勞永新

《西游記》中的孫悟空會(huì)七十二變，這是神話小說(shuō)，現(xiàn)實(shí)世界中有一種玩具“變形金剛”卻真的能變。20世紀(jì)80年代美國(guó)“孩之寶(HASBRO)公司”首先推出第一批戰(zhàn)士可以變形為汽車(chē)的變形玩具，后來(lái)隨著《變形金剛》動(dòng)畫(huà)片和電影的公映，這類“變形金剛”玩具迅速風(fēng)靡全球，受到青少年和兒童的推崇。1986年《變形金剛》動(dòng)畫(huà)片在中央電視臺(tái)的黃金時(shí)間播出后，在我國(guó)京津滬等大中城市的青少年中也掀起了“變形金剛”熱，僅“孩之寶公司”就從中國(guó)賺取了50億元。

比較簡(jiǎn)單的“變形金剛”，例如一個(gè)站立著的勇士，憑借他的腿的收縮，腰的轉(zhuǎn)動(dòng)和頭的縮進(jìn)，手臂的內(nèi)收等步驟，便可以變形為一輛小汽車(chē)，再經(jīng)過(guò)車(chē)中部的拉長(zhǎng)，車(chē)蓋的向前翻轉(zhuǎn)及車(chē)中部的旋轉(zhuǎn)，又可以變回為一個(gè)站立的勇士。除了可變形為汽車(chē)外，“變形金剛”還可以變?yōu)閼?zhàn)車(chē)、飛機(jī)、直升飛機(jī)等等。再?gòu)?fù)雜的“變形金剛”也都是由許多相同和不同的組塊連接后，通過(guò)平移、伸縮和折疊等基本動(dòng)作來(lái)改變其外形的，而其組塊本身并不變化。

“變形原理”源自于自然界生命和動(dòng)物的活動(dòng)，例如鳥(niǎo)類就是靠上下?lián)浯虺岚虻淖冃蝸?lái)飛行的；青蛙靠腿部的蹬水，改變腿的位置和形狀來(lái)游泳的。1903年12月17日美國(guó)萊特兄弟制造的世界上第一臺(tái)動(dòng)力飛機(jī)就是有活動(dòng)翅膀的變形飛機(jī)?，F(xiàn)在不少人正在研制節(jié)省能源且安全的撲翼飛機(jī)。超音速的噴氣式飛機(jī)的機(jī)翼是固定的，高速飛行時(shí)阻力大，因此人們發(fā)明了機(jī)翼后掠的三角翼飛機(jī)以減少激波阻力，但卻不利于飛機(jī)的升降、起降所需的跑道距離太長(zhǎng)。于是又發(fā)明了“變翼飛機(jī)”，起降時(shí)用平直機(jī)翼，而高空高速飛行時(shí)則變?yōu)槿且恚^好地解決了飛機(jī)的速度和升力間的矛盾，達(dá)到不同飛行階段采用不同形狀機(jī)翼來(lái)適應(yīng)不同速度要求的目的。對(duì)螺旋槳飛機(jī)的速度和升力的矛盾則可以用另一種變形來(lái)解決。直升飛機(jī)戰(zhàn)斗機(jī)靠旋轉(zhuǎn)翼的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，可以不用跑道垂直起降，但是此時(shí)的飛行速度低，容易成為地面敵人火力的攻擊目標(biāo)。因此美國(guó)海軍發(fā)明了“傾轉(zhuǎn)翼飛機(jī)”，飛機(jī)起降時(shí)，將旋轉(zhuǎn)翼朝上，作直升飛機(jī)用，升空轉(zhuǎn)為平飛后，旋轉(zhuǎn)翼轉(zhuǎn)向朝前，作推進(jìn)螺旋槳用。

通過(guò)改變組件或部件的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)變形，這就是“變形”發(fā)明原理。常用的變形方法是通過(guò)伸縮、嵌套、旋轉(zhuǎn)和平移及折疊。折疊可以縮小產(chǎn)品的存放體積，改善產(chǎn)品的性能或達(dá)到多用途的目的，其應(yīng)用非常廣泛。古代中國(guó)就有可折疊的屏風(fēng)：日常生活中常用的有折疊門(mén)、傘、眼鏡、自行車(chē)等等，以及多用的折疊桌椅、嬰兒床和沙發(fā)床等等。直到高新技術(shù)中可折疊的電腦屏幕、鍵盤(pán)和手機(jī)等等，還有航天技術(shù)中人造衛(wèi)星和宇宙飛船所用的可折疊太陽(yáng)能電池板和折疊式拋物面天線。2003年4月美國(guó)“勇氣號(hào)”火星探測(cè)器順利到達(dá)火星后，探測(cè)器便從折疊狀態(tài)伸展開(kāi)來(lái)成為“漫游者”機(jī)器人，其外形是一個(gè)六輪探測(cè)車(chē)。

