年度技术——灭蚊激光炮

标签: 物理 生物 原创 激光 蚊子 | 发表时间:2011-01-04 07:48 | 作者:猛犸 Shell Wang
出处:http://songshuhui.net

微软的前首席技术官Nathan Myhrvold是个有趣的人。他建立了微软研发中心、跑遍世界去挖恐龙化石、摄影,以及借助一篇关于企鹅排便的论文来研究企鹅泄殖腔的物理特性——看起来简直像是《生活大爆炸》里那类极客的真人版。这位极客在今年演示的一种新灭蚊工具不仅获得了盖茨基金会的赞助,还入选了《时代》周刊今年的五十大最佳发明榜单。这种新工具一把微型激光炮,全自动击发,三十米范围内百发百中,而且只会消灭雌蚊子——并非性别歧视,而是因为雄蚊子是纯素食主义者。

雌蚊子也只是在要产卵的时候才会吸血,以供应卵发育时所必需的蛋白质。它们会用口器上的锯齿锯开皮肤,刺进毛细血管,注入唾液以防止血液凝固,然后饱餐一顿。如果只是这样的话,也许人们还能忍受那一点点红肿和瘙痒;问题是,一些病毒、病菌和原生动物也会随之进入人体的血液,不同种类的蚊子将会让人们染上从丝虫病到脑炎等等多种类型的疾病,而其中又属疟蚊携带的疟原虫带来的危害最大——这种单细胞的原生生物会在肝脏和血液中大量繁殖,破坏肝细胞和血红细胞。按照国际卫生组织的估算,每年大约有三亿人会感染疟疾,其中的死亡人数则会超过一百万。

通过大量喷洒DDT这种剧毒有机杀虫剂,发达国家在上世纪五六十年代就已经几乎完全消灭了疟疾,并且顺手杀害了大量的其他昆虫、鸟类和鱼。直到1962 年,以那本《寂静的春天》的出版为起点,人们又花了十几年时间才逐渐意识到DDT可能带来的危害以及环境保护的重要性,直至让DDT退出历史舞台。目前疟疾肆虐的地区集中于发展中国家和依然保留着原始风貌的地区,特别是在内战频繁、公共医疗和卫生条件恶劣的非洲尤为严重。

盖茨和梅琳达·比尔基金会投入了大量资金,来赞助那些能够减少疟疾的发明和方法。2008年,这个基金会向Nathan建立的Intellectual Ventures公司投入了一百万美元资金,以资助他们开发出遏制疟疾的方法。IV公司很快研发出了一系列工具,为疟疾检测和低成本的疫苗保存都提供了新方案。而这个激光炮灭蚊的主意,则是这一系列解决方案中重要的一环。

早在上世纪八十年代,曾经参与设计“星球大战”计划的物理学家Lowell Wood就曾经提出过用激光灭蚊的想法,不过当时并没有人打算将其付诸实施。在二十年之后的2008年,他和来自劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的物理学家 Jordin Kare,以及Nathan及其他几位研发人员终于有机会实践这个主意,最终开发出了这种小型激光炮的原型,它能够在一秒钟之内消灭数十只蚊子,而不会伤及其他生物。

这种“自动防御装置”的基本构成并不十分复杂,所有硬件基本上都可以在市场上买到。开发者们甚至还在一本手工杂志《Make》上发表了一篇文章,教人们自己在家里做一个灭蚊激光炮。“你可以在ebay上买到部件。”他们说。

所需的部件包括几个红外发光二极管、数码相机的CCD(电荷耦合器件)传感器、光驱或者蓝光DVD播放机里的激光器、一些透镜、拥有一定程度计算能力的硬件和软件,以及一些用于路标和隔离带的逆反射材料——这种材料能够把光线沿着入射方向反射回去。把它们组装在一起,就能造出一部微型蚊子防御系统了。

在这个系统中,灭蚊过程可以分成探测、识别、验证和消灭四个阶段。首先,红外线发光二极管会射出红外线,照射到对面的逆反射条再反射回来,形成一个光回路,被CCD接收。如果有任何物体遮挡住反射光线,CCD就会捕捉到物体的影子,交由计算机进行图像分析,整个过程的原理与一些银行或博物馆的安全系统很像。接下来,如果初步判断“入侵者”可能是蚊子的话,一束不具杀伤性的激光将会射向这个飞行物,来判断它的体型、振翅频率,以进一步识别它的种类。这个过程能够分辨蚊子和其他飞虫,甚至能辨别蚊子的性别——因为和雄蚊子相比,雌蚊子的振翅频率更低一些。然后,如果确认是需要消灭的雌蚊子,激光炮将会再发出一束无害激光,确保激光头和蚊子之间没有其他障碍物。最后,杀伤性激光射出,一道轻烟之后,蚊子被击落。它们将会因为高温而死去,或者因为翅膀被烧焦而丧失飞行能力。

激光武器不像高射炮那样需要测距之后再发射,而和光速比起来,飞行中的蚊子就像悬在空中的雕像一样稳定,不会打偏。而且,杀灭蚊子这样的小昆虫并不需要太高的能量,也就避免了误伤其他动物或者人的可能。最重要的,是它对环境完全不会产生危害。

目前这种激光炮的有效距离大概是30米,激光器的旋转范围为22度,如果要在自家四周建立起一个防蚊网的话,最少需要八台这种设备。听起来似乎是一大笔投资,但是Nathan认为,如果大量生产的话,成本将会降到50美元以下。

不过,这种装置也许并不会很快投入使用。IV是一家发明公司,他们本身并不打算生产这种产品,也不打算将其推向市场。而这种激光炮只是在实验室环境中进行过测试,在真正使用时是否有效,目前断言还为时过早。它是否能够在各种天气状况下都能有效工作?那些刚好停在人们身上而混过这道“安检”的蚊子该怎么办?以及,50美元的成本是否过于乐观?

当然,这些问题都不妨碍它成为今年《时代》周刊评选的50大最佳发明之一。毕竟,对于那些疟疾肆虐的地区来说,这种灭蚊激光炮可能是最无害也最有效的工具了。

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