书城科普读物科技万事通(时尚生活指南)
8531100000050

第50章 地学(36)

类人型机器人

随着现代科技的发展,机器人技术已广泛应用于人类社会生活各领域,研制具有人类外观特征、可模拟人类行走与基本操作功能的类人型机器人,一直是人类的梦想之一。

20世纪60年代至今,这一梦想吸引了全世界各国众多的科学工作者。这是因为类人型机器人研究是一门综合性很强的学科,包含着多项高科技成果,在很大程度上代表着一个国家的高科技发展水平。因此,一些发达国家不惜投入巨资开发和研究。1997年,日本本田公司率先研制出第一台类人型步行机器人样机。2001年11月,日本有关方面宣布,他们开发成功了可模仿1岁婴儿行走的机器人“皮诺”。这个机器人全身有26个关节,脚心装有一个传感器,可测量重心;眼睛可分辨红、蓝、黄等颜色,可自测距离,能挥手和蹒跚行走。但因为“皮诺”是一个婴孩形象,所以它不是一个强壮无比的机器,而是一个发育中的机器“婴孩”,不得不靠人的帮助才能活动。

机器人的手和脚

机器人要模仿动物的一部分行为特征,自然应该具有动物脑的一部分功能。机器人的大脑就是我们所熟悉的电脑。但是光有电脑发号施令还不行,最基本的还得给机器人装上各种感觉器官。

机器人必须有“手”和“脚”,这样它才能根据电脑发出的“命令”动作。“手”和“脚”不仅是一个执行命令的机构,它还应该具有识别的功能,这就是我们通常所说的“触觉”。

机器人的手一般由方形的手掌和节状的手指组成。为了使它具有触觉,在手掌和手指上都装有带有弹性触点的触敏元件(如灵敏的弹簧测力计)。如果要感知冷暖,还可以装上热敏元件。当触及物体时,触敏元件发出接触信号,否则就不发出信号。在各指节的连接轴上装有精巧的电位器(一种利用转动来改变电路的电阻而输出电流信号的元件),它能把手指的弯曲角度转换成“外形弯曲信息”。把外形弯曲信息和各指节产生的“接触信息”一起送入电子计算机,通过计算就能迅速判断机械手所抓的物体的形状和大小。

机器人的眼睛

机器识别物体系统即三维识别系统。一般是以电视摄像机作为信息输入系统。根据人识别景物主要靠明暗信息、颜色信息、距离信息等原理,机器识别物体的系统也是输入这三种信息,只是其方法有所不同罢了。由于电视摄像机所拍摄的方向不同,可得各种图形,如抽取出棱数、顶点数、平行线组数等立方体的共同特征,参照事先存储在计算机中的物体特征表,便可以识别立方体了。

目前,机器人可以识别简单形状的物体。对于曲面物体,电子部件等复杂形状的物体识别及室外景物识别等研究工作,也有所进展。物体识别主要用于工业产品外观检查、工件的分选和装配等方面。

机器人的鼻子

机器人的鼻子是用气体自动分析仪做成的。我国已经研制成功了一种嗅敏仪,这种气体分析仪不仅能嗅出丙酮、氯仿等四十多种气体,还能够嗅出人闻不出来但是却可以导致人死亡的一氧化碳(也就是我们通常所用的煤气)。这种嗅敏仪有一个由二氧化锡、氯化钯等物质烧结而成的探头(相当于鼻粘模)。当它遇到某种气体的时候,它的电阻就发生变化,这样就可以通过电子线路作出相应的显示,用光或声音报警。同时,用这种嗅敏仪还可以查出埋在地下的管道漏气的位置。

现在利用各种原理制成的气体自动分析仪已经有很多种类,广泛应用于检测毒气,分析宇宙飞船座舱里的气体成分,监察环境等方面。

这些气体分析仪,原理和显示都和电现象有关,所以人们把它叫做电子鼻。把电子鼻和电子计算机组合起来,就可以做成机器人的嗅觉系统。

机器人的耳朵

用压电材料做成的机器人“耳朵”之所以能够听到声音,其原因就是压电材料在受到拉力或者压力作用的时候能产生电压,这种电压能使电路发生变化。这种特性就叫做压电效应。当它在声波的作用下不断被拉伸或压缩的时候,就产生了随声音信号变化而变化的电流,这种电流经过放大器放大后送入电子计算机(相当于人大脑的听区)进行处理,机器人就能听到声音了。

