书城童书发明的故事
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第19章 世界趣味发明故事(4)

复印机

1938年,美国一位名叫切斯特·卡尔森的律师,为了把专利文件印得又快又好,经过努力,利用静电电荷能将墨粉附着到纸上的原理制造出了第一台复印机。

在此之前,为节省开支,卡尔森每次去图书馆都将教科书和各种参考资料辛苦地抄写下来。在工作中,卡尔森也要经常复制大量的资料,当时复制文件主要依靠照相和影印技术,不仅价格高,还耽误时间,给工作造成了许多不便。卡尔森常想:“如果有这样一种机器,只要把图纸和文件塞进去,一按电钮就能复印得又快又好,那该多好啊!”

卡尔森有了发明的想法后,立刻有条不紊地去图书馆详细地查阅有关复印技术的大量资料,以便确定自己的研究方向。在将近4年的时间里,卡尔森在与以前的照相复制技术、热导复写技术的反复对比下,为自己选定了一个研究方向:利用光电效应来进行复制。

研究方向确定以后,卡尔森开始全身心地投入到研究中去。尽管贫穷的卡尔森没有实验室,只能在自己的小厨房里进行试验,但他依然坚持不懈地完成一项项试验。终于功夫不负有心人,1938年10月22日,卡尔森的“静电复印机”制成了。卡尔森利用光电效应把图像或文字投影到一个半导体平面上,几秒钟后,有图像或文字的部位因为光热受到墨水的阻挡而带有静电。在该平面上涂一层反光负载粉,带电荷区域迅速将这些反光负载粉吸附,由此得到一张粉图,最后将粉图移印至白纸上,加热定影,最卡尔森发明了世界上第一台复印机后纸上就复印出了同样的字迹。卡尔林的第一次试验成功了。

然而,卡尔森没有料到,他的发明历经周折后才问世。1949年,世界上第一台干板式光电复印机由美国的哈曼德公司投产。1959年,哈曼德公司推出了卡尔森成熟的发明——施乐914型静电复印机。施乐复印机一经推出便大获成功,哈曼德公司也改名为施乐复印机公司,从而由一家小公司成为跨国大公司。现在,多方面用途的复印机相继出现,它们能根据需要,用大小不同的纸张进行复印、放大图像,有的甚至能进行彩色复印。

但令我们永远不会忘记的,仍是饱含着卡尔森心血的最初发明。

机器人

早在3000多年前,中国一位名叫偃师的工匠曾用木头制出了一个能歌善舞的小木人,这个灵巧的小木人虽然与现代机器人并无多少关系,但它却反映出古人们希望通过“造人”来给自己增加乐趣的美好愿望。

据说,在16世纪末的德国,一位名叫克里斯特法·列斯勒的人制造了一个自动玩偶:这个玩偶高约1米,通过发条和齿轮装置的控制,玩偶可以用右手握笔写字。毫无疑问,这个精巧的自动玩偶对数百年后机器人的研制具有重要的启迪作用。

早期加工车间中机器人的雏形直到1959年,美国人英格伯特和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人,机器人的历史才真正开始。

英格伯特在大学期间攻读的是伺服理论,即一种研究运动机构如何才能更好地跟随控制信号的理论。德沃尔则于1946年发明出一种可“重演”、可记录机器运动的系统。8年后,德沃尔又获得了可编程机械手臂的专利,这种机械手臂可以按程序进行工作,并且可依据不同的工作需要编写不同的程序。当时,英格伯特和德沃尔都在研究机器人,并且达成了一种共识——汽车工业最适宜用机器人干活,因为汽车生产的工序较为固定。于是,他们两人决定联手共同致力于工业机器人的研究。

1959年,人类历史上第一台机器人终于诞生了,它被人们称作“尤尼梅特”,即万能自动之意。尤尼梅特的运动系统是参考坦克炮塔的运动原理制成的,它的基座上有一个大机械臂,臂可以回转、俯仰和伸缩。人们只需用控制手柄发出指令,尤尼梅特就可按照要求自动完成任务。

1962年,美国的机械与铸造公司也制造出一种名叫“沃尔塞特兰”的机器人,意为多用途搬运工。它的工作原理与尤尼梅特相似,主要被用作抓取和运送工件。从这之后,世界各国都开始竞相研究和开发机器人。时至今日,机器人已初步形成了一个近百万人的“王国”。尤其值得一提的是第三代机器人,它们不仅拥有广泛的感觉系统,有记忆、推理、判断环境状况的能力,甚至还有自我意识。毋庸置疑,这支新兴的工业大军正为改进我们的生活发挥着重要的作用。