常見(jiàn)的變形汽車(chē)是轎車(chē)和敞篷車(chē)的兩用車(chē)，它有活動(dòng)頂棚，一按電鈕，活動(dòng)頂棚移開(kāi)，轎車(chē)就變成了敞篷車(chē)，再按電鈕，頂棚便移回，又變成轎車(chē)。還有一種小貨箱轎卡車(chē)和轎車(chē)的兩用車(chē)，例如“別克LaCrosse”概念車(chē)，轎車(chē)會(huì)自動(dòng)把天窗后移，而后擋風(fēng)玻璃和行李艙后蓋會(huì)前移到原天窗的位置處，同時(shí)后座位靠背內(nèi)的隔離窗垂直升起以隔離乘客艙，便形成小貨廂而變成小貨箱轎卡車(chē)。

把變形原理的概念從純機(jī)械動(dòng)作擴(kuò)展到利用電致伸縮等效應(yīng)，以及從常觀的變形擴(kuò)展到微觀的分子變形和原子排列的改變等，都是創(chuàng)新。例如英國(guó)倫敦大學(xué)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)明的傘形變形天線，傘形天線的固定桿用鎳鈦合金絲，通斷電流時(shí)合金絲會(huì)發(fā)生伸縮，而且用計(jì)算機(jī)數(shù)字化控制，在接受特定的無(wú)線電信號(hào)時(shí)，就可實(shí)現(xiàn)最佳化，提高接收效率達(dá)20％。美國(guó)西北大學(xué)的化學(xué)家仿照生物的酶催化時(shí)，酶蛋白受“底物”誘導(dǎo)后會(huì)變形，變成與“底物”的形狀成互補(bǔ)形狀的作用原理，發(fā)明了含兩個(gè)鋅原子和兩個(gè)銠原子的環(huán)狀有機(jī)化合物的變形催化劑，可以催化醋酸酐和水的反應(yīng)生成醋酸。還有在微電子學(xué)的芯片技術(shù)中采用的“變形硅”技術(shù)，改變一層硅材料中原子的排列狀態(tài)，可以擴(kuò)展晶體管的電子通道，加快電子的移動(dòng)速度，減少電阻，降低能耗。

爬行動(dòng)物蛇會(huì)隨時(shí)變形，蜿蜒地前進(jìn)，在攻擊獵物時(shí)又會(huì)變形，盤(pán)成可緊縮的圓環(huán)形狀。現(xiàn)在人們已仿照它，發(fā)明了各種蛇形機(jī)器人用于偵察、探險(xiǎn)、排險(xiǎn)和救災(zāi)。

“自變形機(jī)器人”，也稱“自重構(gòu)機(jī)器人”，它可以通過(guò)自主變形來(lái)適應(yīng)環(huán)境和任務(wù)的需要，如完成翻越不規(guī)則障礙物等任務(wù)。以一種模塊化的“自變形機(jī)器人”為例，它由許多模塊構(gòu)成，每個(gè)模塊有能源元、驅(qū)動(dòng)元、傳感器和控制元，是一個(gè)獨(dú)立的有計(jì)算和通訊能力的智能體。模塊的中心體是一個(gè)正方體，其六個(gè)面都可以繞中心體旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)以軸和孔連接的模塊又可以進(jìn)行伸縮平移和相對(duì)旋轉(zhuǎn)，所以這種機(jī)器人可以自主變形。

目前“變形原理”不僅已經(jīng)應(yīng)用于機(jī)械、輕工和許多生活產(chǎn)品的發(fā)明中，而且已擴(kuò)展應(yīng)用到電子、化工和生物等工程領(lǐng)域，它的進(jìn)一步擴(kuò)大運(yùn)用將會(huì)帶來(lái)更多更新的創(chuàng)新發(fā)明成果。