另類科學(xué)家的超酷研究(二)

看完上期的思想者機(jī)器人、太空牛仔和蜜蜂皇后，你是不是被科學(xué)家們的超酷超炫的研究震撼到了呢?別急，后頭還有更

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艾德·亞當(dāng)斯和丹·米勃——曾地爆破手

如何弄明白雪崩是怎么一回事?最好的辦法莫過于親自引發(fā)一次雪崩。艾德·亞當(dāng)斯和丹·米勒就是這么做的。他們是蒙大納州立大學(xué)的土木工程師，經(jīng)?；┻M(jìn)入一些荒僻無人的地方，用炸藥測(cè)試新的雪崩預(yù)防方法。很多雪地巡邏救生人員會(huì)提前炸掉一些雪堆，以防它們積聚下去引發(fā)雪崩，但他們并不總是做得很好。如果爆破地點(diǎn)選得不對(duì)，更可能發(fā)生滑坡。2008年以來，在美國(guó)，在原以為控制住險(xiǎn)情的地方發(fā)生的雪崩已經(jīng)掩埋了至少26人，其中7人遇難。

對(duì)于這種危險(xiǎn)，亞當(dāng)斯和米勒深有體會(huì)。到蒙大納州立大學(xué)攻讀工程學(xué)博士學(xué)位之前，亞當(dāng)斯在猶他州滑了好幾年雪；而出生于蒙大納州的丹·米勒基本上是在滑雪撬上長(zhǎng)大的。親眼看著亞當(dāng)斯進(jìn)行了幾次實(shí)驗(yàn)后(有一次，亞當(dāng)斯故意把自己困在一個(gè)小房子里，然后在屋頂上制造了一次雪崩)，米勒覺得自己可以轉(zhuǎn)行幫亞當(dāng)斯一起干。“這些都是那種‘別在家里嘗試’的危險(xiǎn)行為，但我盡量告訴自己我們是安全的?！眮啴?dāng)斯說。

如今他們的試驗(yàn)沒有那么初級(jí)和小兒科了。他們?cè)谘芯克獙?，這些凍結(jié)的灰白色物質(zhì)被雪壓住后會(huì)變得粉碎，進(jìn)而引發(fā)雪崩。一般來說，雪地巡邏人員會(huì)使用直接爆炸的辦法摧毀霜層，但米勒認(rèn)為，更好的辦法是用沖擊波來將整個(gè)雪堆壓實(shí)，他使用傳聲器加速計(jì)來測(cè)量爆破實(shí)驗(yàn)造成的沖擊波(他的日常工作是為空軍進(jìn)行超音速地面測(cè)試)。

他們發(fā)現(xiàn)，總的來講，炸彈放置地點(diǎn)比爆破規(guī)模更加重要。雪堆里含有的空氣就像減震器，有緩沖作用。他們還發(fā)現(xiàn)，把炸藥安放在竹竿上，能讓沖擊波有更多時(shí)間向外擴(kuò)張，作用于更大范圍，把積雪壓得更實(shí)。峽谷的兩壁是很好的放大器?！拔覀冋J(rèn)為這解決了最基本的問題，”米勒說：“目前還沒人發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)?！碑?dāng)然，除了研究的樂趣，一邊引爆炸彈一邊從難度極高的雙黑道上滑下，也是美妙的享受。

串斯·杰克遜——種植高手

一萬年來，人類耗盡了地下水，污染了土地和海洋，把曾經(jīng)肥沃的原野變成了貧瘠的荒地——而這都是為了能種點(diǎn)吃的。植物遺傳學(xué)家韋斯·杰克遜希望改變這一切，他的計(jì)劃是：培育出多年生農(nóng)作物，讓農(nóng)業(yè)重新煥發(fā)生機(jī)。

杰克遜認(rèn)為，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)幾乎所有問題都源于一個(gè)事實(shí)：農(nóng)作物是一年生的——在一年之內(nèi)，它們發(fā)芽、生長(zhǎng)、結(jié)出果實(shí)，然后死掉。每季都要重新種植，撕碎了土地，擾亂了脆弱的土壤生態(tài)系統(tǒng)。但我們不能簡(jiǎn)單地責(zé)怪20世紀(jì)的“大農(nóng)業(yè)”或高投入、高產(chǎn)出的“綠色革命”，要怪只能怪新石器時(shí)代那個(gè)率先省下一把種子撒到地里，而沒有把它們放到鍋里煮了吃的人。

