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第18章 科技发明(3)

细胞工程属于“四大金钢”的老二,是以基因工程作为基础,在细胞水平上面进行的工程。细胞工程是把一种生物细胞里所携带的全套遗传信息的基因染色体转到另一种生物细胞里,以达到改造生物的品质、改良生物的品种、创造新生物的目的。细胞工程包括细胞器移植、原生质体融合和染色体工程等等。

1975年,英国科学家科勒与同事,利用细胞工程技术把淋巴细胞与肿瘤细胞融合制成了单克隆抗体。这种融合以后的细胞不仅具有淋巴细胞分泌免疫特异的抗体,而且可以像肿瘤细胞那样无限地繁殖。

又如,德国生物学家曾经将马铃薯细胞和番茄细胞融合在一起,成功地培育出茎上生长西红柿、根上结马铃薯的新品种。

酶工程是生物工程里的老三,很像各种化学反应。生物体内的酶其实是生物体内生化过程中的催化剂。酶是生物体细胞制造的蛋白质,拥有无机催化剂的一切特征。

酶工程借助于酶的催化功能把一种物质转化成另一种物质。酶工程是一种迅速生产生物产品的高新技术。目前,科学家们已经了解的生物酶有两千多种。它们存在于微生物体内的所有生物体里,特别是微生物代谢时产生的酶进入到培养基里以后,人们能利用理化技术再把它分离出来,加工成酶制品。

这种酶制品能直接用在化工工业的工艺流程里,可以加速物质的转化,从而提高产品的质量以及生产的速度,取得节能的作用,提高生产的效率。

生物工程的老四是发酵工程,千万不要小看它。其实小老弟的年龄太大了。发酵工程自古就有了,在几千年以前人类的祖先就会酿酒、酿醋了,事实上酿造业也是发酵工程技术。不过,现代发酵工程比古代先进多了,是以现代工程技术作为手段,利用微生物发酵的特殊功能,来生产产品的。发酵工程是一种直接把微生物用在工业生产过程里的技术体系。

发酵工程也叫做微生物工程,主要包括:微生物发酵生产一些产品;有毒物质的分解与脱毒;细菌选矿与细菌冶金;环境的治理;废物和废水的治理等等。和旧的酿造发酵不一样的是,现代发酵工程的技术非常高、应用范围非常广。

什么是电子眼

电子眼是指机器视觉系统,电子眼具有人眼所不能达到的优越性——灵敏度、准确性非常高,并且不用“眨眼”。

机器视觉系统出现在20世纪40年代,那个时候电子眼只不过是简单的电子光学仪器而已,是借助光线的变化来监视罐装生产线的情况。在20世纪70年代的时候,微型电脑芯片和小型摄像机陆续出现了,一下子给机器视觉系统带来了巨大的革命。

目前机器的视觉系统主要由可以处理影像或者激光图像的计算机以及专用芯片组成,可以识别物体。视觉系统可以对通过摄像机采集得来的影像数据进行分析与处理。目前不但有二维视:觉系统,还建立了二三维视觉系统,电子眼能够像人那样处理立体图像。

现在,电子眼在许多工业领域里发挥着巨大的作用,不但可以指挥汽车厂的机器人准确安装车门,还可以将不干净的蔬菜从食品速冻生产线上剔除下来。在制药厂里,电子眼指挥的机器可以把不同的药片准确地装进相应的包装里,从而避免了人工装错药片的事故发生。

在精密仪器以及电子元件的生产中,电子眼能够借助激光束在比头发丝的1%还细的晶体管上面检查是不是有灰尘存在。因为一粒人眼看不到的灰尘能够使得整个芯片作废。

电子眼的应用目前已经超出了工业领域,例如,航空公司已经启用了电子眼来监视飞行时的飞机机翼上面的结冰情况,以防结冰太厚造成机毁人亡事故。电子眼还能通过对人面部或者瞳孔的特征判断,从而进行身份的识别,还可用在银行以及各保密系统里。

电子眼还能用在交通管理上,能够监视各种道路上面车辆的运行情况,并且记录违章车辆的车牌号码,把各种信息反馈给交通指挥中心。

超声波的由来

超声波是超过人能听到的最高频(2万赫兹)的声波,可广泛应用在各技术部门。超声波的发现源于意大利。18世纪时,意大利教士、生物学家斯帕兰扎尼揭示了蝙蝠能在黑暗中飞行自如的奥秘:它是用超声波确定障碍物的位置的。超声波的运用源于英国。20世纪50年代,英国格拉斯哥医生唐纳德发现,超声波可用来探测孕妇腹中胎儿的情况。今医生借助超声波可观察、监视母腹中胎儿的位置,生长发育和活动情况,并及早确定是否双胞胎或胎儿畸形。超声波亦能用于诊断胆结石、肝肿大及眼球、胰腺、乳房、肾脏等器官的病变。此外,利用超声波还可进行金属探伤、航海探测等。

超导会带给人们什么

人们对“超导”寄予了厚望,期望它能在未来“成龙成风”,造福于人类。那超导到底有什么本领呢?

