多犯小错误意外,小工程师也能变大发明家!

alpha007 2013-09-04 11:42 次阅读

  马克•吐温(Mark Twain)曾经说,“世界上最伟大的发明家:意外”。

  本文将探讨历史上曾经发生的十项重大发现、发明以及振奋人心的时刻──这些成就往往都来自于一个“美丽的错误”──意外。

  说它是命中注定吗?还是机会来了?或者说是运气不错吧?无论如何,这些重大发明或创新明显地改变了科技与工程的发展路径。有些人因此获得了诺贝尔奖或激发了更多的创意,有些成就拯救了许多生命,但也“牺牲”了一些生命,甚至还发现了“新生命”。

  

  火星上有生命吗?

  美国太空总署(NASA)精神号太空探测车在2004年成功登陆火星,展开一项为期90个火星太阳日的任务。不过,由于两次意外的大风吹散了太阳能板上的尘埃,为精神号带来更高电力,使其得以继续进行在火星上的任务,甚至在火星上持续了较NASA原先的规划更长20倍的时间。

  2006年3月,在精神号六个车轮中的右前轮失灵。一开始决定先让精神号探测车拖着故障的前轮继续进行任务,那样子就好像拖着前轮卡住的购物车前进一样。

  

  原本被认为的故障后来竟然幸运地突破种种障碍。拖行中的前轮力度刚好刮去了火星表层的土壤,发现了一块火星曾经是适合微生物生活环境的证据。据说这一小块硅土类似于地球上从温泉流出的水或水蒸气与火山岩反应的产物──在地球上,这样的地区通常是大量微生物聚集的地方。

  NASA后来也将这些资讯用于2012年的好奇号火星探测车上。

  在实验室别用鸡毛掸子…

  美国加州大学圣地牙哥分校化学系研究生Jamie Link有一次在实验室研究芯片时,不慎弄断芯片而成了一堆小碎片。然而,在她的教授Michael Sailor的协助下,她发现这些微小的碎芯片仍具有像感测器般的功能。

  虽然“智慧微尘”(Smart Dust)的概念并不新奇,但Link与Sailor两人发现的微尘却是首次可自组且能加以编程的芯片颗粒。经过化学处理,每一颗粒的反射表面都可找到特定目标并与其结合,同时还可微调其色彩,让观察者知道差异所在。

  

  智慧微尘粒子围绕疏水性液滴

  智慧微尘目前仍处于研究的起步阶段,未来的应用前景仍相当广泛。

  Greatbatch发明心律调整器

  

  盘尼西林并不是唯一在偶然中发现的一项医学突破。据说工程师Wilson Greatbatch也在一次失误中意外推动植入式心律调整器的进展。

  Greatbatch主要致力于为现有心律调整器的电池进行电源设计。他本来要在一款电路设计中加进一颗10kΩ电阻,却不小心误用了1MΩ的电阻器。

  结果该电路产生了一个持续1.8毫秒的脉冲,暂停一秒钟后再重复,就像一次心跳一样。

  还好有人发明了不沾锅…

  感谢发明不沾锅的人,让不会做菜的人也能轻松煎蛋。

  现在被我们称为铁弗龙(Teflon)的聚四氟乙烯(PTFE),是由Roy Plunkett在1938年发现的,当时他任职于纽泽西的Kinetic Chemicals公司。

  

  由于四氟乙烯气体在其压力瓶重量降至发出空瓶讯号以前即停止流动,因此,Plunkett试图制造出新的氟氯碳化物(CFC)冷媒。

  Plunkett目的是想测量瓶重以确定气体用量,因而对于重量的来源开始感到好奇。在不小心打破瓶子后,他发现瓶内有一层白色蜡状的物质,看起来十分油滑。经过分析后发现,这是一种聚全氟乙烯,熔点极高,也具有绝佳的不沾黏特性。

  Kinetic Chemicals是杜邦旗下一家子公司。该公司先在1941年註册了新的含氟塑料,并于1945年以铁氟龙(Teflon)作为注册商标。

  铁氟龙知名的PTFE一开始先应用于“曼哈顿计划”──在田纳西州Oak Ridge的广大K-25钿矿厂中,作为具有高度易反应的六氟化铀阀门与密封管的涂层材料

  一直要到法国工程师Marc Gregoire将铁弗龙不沾黏的特性用于制造出平底锅,建立了 Tefal 的品牌后,目前这种家户喻晓的 PTEE 才开始走入家中厨房。

  

  当巧克力棒遇到微波...

  二次世界大战期间,美国自学成才的工程师Percy Spencer当时在Raytheon公司工作。有一次在进行一项雷达装置的微波测试时,他发现放在口袋中的Mr. Goodbar巧克力棒开始融化了。雷达装置放射的微波融掉了他的巧克力棒。

  Spencer于是在安全的金属箱创造出一个由磁控管转化电能为微波能的高频电磁场,以测试这个理论。当食物放在金属箱时,温度也开始迅速升高。

  Spencer首先用玉米来测试,结果玉米爆开成为爆米花。接着他又尝试用微波煮鸡蛋,当然这颗蛋就在他的面前爆开来了!

