蚂蚁的启示

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蚂蚁的启示

    蚂蚁的启示
    高效率“人造肌肉发动机”的设想与实现,将使动力界发生根本性的突破。在这一点上蚂蚁也有一份功劳。
    假如我们邀请大象、狗熊、骆驼、马、牛……以及蚂蚁等多种动物开一个负重比赛会,人也参加其中,以单位体重所拖运货物重量的大小作为评定胜负的标准。比赛的结果,一定会使你感到惊奇和意外:傲慢的大象和满有把握的狗熊,都落在了后面,而动物界中不显眼的小兄弟??蚂蚁却名列前茅。
    有一次,一位科学工作者看见一只蚂蚁,正在匆匆“举起”一个小石块搬出洞外,这一惊人的场面引起了他的兴趣。他把蚂蚁和石块分别称了一下,想不到石块竟比蚂蚁重50多倍。有的科学工作者甚至还发现蚂蚁所能拖动物体的重量,差不多竟超过了它体重的100倍。
    再看看蚂蚁眼里的庞然大物吧。
    l匹拉大车的挽马能拖运多少货物呢?实践告诉我们,l匹平均体重为700干克的强壮的挽马在良好的路面上,顶多能拖运3000千克的货物,相当于体重的5倍左右。人的牵引力大致也是这样的倍数。至于体重约为3吨的大象,六七百千克的狗熊,它们所能拖运物体的重量甚至还不到身体重量的5倍。
    从众多的事实中,不难看出,在一般情况下,动物的身体愈小,相对的力气就愈大。从这个观点上看,蚂蚁可以说是当之无愧的冠军了。
    这个现象历来引起科学工作者的浓厚兴趣。他们进行了大量的研究、试验,终于揭穿了这个奥妙,找到了蚂蚁惊人力量的源泉。
    科学工作者发现,蚂蚁脚爪里的肌肉是一个效率非常高的“肌肉发动机”。它是由几十亿台微妙的“小发动机”组成的。这种发动机比现代性能最好的航空发动机的效率还要高好多倍,因此能产生这么大的力量。
    那么,为什么这种“肌肉发动机”效率会这样高呢?
    事情是这样的:一般的发动机都需要有一定的燃料,其中有汽油、煤油、柴油、重油以及一些气体燃料等,比如说,蒸气机利用燃料燃烧,才能释放出来热能,把水加热成蒸气,再利用蒸气推动活塞运动,内燃机是利用燃料燃烧时所产生的高压气体来推动活塞运动的。不管哪一种发动机,燃料燃烧时,总有好大一部分热能白白跑掉了。这还不算,有效热能还要克服一些无谓的机械摩擦,耗损掉不少能量。因此,一般发动机的热效率最高不超过对%左右。但是,“肌肉发动机”所使用的却是一种特殊的“燃料”,它不借燃烧就能把潜藏的能量直接释放出来转变为机械能,因此没有能量损失。又由于没有机械摩擦,所以也没有能量的损耗,正因为这样,效率非常高,高达 80 %以上。
    蚂蚁给科学工作者一个启示:要想获得高效率的发动机,必须扔掉燃烧过程,让燃料直接变为电能或机械能。
    这项研究课题,早就开始了。
    几十年前,就有人提出了直接把燃料氧化所产生的化学能转变为电能的想法。可惜,摸索很久仍没有得到令人满意的结果。近来,由于科学技术的进步,情况大有好转,现在已经出现了几种燃料电池,它能利用燃料的氧化??还原反应来直接发电,避免了燃烧过程,效率大为提高。
    燃料电池虽然初露头角,但已经显示出很强的生命力。据说美国发射到月球上的“阿波罗”飞船就使用了这种电池。燃料电池除在航天器上应用外,还广泛用于海洋开发事业中,将来有可能把它当作交通运输工具的动力,作为汽车、拖拉机、船舶的能量来源,也可作为日常生活的能量来源,甚至有可能代替现行的火力发电设备。
    回过头来,再看看“肌肉发动机”。
    经过生物化学工作者的研究,现在已经初步找到了“肌肉发动机”的特殊“燃料”的成分,它是一种结构非常复杂的含磷化合物,在许多场合下,只有肌肉中的酸度有极微小的变化,就能引起某种生物化学反应,这些反应能使肌肉蛋白的长形分于在刹那间收缩起来,产生巨大的力量。这个发现给了人们另一个启示:能否制造出类似的“肌肉发动机”呢?
    实践的回答,是乐观的。
    经过艰苦的努力,反复的探索,科学工作者终于用聚丙烯酸制成了一种典型“人造肌”。他们做过这样一个实验:把一个重物挂在“人造肌”带子下面,然后用滴管向带子上喷淋几滴酸性溶液,这时带子就立刻向上收缩,把重物提起。反之,喷淋碱性溶液,带子 就会伸长,把重物放下,而且没有热量释放。据实验,1厘米宽的 “人造肌”带能提起约100千克的重物。这就是目前把化学能直接 变为机械能的“人造肌肉发动机”的原理性实验。近来人们也试制 了一些不同结构形式的“人造肌肉发动机”的雏型,虽然这些发动机的力量还很小,结构形式尚需进一步完善,暂时不过是科学研究上的新玩艺儿,但不应忘记,现代飞机的祖先,正是1903年莱特兄弟发明的新玩艺儿??第一架飞机。这架飞机飞行的高度不超过243.8米(800英尺),在空中仅仅停留59秒钟。在科学技术飞跃发展的今天,完全可以相信,再过几十年,强而有力的“人造肌肉发动机”可能出现在生产建设的舞台上。那时,动力界的面貌将会焕然一新,笨重的效率低的发动机,将被轻便的高效率的“人造肌肉发动机”所代替。
    你侦察过“蚂蚁”吗?它终日不停地搬运着超过它本身体积和重量很多倍的食物,它“跋山”、“涉水”,无论是凸凹木平的道路,还是荆棘丛生的草地,都毫无畏惧,奋勇向前。那矫健的步伐,强大的力量,敏捷而灵活的动作,仿佛永远不知疲劳似的。人们能不能创造出一些不仅能计算、翻译、传递信息,而且能挖土、扫地、搬运。能劳动的具有生动特性的机器来呢?
    当然,这不是一个虚无缥缈的幻想,而是一个已经实现或正在争取实现的理想。 在生物学、工程数学、逻辑学、电子学、自动控制学等近代科学的帮助下,今天,科学技术工作者不仅制造了电子计算机、翻译机。识字机、诊断机、信息机,而且也制成了灵敏的“机械手”、“自动扫地机”以及各种“机器人”。随着科学技术的发展,将来人们有可能研制出各种性能优异的机器人,类似美国的科学幻想影片《未来世界》中的机器人,能按照人的指令从事各种工作,就是在危险的地方,它也毫不畏惧。到那时,人类的生产活动。科学技术将发生崭新的变化。可能出现这样的场面:在高大的厂房里,机器高效率地正常运行着;在广阔的耕地上,拖拉机、收割机不停地奔忙着;高空的飞机、远航的船都在准确地航行着……这一些活动绝大多数都是由机器人来操作的,而人则是机器的主人。
    既然人们能够制造出具有一定“头脑”的机器人,又能研制出“人造肌肉发动机”,那么,在未来就有可能创造出具有生物特性的机器。这是很乐观的。