超导可以让人们不用动载火箭就可以发射航天飞机。在不久的将来,在南太平洋某个小岛上,一架新型的航天飞机正在滑向天空。这架航天飞机是利用超导磁浮的原理自行发射的。发射装置为一座斜塔,斜塔高约2100米,水平方向总长为3600米。航天飞机沿着斜塔的斜坡滑行到了1600米的高度时,时速能够达到620千米。这时,航天飞机就可以沿着切线的方向冲向太空了。

航天飞机升空的动力全都来自于太阳能电池,航天飞机所发出的电能渐渐贮存在超导贮存装置里面,需要的时候它可以在瞬间释放巨大的电能。

超导可以使人们不利用螺旋桨而使船超高速航行。在日本造船振兴财团的筑波研究所里,科学家们正在进行电磁动力船模型的水槽试验。模拟试验船长2米,宽38厘米,装备着以液氦制冷的超导体,可以产生1.3特斯拉的强磁场。超导体产生的磁场可以在海水里产生电流。如此一来,就能对海水产生作用力了,可以把海水推向后方,船也随之向前行进。

这种新型船遇到的难题就是超导体的重量。不过,只要科学家们实现了室温超导,那时就不需要冷却装置了,这个难题也就解决了。

电磁动力船噪音非常低,振动很小,不需要发动机与螺旋桨,因为它的动力是由磁场的强度以及电流的大小所决定的,所以在理论上电磁动力船能超高速航行。

一位科学家指出,利用超导开发的地磁悬浮高速列车,时速能够达到500千米,用它来装备的“新干线”,从东京至大阪,只需1个小时。

罐头食品与罐装液化气是人们都了解的。电能否用罐来储存呢?科学家们认为,只要实现了常温超导,电力储存罐也将会发明出来。日本九州大学的科学家们,已经可以制作把10万焦耳的电能贮存在罐中的装置了。

超导体的应用领域非常广泛。日本科技厅曾经预测:2007年,时速达到500千米的超导磁悬浮列车将会投入使用;2012年,超导发电机等一些超导电力设备会得到广泛应用;2017年,室温超导体也会开发成功的;2020年,超导体输电可以实现实用化水平……

看来,未来超导体肯定会给人们带来更加美好的前景。

现代化的消防技术

在现代城市里,每年都会发生许多起火灾,使得人员造成伤亡以及财产造成损失。1991年10月,美国奥克兰市的大火导致25人死亡,损失达16亿美元。

为了减少火灾所带来的损失,除了要有比较好的预防措施以外,还要提高消防和救援的技术。

由于电子计算机的广泛应用和新材料的不断涌现,消防技术已经迈上了新台阶。

现代化的消防车驾驶室中已经安装了计算机显示器,可以在城市街区图上指出消防车以及路边消防栓的确切位置和方位。消防局的电子调度能够找到离紧急报警地点最近的消防站,可以节省几秒钟的反应时间。

无线网络能够拯救消防队员的生命。当发现自己被困于火灾现场的时候,消防队员能按动个人无线设备上面的红色紧急按钮。这一按钮能触发总部的报警器,计算机就可以知道谁遇险了,迅速通知现场其他消防队员进行营救。

现代化的消防服是用聚对苯甲酰(xiān)胺纤维和其他航空纤维制造而成的,可以经受华氏1800度的高温。在消防队员的头盔中还装备了带耳机和话筒的通信系统,以确保他们和现场指挥员取得联系。头盔装备着小型热成像摄像机,消防队员能够通过它透过浓烟寻找被大火围困的幸存人员。消防员背部的供氧设备可以提供其几小时的氧气,使消防员免受毒气的危害。

直升机也常常肩负起救火与营救的责任。在高层建筑上部起火的时候,直升机能够直接向着火点投掷“水弹”,从而把大火熄灭;在营救火灾伤员时,直升机比救护车要快得多。

不过人们必须知道,减少火灾损失的最有效的办法就是预防。

什么是微波通信

谈到微波通信,可能大家有些陌生。不过要是说到雷达、卫星电视转播,就一定不会陌生了。其实,卫星通信、雷达就是借助于微波来进行远距离通信以及发现目标的。

到底什么是微波通信呢?

以波长为0.1毫米至1米的电磁波作为载波的无线电通信方式称做微波通信。微波波段主要有米波、厘米波和毫米波。

从广义上说,微波通信主要为:微波接力通信、微波移动通信、卫星通信、微波对流层散射通信和微波空间通信等等。

微波接力通信又叫做微波中继通信,是一种以微波作为载波,在视线距离的范围以内利用接力传输的方式来进行远距离传输的通信方式;微波移动通信是以微波作为载波,通信的双方或者其中的一方正处于移动时的一种通信方式;卫星通信是以微波作为载波,在各地球站之间借助人造地球卫星上的转发器转发信号的远距离通信方式;微波对流层散射通信是利用微波作为载波,以空气中的对流层媒质里不均匀体来引起微波散射的通信方式;微波空间通信是以微波作为载波,在人造卫星、宇宙飞船之间实现空间通信的方式。

