一個活塞負責為四葉旋翼中的其中一葉提供旋轉力。整個發動機的功率達到了每分鐘2000轉,但四葉旋翼將這個速度降低到每分鐘500轉,這非常適合20000磅重量以下輕型或遙控直升機的動力需求。

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