世界上最伟大的学科是什么?毫无疑问,数学。
因为数学是科学的基础,没有数学,就没有科学。
在人类文明发展的历史上,数学一直扮演着重要的角色。
从公元前3000年左右的古埃及数学,到公元前500年左右的希腊数学,再到公元前400年左右的罗马数学,直到今天的欧洲数学。
无论是古埃及的楔形文字,还是希腊算术,都是人类文明发展的见证。
然而,随着时间的推移,这些文明逐渐消失在历史的长河中,成为一个谜团。
21世纪最伟大的科学领域是微世界,比针尖还小的微型机械开创了崭新的科学领域。
微型机器神奇的前景,引起了科学家的高度重视和浓厚兴趣,于是一门新兴学科——微机械学也就应运而生。
多大的机器人算微型机器人?1毫米至10毫米为小型机械,10微米至1毫米为微型机械,10纳米至10微米为超微型机械,统称为微型机械。
微型机器人的体积,可以做到微米级甚至亚微米级,重量轻至纳克,加工精度达微米、纳米级。
要做成微型机器人,原先的工业技术已完全不适用。
构成微型机械必须有非常小的零件,制造那样的零件,要求材料、加工方法和组装,都必须开发全新的技术。
美国得克萨斯仪器公司利用制造硅片的蚀刻工艺,来制造尺寸极小的微电子机械系统——MEMS。
MEMS技术是集成电路微细加工技术,它将驱动器、传动装置、传感器、控制器、电源集成于几立方毫米的多晶硅片上,因而能获得机电一体化的微型机械。
一些MEMS的雏形已在美国、日本、德国获得广泛应用。
例如,一种直径只有头发丝粗细的自动检测传感器,已经安装在数百万辆小汽车里,当它感到冲击来临时,就会让安全气囊自动张开,保护司机和乘客。
科学家发现,微型机械的可靠性和结实程度非常惊人。
美国的贝尔实验室将一辆微型机械震动了20亿次,根本没有损坏它一丝一毫,因为它实在太轻,就像把纸屑往地上摔一样不会受损。
日本一家公司,用微型零件安装了一辆能开动的微型汽车,它的大小相当于一颗米粒,静电马达的直径只有1-2个微米。
这家公司,还制造了一种能开动的微型车床,大小只有普通车床的万分之一;公司制造的人工智能尺蠖,直径只有5.5毫米。
这种人工智能尺蠖,可以应用在核电站的弯弯曲曲的管道中爬行,去寻找管道的裂缝。
微型汽车
德国微型技术研究所的物理学家沃尔夫冈·埃菲尔德,已研制出一架双引擎直升机,重量不到0.5克,能向空中升起毫米。
它的高性能微型马达,功率为1瓦,每分钟转速可达10万转,个头却只有削尖的铅笔尖那么大。
这种尺寸只有黄蜂大小的直升机,虽然离实用还有很大距离,但是它令人信服地表明,极其微小的微型马达,最终将能用来驱动电子显示器、手表、微型计算机、激光扫描器和微型外科手术器械等。
微型直升机
日本生产的另外一种微型导管,直径仅5毫米,尾部有摄影机和激光机,管内装有机器人。
管子可以从皮肤插进血管,也可以插入胆囊或胰脏。
机器人进入人体后,可以通过它的摄影机,把人体内的状况清晰地显示在电视屏幕上,供医生作出正确诊断;体内的机器人也可以直接用于治疗。
美国眼外科医生查尔斯与一实验室合作,研制出一个防止手术时手颤抖的机械系统,设计出代替人手动作的机器人。
当医生移动操纵杆1厘米时,机械手术刀则只移动1毫米,使得手术动作细微精确,还可避免意外事故的发生,确保手术安全。
日本投资1.7亿美元研制出一种微型潜艇状胶囊,内装袖珍机器人。
胶囊的直径仅8.5毫米,像艘小潜艇,若被吞进胃中,它能观察和分析胃部情况,医务人员便可通过遥控指挥,操纵胶囊内的电脑程序进行工作,遇到病灶还可以进行治疗,完成治疗任务后,便随粪便排出,对人体丝毫无损。
胶囊潜艇
美国明尼苏达大学的波拉研制的一个装置,能在血管中行走,能在人体血液中输液,还可以连续地在血液中监视糖尿病人的葡萄糖浓度,并将胰岛素输送给患者。
日本东京大学工学部,研究出可以进入人脑进行手术的机器人。
实际上这是一支小小的针,针上装有小型激光手术刀和能吸收组织的装置。
手术时,通过观看X线和CT成像的合成立体头部图像,确定手术的部位以及进针的角度和深度,针进到合适位置,就在计算机的控制下开始手术。
能进入人体的各种微机器人,已经微小到匪夷所思的程度;它们在医学上所起的作用,是半个世纪以前的人所无法想象的。
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