尽管以上各种通信方式,从广义上讲全都属于微波通信,可是,目前人们所指的微波通信全都是指微波接力通信,就是地面微波接力通信。微波接力通信又分成模拟微波接力通信以及数字微波接力通信。数字微波接力通信传输的是数字信号,经过一次中继站就能对数字信号实现再生,所以噪声不会积累,传输质量很好。目前,数字微波通信方式正在渐渐替代模拟微波的通信方式。

微波通信因为具有传输质量比较高、建设费用较低、通信容量巨大等优点,于是微波通信已变成一种被大量采用的远距离通信手段之一。

圆珠笔是谁发明的

圆珠笔是由一个叫比罗的匈牙利人发明的。他是一名记者,他在用钢笔时,有时感到不太方便,所以,他就想发明一种不容易划破纸的笔。他首先求助于当化学家的哥哥来帮助他研究一种圆珠笔油,因为这种油不同于墨水,它必须有粘性。经过很多年,他们终于制成了具有粘性的油墨,用于圆珠笔上,这种笔的笔尖是由圆珠做成的,不容易划破纸,又便于携带,所以很受大家欢迎。

汽车是谁发明的

在发明了蒸气机之后,又有人制出了用蒸气机做动力的木制三轮车,但是由于不实用,后来没有被推广。直到1886年德国人本茨发明的实用内燃机三轮汽车,它的时速达到十几公里,这就是第一辆汽车,后来被多次改造,变成现在的四轮汽车了。

牛顿发现万有引力

在一个苹果园里,英国年轻的科学家牛顿发现一个熟透了的苹果从树上掉下来。于是,他便不断地思考为什么苹果熟了会掉到地上而不会飞到空中?由此,他发现了伟大的万有引力定律,即任何物体之间都存在有引力,引力的大小也是根据物体之间的距离及物体质量大小计算出来的。苹果落地就是因为受到地球对它的引力,所以它要落到地上来。

火箭是谁发明的

节日的上空,五彩缤纷的礼花、焰火绚烂夺目,将节日的气氛烘托得非常热烈。而礼花和焰火便是一种最简单的火箭,是由中国人发明的。它利用火药燃烧产生的气体反推力将礼花和焰火推上高空,在此原理的基础上又发明了现代的航天火箭。最早的火箭燃料火药的配方,在我国唐代学者孙思邈的《丹经》中有记载。

电池是谁发明的

电池是由意大利的物理学家伏特发明的。伏特发明电池是受到他的老乡伽伐尼偶然观察到的现象的启发而研制成功的。伽伐尼把解剖的青蛙用铜丝吊挂起来,然后用铁金属去碰青蛙腿时,发现蛙腿突然抽搐。通过多次碰,都有此情况,伽伐尼错误认为电是来自’肌肉。伏特通过观察研究得出正确结论,电是两块不同的金属同时碰蛙腿产生的,它来自金属,而不是来自蛙腿。伏特又通过多次试验把铜板和锌板结合起来,再加一些原料制成了伏特电池,这就是现代电池的原形。

铅笔是谁发明的

最初的铅笔只是石墨,1760年著名的法贝尔家族在德国纽伦堡建起工厂,用研碎的石墨粉压在一起做成一种铅笔,但这种铅笔太软了。一直到1795年法国的康特用粘土和石墨粉混合再焙烧,造出了较好的铅笔。

自行车的发明

最先发明的自行车是一种木质的车子,德国有一个看林人叫德雷斯,他每天在林子里行走很辛苦,就想发明一种代步的工具车,于是他做了一个木质的自行车,人坐在车上,用双脚蹬地来驱动木轮前进,骑着他发明的车比坐马车快了将近三倍。后来经过人们多次改进,有了曲柄,成了脚踏车,一直到改进成现在的自行车。

缝纫机的发明

最先发明缝纫机的是法国人西莫尼尔,他发明的是一个木制的缝纫机。然而,真正使缝纫机具有实用价值的发明者是美国人霍克,他发明的缝纫机使用几年后进行了改进,并大量生产,直到现在人们还在使用。

世界上第一台电子计算机

世界上第一台电子数字计算机是由美国人埃克特和莫奇利于1946年在美国研制成功的。这是一台巨大的计算机,占地面积170平方米。实际上,这台计算机的前期研制是由莫奇利的同学阿塔纳索夫研究的,他毫不保留地为莫奇利提供了大量资料,对莫奇利等人研究计算机的工作,产生了很大的影响。

铝是由谁最先发现的

铝是一种用途很广泛的金属,在自然界中的含量也十分丰富。第一个从化合物中提炼出铝的是丹麦化学家奥斯特于1825年提炼的,但他得到的铝纯度不高。几年以后,德国化学家维勒首次提炼出了纯铝块,可是他的提炼技术很复杂,直到1886年,美国人霍尔和法国人赫罗尔特才发明了现代工业的电解制铝法。

录音机的发明

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