但是能听到声音只是做到了第一步,更重要的是要能识别不同的声音。目前人们已经研制成功了能识别连续话音的装置,它能够以99%的比率,识别不是特别指定的人所发出的声音,这项技术就使得电子计算机能开始“听话”了。这将大大降低对电子计算机操作人员的特殊要求。操作人员可以用嘴直接向电子计算机发布指令,改变了人在操作机器的时候手和眼睛忙个不停而与此同时嘴巴和耳朵却是闲着的状况。一个人可以用声音同时控制四面八方的机器,还可以对楼上楼下的令,而且并不需要照明,这样就很适宜于在夜间或地下工作。这项技术也大大加速了电话的自动回答,车票的预定以及资料查找等服务工作的自动化实现的进程。

现在人们还在研究使机器人能通过声音来鉴别人的心理状态,人们希望未来的机器人不光能够听懂人说的话,还能够理解人的喜悦、愤怒、惊讶、犹豫和暧昧等情绪。这些都会给机器人的应用带来极大的发展空间。

交通运输

交通运输20世纪的汽车制造工业

蓬勃发展的汽车工业

进入20世纪以后,特别是亨利·福特在1908年10月开始出售著名的T型车,1913年,福特汽车公司首次推出了流水线作业的装配方式,大大降低了汽车成本,汽车开始逐渐成为大众化的商品,又在汽车发展史上树立起一块里程碑。从此,美国汽车便成为世界汽车的宠儿。由此来看,发明于欧洲的汽车,获得巨大发展应是在20世纪初30年代的美国。

第二次世界大战后,英国的汽车需求量骤增。美国在战后工业越发兴旺,汽车生产在世界上始终处于遥遥领先的地位,汽车工业更成为美国工业的象征。

国土狭小、资源匮乏的日本,可谓汽车行业的“后起之秀”。20世纪初,日本人才开始研制汽车,但其发展速度却非常迅猛。尤其是在1973年的石油危机时,日本人大量研制生产小型节油汽车在国际市场上一路高歌猛进,20世纪80年代竟然出口汽车达6400万辆,终于把美国赶下了稳坐“汽车王国”几十年的宝座。

汽车生产线的诞生

20世纪初,汽车制造沿用了生产马车的方法:大批工人走来走去,拿着榔头把金属镶板逐件敲进木车架。生产过程既缓慢又费钱。

1903年,福特在底特律开始生产汽车,不到3年就成为全美最大的汽车制造商。1908年,他采用标准规则的配件,专门生产T型汽车。1913年,福特建造了世界上第一条汽车部件装配线,彻底改变了汽车的生产方法。装配线把汽车部件放在输送带上送到工人面前,每个工人只负责一道工序。汽车底盘移至每个工人面前时就由工人把配件装上去,于是装配时间由原来的12个小时一下子缩短至1.5个小时。不到10年,福特T型车的售价由每辆850美元降到250美元,共卖出180万辆。

流水线作业的奇迹

在今天,汽车的生产是一种全面合作和专业化生产的结果。一辆汽车的制造,可能要世界各地许多工厂的参与。

美国通用汽车公司的西班牙萨拉戈萨有一条庞大的装配线:车身的钢铁来自西班牙,引擎产自英国,悬架装置、变速箱和燃油喷射系统产自德国,轮胎产自意大利和法国,汽车收音机产自荷兰或日本,有些配件甚至来自澳州和韩国。这种成效惊人的生产方法使汽车的成本大幅度下降。

20世纪著名汽车生产商

通用汽车公司

1904年,全美最大的马车制造商威廉·杜兰特买下了别克汽车公司,开始进入汽车制造业。资金雄厚的杜兰特经过苦心经营,使别克公司迅速发展起来。这时,杜兰特先后与福特汽车公司的老板亨利·福特、REO汽美国设计生产的轿车外观洒脱、奔放,充满现代气息。车公司的老板兰索姆·奥兹协商,试图与他们联合起来成立更大的汽车公司,但因拿不出足够的现金而遭到拒绝。但杜兰特没有就此罢休,转而联合了奥兹莫比尔汽车公司、凯迪拉克汽车公司、奥克兰汽车公司等20多家大小公司,于1908年秋正式成立了通用汽车公司。通用公司现有凯迪拉克、别克、奥兹莫比尔、庞蒂克、雪佛兰、土星六个分部,另有两家著名的子公司:欧宝公司和伏克斯豪尔公司。

福特汽车公司

福特汽车公司是世界和美国第二大汽车公司。1902年,亨利·福特与煤商马尔科姆逊合建了福特-马尔科姆逊公司,翌年更名为福特汽车公司。1906年,福特买下马尔科姆逊的股份,成为公司最大的股东,完全控制了公司,并出任总裁兼总经理。福特公司现有福特、林肯-水星两个分部,还有两家大型子公司:德国福特公司和英国福特公司。另外,福特公司还控制着两家英国汽车公司:美洲虎汽车公司和阿斯顿·马丁汽车公司。