指南针

司南是中国春秋战国时代发明的一种最早的指示南北方向的指南器,还不是指南针。根据春秋战国时期的《韩非子》和东汉时期思想家王充写的《论衡》中的记载,司南是利用天然磁石制成的一种汤勺形器物,勺底为球面体,勺呈椭圆状,勺柄通体渐渐缩成柱状,并由其指示南方。

在先秦的《管子》和《山海经》中便有了磁石的记载,这一时期的《鬼谷子》和《吕氏春秋》中还进一步有了磁石吸铁的记载。可以说,司南是古代最早的磁性指南器。

在中国历史上,还有关于指南车的记载。传说黄帝和西周的周公曾制造和使用指南车,但经过后来的文献考证和模型制作实验,证明指南车和指南针没有关系。汉代以后的指南车是依靠机械结构,而不是依靠磁性指南的。

由于司南是用天然磁石制造的,在矿石来源、磨制工艺和指向精度上都受到了很多限制。因此到了中国北宋时期,人们利用人造的磁铁片和磁铁针以及人工磁化的方法制成了在性能和使用上比司南先进的指南鱼和指南针。指南鱼的制作方法是将铁片剪成首尾两端尖细的鱼形,放到炭火中烧红后取出,使尾部指向北方斜放到水中。这样的指南鱼放到碗里就可以指示南北方向了。

指南鱼发明后不久,制法简单、使用方便的指南针紧跟着就问世了。

指南针最早是在北宋著名政治家和科学家沈括的著作《梦溪笔谈》中提到过,书中说利用天然磁石磨铁针,磨好的铁针就具有了磁性而能够指向南方。

指南针有四种用法:一种是将指南针放到指甲上的指抓法;一种是将指南针放到碗口边上的碗唇法;一种是将指南针悬挂在新蚕丝上,用蜡粘住的缕悬法;还有一种是将指南针浮在水面的浮针法。书中还指出指南针并不是完全指向南方,而是略微偏东。这是正常的磁偏角现象。

指南针在11世纪已经是常用的定向仪器。它的出现,大大促进了航海业的发展。据考证,11世纪末,指南针就开始用于航海了。到了大约12世纪末13世纪初,指南针由海路传入阿拉伯,然后由阿拉伯传入欧洲。

热气球

1782年,从事造纸行业的蒙哥尔费兄弟偶然发现,放置在炉火附近的纸箱受到壁炉中发出的热空气的影响,似乎要向上浮起。兄弟俩受此启发,动手制作了一只大气球,这只气球用纸和亚麻布糊成,上面用画笔涂刷了花花绿绿的颜料。它的直径约12米,底部开口,从地面燃烧湿草和羊毛,冒出的热烟灌入气球使其上升。

1783年6月4日,他们在家乡做了一次公开表演,这只气球当众上升到约1830米的高空,在空中停留了10分钟,当热气消散后又回到地面:这一事件震惊了全法国,以后这种航空器就被称为蒙哥尔费气球。随后法国科学院邀请他们到巴黎进行一次公开表演。经过3个月的精心准备,蒙氏兄弟做出了可以载物的热气球。1783年9月19日,在巴黎一个公园的广场上,当蒙氏兄弟往这个高达22.8米的气球的热灶上添加羊毛和干草时,热灶中喷出的热气和浓烟,将载有三名勇敢的“乘客”——一只羊、一只鹅和一只鸡的气球送上了天空。气球升到约450米的高空,在空中飘浮了8分钟,安全降落在距起飞地约3000米的地方。

动物已经升上了天空,那么人是否也能“飞”向天空呢?为了实现这个千年的梦想,蒙氏兄弟又动手制作了一只更大的气球,高度为20.7米,直径为13.6米,可以载两个人,而且可以在空中加燃料,使气球得以持续充气。

1783年11月22日,载着皮拉特尔和达朗伯爵的热气球终于升上了天空。该气球在巴黎上空飞行了25分钟,全航程为8000米。

在蒙氏兄弟向法国人民展示他们的神奇的飞行物之后,法国科学院的一位年轻教授J·查理开始研究更先进的热气球——以氢气作为上升的动力,因为氢气比热烟气轻得多,纯氢的重量仅是空气的1/14。每一立方米氢气提供的浮升力比每一立方米100℃的热空气提供的浮升力大4倍。于是,查理便用绸布缝制了一个气球,模仿蒙氏兄弟,做了一只容积约为立方米的大气球,但填充的是氢气。

1783年8月27日,查理在巴黎放飞了气球,氢气球飘行了25千米,最后落在一个小镇上。

同年12月1日,查理和罗贝尔乘坐一个直径8.6米的氢气球在巴黎升空,短短的两个小时,在空中飞行了千米,实现了人类第一次乘坐氢气球的飞行。

在现代,热气球被国际航联定为最安全的航天器,并广泛应用于体育、商业和高空科学探测与实验。