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        最會“省錢”的科學(xué)家

        2021-03-18 03:26:54櫻子
        智慧少年 2021年1期
        關(guān)鍵詞:巴姆細(xì)繩障礙者

        櫻子

        當(dāng)一個科學(xué)家決定要省錢的時候會發(fā)生什么?他可能會發(fā)明一個神物,教大家如何才能更有效地省錢。印度科學(xué)家薩阿德·巴姆拉就是這么干的,他不僅發(fā)明了1美元的紙片離心機(jī),還發(fā)明了1美元的助聽器。

        小玩具帶來的發(fā)明

        在“省錢”這個理念上,巴姆拉跟自己的同事馬努·普拉卡什可謂是志同道合。普拉卡什是美國斯坦福大學(xué)的生物工程科學(xué)家,巴姆拉當(dāng)時是他團(tuán)隊里的博士后研究員。普拉卡什想設(shè)計一款新型的離心機(jī),好讓貧困地區(qū)的人們也能用上這類科學(xué)儀器。為了降低生產(chǎn)成本,他計劃用人力來驅(qū)動離心機(jī)。在這之前,有人曾用打蛋器來驅(qū)動離心機(jī),也有人用過沙拉攪拌器。但這樣驅(qū)動的離心機(jī),轉(zhuǎn)速都不太高。普拉卡什大開腦洞,想模擬旋轉(zhuǎn)玩具溜溜球的離心力來設(shè)計,結(jié)果卻不夠理想。

        一天,巴姆拉玩起了自己童年時玩過的拉線飛輪游戲——將細(xì)繩穿過扣子的兩個扣眼,把扣子放在兩根細(xì)繩的中間,抓住繩子兩端快速甩動,讓兩根細(xì)繩纏繞在一起后,有節(jié)奏地分別向兩側(cè)拉扯細(xì)繩,扣子就會快速地轉(zhuǎn)動起來。好奇的巴姆拉用高速相機(jī)把扣子轉(zhuǎn)動的情況記錄下來,想看看這不起眼的小扣子到底能轉(zhuǎn)多快。這一記錄把巴姆拉驚呆了:“我都不敢相信自己的眼睛!”原來,扣子的轉(zhuǎn)動速度可以高達(dá)每分鐘10000~15000轉(zhuǎn)。

        巴姆拉由此獲得了靈感,很快他就和普拉卡什設(shè)計出了紙片離心機(jī)。紙片離心機(jī)由紙盤、拉繩和手柄組成。紙上覆有一層膜,可以起到防水與加固的作用。

        便宜的科學(xué)研究起來更不容易

        所有的制作材料加起來只有1美元,可巴姆拉他們卻需要嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的研究。他們利用計算機(jī)模擬來獲取各種設(shè)計參數(shù),比如紙盤尺寸、繩子彈性以及拉伸力等。當(dāng)細(xì)繩纏繞到一定程度時,它的上方會形成一種螺旋。這樣的螺旋結(jié)構(gòu)存儲著許多能量,可以加速紙片,達(dá)到每分鐘125000轉(zhuǎn)。紙片離心機(jī)可以利用離心力分開比重不同的液體,比如分離血液中的不同成分,較重的紅細(xì)胞沉在試管底部,血清在上層,而像導(dǎo)致瘧疾的寄生蟲則分布在中間。

        有了紙片離心機(jī),瘧疾、艾滋病毒和結(jié)核病等檢測起來就更加容易。雖然紙片離心機(jī)一次只能分離兩個血樣,但卻可以在1.5分鐘內(nèi)從血液中分離出血漿,比傳統(tǒng)離心機(jī)快25%。而且,紙片離心機(jī)易攜帶、造價低,不需要電力、復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備或者昂貴的替換部件。

        讓更多人聽見這個世界

        你以為1美元的紙片離心機(jī)就是巴姆拉省錢的終點了?不,巴姆拉沒有停下腳步,他又發(fā)明了1美元助聽器。只有聽力存在障礙的人才會使用到助聽器,也只有需要使用它的人才知道,這個塞在耳孔里的小設(shè)備竟然如此昂貴。如果是根據(jù)使用者的具體聽力情況來設(shè)定特定聲音頻率,根據(jù)耳孔形狀來定制的助聽器,造價就更加不菲了。巴姆拉也是在為外公購買助聽器時才知道的。為了幫助更多的低收入聽力障礙者用上助聽器,巴姆拉開始嘗試設(shè)計簡易助聽器。

        助聽器是這樣工作的:它先把聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?,電信號進(jìn)入放大器被放大后,再被轉(zhuǎn)換成聲音信號,傳遞給聽覺神經(jīng)。巴姆拉的簡易助聽器由微型麥克風(fēng)、濾波器、放大器和小電路板組成。他首先將微型麥克風(fēng)裝配到小電路板上,用來捕獲聲音,然后裝配上濾波器和放大器。最后,用3D打印機(jī)給它做了個外殼,裝上音量控制按鈕、電源開關(guān)以及耳機(jī)插孔和電池座。這回,助聽器的制作成本也只要98美分。

        在各種測試中,簡易助聽器還是表現(xiàn)不俗的。它可以將高頻聲音提高15分貝,同時保證低頻聲音的質(zhì)量不被破壞,它還能過濾掉狗叫、汽車?yán)嚷暤韧话l(fā)性干擾,另外,它還可以通過改善對話質(zhì)量,提高使用者的語音識別能力。假如老年聽力障礙者的聽力情況能夠得到改善,那么老年人患癡呆的風(fēng)險也會跟著有所降低。這可是老年人的福音??!

        不過,簡易助聽器目前還不夠小巧,沒法針對使用者的個人需求進(jìn)行調(diào)整,也無法適用于所有的聽力障礙者,而且它的使用壽命最多只有一年半。巴姆拉還在繼續(xù)研究中,爭取早日讓它造福人們。

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