  在接下来的几十年,微波炉迅速地普及于一般家庭中。

  

  一连串的意外──塑胶

  生活中常见的塑胶材料就是聚乙烯(polyethylene;PE),它是1898年时德国化学家Hans von Pechmann在一次试验事故中合成的。

  1933 年,英国ICI Chemicals公司的Eric Fawcett和Reginald Gibson在另一次试验意外中合成了首度用于工业的聚乙烯。在针对乙烯进行的高压试验中,由于测试舱渗漏而流出了蜡状白色物质,由氧气引发的这种聚合反应形成了可作为工业应用的聚乙烯。

  经过多位化学家的试验,英国ICI化学公司开始采用这种物质,并申请专利以及进行大量生产。在二次大战期间还有更多有关的创新发明,特别是塑胶在当时扮演了重要角色。但直到1970年后,塑胶中还掺杂了氯化镁以增添灵活度,也开启了更多应用,不过,这时起已经不再是个意外了。

  

  防水橡胶──不只用于飞船广告…

  1839年冬,当时的固特异(Charles Goodyear)陷入困境中且负债累累,他决定离家自谋生路,一方面进行试验与研究橡胶。

  有一次,固特异来到一家商店中烗耀他最新开发的硫化橡胶,在当地人们的质疑下,他生气地在空中挥舞他握满橡胶的拳头,结果一些橡胶从他的手中滑落到滚烫的炉子上。

  固特异用手去刮除这些橡胶时发现,这种橡胶并未如他预期的融化,而是形成像皮革般的材质--至此,他终于发现了这种防水橡胶。在那之前,橡胶遇热会融化,而到了寒冬却又硬化甚至破裂。

  虽然固特异本人否认了这种说法,但就像牛顿看到苹果树上掉下来而启发了灵感一样,这其实只是一个故事,而且,也只有持续艰苦奋斗的人在意外或机会来临时才能掌握重大发现。

  伦琴发明X射线

  无论是用于医疗目的或机场安检,X射线在1895年11月被意外发现后,已经一次又一次地证实了它的价值。

  虽然当时有许多科学家和工程师致力于该领域的研究,但德国物理学家伦琴(Wilhelm Conrad Rontgen)可说是第一个发现了今日我们称为X射线波长范围的电磁辐射。

  

  他曾经在进行一项与阴极射线有关的实验时,在阴极射线管与被辐射的萤光纸板之间放置了一道厚厚的屏障,却仍观察到在黑暗屋内另一头以萤光纸板包覆的阴极射线管发出了微光,显示这种微光的粒子可穿透纸张、木材、铝等固态物体。此外,他也发现到利用这种新的射线,能够产生清晰的影像。

  据说当伦琴在分别研究不同材料对这种新射线的阻挡能力时,第一张呈现在他製作萤幕上的X光影像上的骨头,就是她妻子的手。伦琴因发现了X射线在1901年获得了诺贝尔物理学奖。

  碰!大爆炸!

  瑞典化学家Alfred Nobel同时也是一名工程师,有一次为了让硝化甘油 (nitroglycerin)更稳定,而在其研究中加入了易爆液体。

  有一次,他不小心掉落一罐装有硝酸甘油的瓶子,但并没有爆炸。因为瓶中装着的硅藻土(kieselguhr)可迅速吸收硝化甘油。

  

  曾经在一次因为硝化甘油爆炸意外中失去弟弟的Alfred Nobel开始探索以硅藻土作为炸药的稳定剂的研究。他发展出一个可让硅藻土混合炸药、但又不致于阻碍其爆炸威力的稳定公式,并于1867年申请了专利,最后还将它命名为「dynamite」(希腊文「力量」的意思,也成了后来的硅藻土炸药)。

  从芒刺沾衣发掘灵感

  魔鬼沾(Velco),这种从运动鞋到NASA太空装等普遍都会用到的产品,其实灵感就来自于平凡的芒刺种子。

  1941年,瑞士一位电子工程师George de Mestral带着他的小狗从外头散步回家后,发现自己的衣服上和狗儿的毛上都沾满了芒刺。他用显微镜观察后发现这些芒刺就像一钩子一样如此紧密地互相连结在一起。

  他发现大自然早已安排好为这些种子加装了无数的小钩子,一旦碰到衣料或动物的毛时,就可紧紧地沾贴上去。

  

  由于这个取自芒刺的灵感,De Mestral发明了一排具有无数个小钩钩以及一排小型环孔的结构,当这两排结合在一起时,便能够紧紧地卡住。尽管一些更资深的工程师都嘲笑De Mestral的发明没什么用处,但在1955年,他将棉质结构改成採用尼龙材质后,取得了这种魔沾的新专利。

  尽管科学家与工程师们绞尽脑汁,希望取得突破与重大发明,但许多创新发明却是可遇而不可求的。看了这些在误打误撞中取得的意外发展,您有什么想法呢?或者,您还知道哪些因为幸运的意外,而让小错误变成大发明的故事?请与我们分享您的意见。
 

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