最初的農(nóng)民“馴化”的都是一年生作物，比如小麥、玉米、大麥、小扁豆、豌豆，這些作物種子最大，產(chǎn)量也最高，但它們只是“寄生”作物，對(duì)環(huán)境回報(bào)有限。只有多年生植物才會(huì)生長(zhǎng)出發(fā)達(dá)的根系，造就健康的土壤，能保存水分并循環(huán)利用養(yǎng)分(秋天收割之后，春天它們又會(huì)從根部重新長(zhǎng)出來)。只有多種多樣的物種共同生活在起，自然界才處于最佳的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。但我們的做法卻是讓遺傳意義上同質(zhì)的作物覆蓋了大片土地，而且我們還犁地、噴藥、施肥。杰克遜認(rèn)為，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)這樣的做法是無法持續(xù)發(fā)展的，“不來一次新的綠色革命，我們將毀掉整個(gè)土壤?！?/p>

因此，過去30年來，杰克遜都在尋找替代方法。他在堪薩斯州薩利納成立的土地研究院現(xiàn)在蓬勃發(fā)展，吸引了不少擁有博士學(xué)位的科學(xué)家。

研究院里有可以抵御龍卷風(fēng)的種子儲(chǔ)存設(shè)備，有種子分揀機(jī)器人，也有相應(yīng)的研究計(jì)劃。杰克遜說，最近培育的“克恩莎”(小麥的親緣植物，多年生)在10年內(nèi)就可以投入實(shí)際種植；一種多年生的向日葵和耶路撒冷洋薊雜交品種也在培育中，產(chǎn)量尚待提高；伊利諾斯合歡草(一種美國(guó)本土豆科植物)或許會(huì)成為最先被馴化種植的多年生豆科植物之一。畢竟，同1萬多年土地耕種的漫漫歷史相比，再進(jìn)行30多年的努力也是值得的。

鮑哲楠——皮膚制造者

一個(gè)人得臉皮很厚才能在這個(gè)瘋狂的世界好好生活下去，但是皮膚又必須保持高度的敏感性。今時(shí)今日，因?yàn)橛辛虽X合金和碳纖維等材料，制造機(jī)器人和義肢面臨的初步問題已經(jīng)解決。但是臉面問題呢?要知道，沒有什么覆蓋物可以與真正的皮膚媲美——人類皮膚的觸覺敏感度很難再創(chuàng)造，特別是大面積柔韌的表層。

化學(xué)家鮑哲楠立志解決這個(gè)問題。她一直在研發(fā)“壓力像素”，它由可以伸縮、尺寸微小的有機(jī)場(chǎng)效晶體管制成，別小看這種彈性的薄片，它融合了硅片設(shè)計(jì)和納米制作領(lǐng)域40年來的尖端科技。去年，鮑哲楠在斯坦福大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)精心地將一種名為聚二甲基硅氧烷(簡(jiǎn)稱PDMS)的聚合體片插入有彈性的電極內(nèi)，創(chuàng)造出了“電子皮膚”。當(dāng)你施加壓力，PDMS便會(huì)收縮，引起可以測(cè)量的電容變化。理論上說，這種材料可以“察覺”3帕斯卡那么小的壓力(大約與一只蒼蠅站在上面的壓力相當(dāng))，而且感應(yīng)速度很快，蒼蠅每邁出一步，它都能覺察到。

鮑哲楠的目標(biāo)是讓人造皮膚可以完全摸擬人類皮膚的功能，但“這還需要很長(zhǎng)時(shí)間”。高度敏感的人造皮膚應(yīng)用很廣，它可以成為燒傷皮膚移植手術(shù)的材料，給假肢以觸覺，使它能夠掌控小件物體，幫助機(jī)器人在拿起精巧的物品時(shí)不碰壞它們，或者用來制作遙控外科工具，使得外科醫(yī)生不僅能看到，還能感覺到他們正在探索的內(nèi)臟。

最酷的是，人工皮膚可以走得更遠(yuǎn)，而不只是停留在復(fù)制人類皮膚功能的水平上?！拔覀兛梢砸M(jìn)超越皮膚之外的其他功能，”鮑哲楠說。比如制作化學(xué)傳感器——可以幫助美國(guó)交通運(yùn)輸安全署安檢人員“摸”到火藥的手套，或者制作生物探針，如果義肢與人體的接觸點(diǎn)受到感染就能檢測(cè)到等等。

目前，鮑哲楠和其他研究小組正專注于開發(fā)新的傳感材料，提高其信號(hào)處理能力。她說，人工皮膚與人類神經(jīng)系統(tǒng)的全面融合“還十分遙遠(yuǎn)”，“但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，你可以看到它們逐漸融為一體?！?/p>

(完)