技术先进、工艺精湛,德国车始终透出一股高贵的气质。

奔驰汽车公司

梅赛德斯-奔驰汽车公司简称奔驰汽车公司。1926年,由戴姆勒汽车公司和奔驰汽车公司合并而成。1883年,卡尔·本茨在德国曼海姆建立起奔驰公司,1885年,本茨制造出了世界上第一辆三轮汽车。1886年,高特利布·戴姆勒制造出了世界上第一辆四轮汽车,1890年,戴姆勒在斯图加特建立起戴姆勒汽车公司。之后,两家公司展开了竞争,接连不断地推出各自的汽车新品种。1926年,两家公司正式合并为戴姆勒一奔驰汽车公司,产品统一命名为“梅赛德斯一奔驰”。目前,奔驰汽车公司主要生产中档轿车、跑车,高档轿车、跑车,豪华轿车、跑车,另外还生产越野车。

大众汽车公司

大众汽车集团是目前欧洲最大的汽车公司。大众汽车公司在1938年创建时为德国国有企业。1960年大众公司实现了私有化,1964年又收购了奥迪汽车公司,组成了大众汽车集团,后又相继买下西班牙的西特汽车公司和捷克的斯科达汽车公司,成为大型的世界性汽车工业集团。大众汽车公司是大众汽车集团中生产经济型轿车的企业。

宝马汽车公司

宝马汽车公司是德国一家专门生产高级轿车、跑车的制造商。公司创建初期只生产飞机发动机,这从公司蓝白相间的螺旋桨形标志图案可见一斑。宝马公司生产的航空发动机性能卓越,曾创下双翼飞机飞行高度的世界纪录。20世纪70年代初期,宝马公司的产量仅有20多万辆,但到了20世纪90年代,宝马公司的产量多次超过奔驰,成为全球增长最快的高档汽车生产厂家。

丰田汽车公司

丰田汽车公司是日本第一大汽车公司。由丰田佐吉创建于1933年。目前,丰田汽车公司主要生产凌志、皇冠、佳美等轿车,大霸王MPV,苏帕拉牌跑车,陆地巡洋舰牌越野车等。

丰田汽车公司总部设在日本丰田市,1995年的汽车总产量为4693万辆。

21世纪的智能汽车

多年来,人们幻想制造一种具有人工智能的汽车:司机把汽车发动以后,就可以不去管它,汽车自动地行驶。如果遇到障碍,它会自动减速或让开,到目的地它会自动停车。在21世纪,这个幻想可能实现。人们把电脑装在汽车里,由它来控制汽车。

电脑能够根据路面的条件,控制汽车的供油装置,保证用油最省的同时发动机工作得最好。电脑还能控制变速器,自动采取合适的“档位”,用不着司机去换档。更奇妙的是:如果需要紧急刹车,电脑能根据地面附着力的大小,合理地分配刹住车轮的力量。哪怕是汽车一边的轮子走在干燥的路面上,另一边的轮子走在很滑的冰上,这时刹车也不会失灵。

21世纪的智能汽车将来定会行驶在马路上。

20世纪的火车制造工业

蒸汽机车的问世

世界上最早行驶于轨道上的蒸汽机车诞生于1804年,是一位姓特里维西克的英国人设计制造的。他的蒸汽机车屡次发生事故,又未能得到进一步改进,只好半途而废。

世界上第一台能实用的蒸汽机车,是英国工程师斯蒂芬森设计、制造的,它于1814年制成,取名“半统靴”号。经过改进,斯蒂芬森又制造出旅行号,于1825年在世界上第一条标准轨距铁路上正式运行,从而开创了铁路运输的新纪元。

蒸汽机车是18世纪下半叶工业革命时期的一大发明,它开辟了近代运输的新纪元。当时,英国人把工业所需的煤炭从利物浦运到曼彻斯特,用铁路运输的费用仅为用马车运输的1/5,可见蒸汽机车带来了巨大的经济效益。

此后,随着技术的发展,蒸汽机车的性能不断得到改善。1938年,美国的赫德森232型蒸汽机车拉着560吨重的列车,平均速度可达到每小时193千米,最高速度则达到每小时200千米。

但是,蒸汽机车工作起来很费能源。所烧掉的煤中,只有7%用于推动车轮,93%的煤都没有被利用。同时,蒸汽机车还要“喝”大量的水,每走10千米就要消耗2000千克的水。这在缺煤、少水的地区就很不方便了。此外,机车冒出的黑烟会污染环境,蒸汽机车的操作也较复杂,劳动强度大,又是加煤,又是加水,还要注意锅炉的蒸汽压力等等。

随着科学技术的不断进步,出现了内燃机车、电力机车。与蒸汽机车相比,它们具有更好的性能,可以把运费进一步下降1/2。很多国家,早在20世纪60年代就用内燃机车或电力机车取代了蒸汽机车。