手机中的技术可以治愈晕车并拯救生命

在波涛汹涌的海面上保持平稳
stabilizing gyroscope for boats
Seakeeper

在颠簸的大海上,船的摇晃不仅仅是令人不适——正如“死亡之网”的参与者约翰·希尔斯特兰德(Johnathan Hillstrand) 告诉《西雅图时报》,在一次险些失足后,他表示“船员落水”是他最不愿意听到的。“我们听得太多了,”希尔斯特兰德说,在那一季中已经有三名渔民丧生。在恶劣天气和汹涌的海浪中,稳定可能关乎生死。

这就是为什么许多船只现在使用陀螺仪稳定装置。

陀螺仪本身并不是一项新技术——一个体弱多病的法国人在 19 世纪 50 年代发明了它,但他未能成为一名医生。莱昂·傅科(Leon Foucault)视力不佳,讨厌学校。“他的健康状况不佳,性格温和,” 他的一位童年朋友写道,“胆小而不外向。”他更喜欢玩弄机械。他的母亲强迫他去医学院学习,在那里他的表现出乎意料地好——直到他看到第一滴血,然后晕倒了。

但在 1851 年,傅科萌生了一个想法,他认为他可以展示地球的自转。他在地下室里建造了一个可以向任何方向摆动的钟摆,让它摆动起来,然后观察它在地球运动时保持在同一平面上。科学家们被这一发现深深打动,以至于他被要求在整个巴黎天文台进行演示。

从那时起,傅科的发明——陀螺仪,用来演示地球的运动——就顺理成章了。陀螺仪是一个旋转的轮子,称为转子,它 绕轴旋转。转子安装在两个环之间,称为万向节,它们绕自己的轴枢转。这意味着当万向节受到压力时,转子不受影响,这使得它成为测量罗盘航向以及俯仰、横滚或偏航角的有用工具——对于在雾蒙蒙的早晨试图寻找地平线的航海者,或者在飞往国际空间站的航天器上都很有用。

陀螺仪至今仍在许多重要工具中使用,如哈勃太空望远镜、赛车、飞机和手机。(有没有想过《Pokemon Go》的增强现实是如何工作的?你的 iPhone 使用摄像头和手机的陀螺仪来显示宝可梦的图像,就好像它存在于现实世界一样。)

在船上,水的自然摇摆会带动旋转的陀螺仪,产生称为扭矩的压力。“当船摇晃时,陀螺仪会前后倾斜,” Seakeeper(一家生产这种稳定陀螺仪的公司)的销售和营销副总裁安德鲁·森普雷维沃(Andrew Semprevivo)说。稳定器利用将旋转陀螺仪推离其垂直轴产生的能量来纠正船的倾斜。这基本上与冲浪者调整身体在冲浪板上的位置以匹配海浪表面是相同的原理。

为了说明这一点,这里是稳定陀螺仪消失后一艘小型船只的晃动模拟

而这艘配备稳定陀螺仪的船是这样的

然而,问题在于,直到最近,陀螺仪稳定器还是庞然大物,重约 100 吨。它们的动力取决于轮子旋转的速度、轮子的重量或直径的大小。因此,这些装置体积庞大,耗电量大,限制了它们在大型船只上的使用。在 20 世纪 70 年代,鳍式稳定器被发明出来作为小型船只的替代品——想象一下,一艘独木舟快速地将船桨伸出和缩回水中,以防止船体倾覆。但鳍式稳定器虽然有效,但耗电量大,并且自然会产生很大的阻力。因此,在 2000 年代初期,Seakeeper 决定尝试创造当时看似不可能的东西:一种用于小型船只的陀螺仪稳定器。

为了缩小陀螺仪的尺寸,他们将整个机器密封在真空中以减少摩擦,使其尺寸约为空调的大小。它依赖于一个闭环冷却系统,该系统在轴承的顶部和底部流动,并带有冷却套,在不可避免的摩擦产生的热量汽化润滑脂之前将其从轴承中带走。由于它在真空中运行,一个能够稳定 60 英尺船只的系统消耗的能量与吹风机差不多。Seakeeper 现在生产用于 30 英尺船只的装置,这是世界上最小的此类稳定器。

“我们遇到了一些阻力,”森普雷维沃说,他提到了许多海上活动所特有的、像举重一样的坚韧文化。所以,他们为在北海服务于风力发电场的船只提供免费试用,那里是世界上最恶劣的海域之一。“他们说,‘我们不想要它。’我们说,‘试试吧。’”当 Seakeeper 收回这些设备时,“船员基本上罢工了。他们为整个船队购买了设备。”

这项技术在休闲船只上也越来越受欢迎。正如你可能想象的那样,这种程度的横摇减少极大地缓解了晕船。这很有用,因为最近一项发表在 PubMed 上的研究表明,高达 27% 的女性和 16% 的男性会晕船。“晕船曾经被认为是海上生活的一部分,”森普雷维沃说。“我们希望改变这一点。”

MJM 豪华游艇已成为第一家将 Seakeeper 稳定器作为标配的公司。“将其作为标配是我们品牌 DNA 的一部分,” MJM Yachts 的克里斯托弗·休斯(Christopher Hughes)说。这些稳定器可将横摇减少高达 90%,有时会产生一种令人不安的静止感。例如,最近他在公司的一艘游艇上,作为一艘观赛船参加了一场在恶劣条件下的帆船赛。他们非常稳定,“其中一艘委员会船过来,说:‘看起来你们搁浅了!’”

Seakeeper 仍在努力将稳定器缩小,以便将其用于各种尺寸的船只。“我们正在全力以赴地改进和缩小产品尺寸,以适用于 20 英尺的船只,”森普雷维沃说。虽然早期采用者可能是豪华游艇,但该公司也看到商业应用正在增加。

森普雷维沃希望,稳定器的广泛使用将有助于改善海上安全状况。问问几年前在拍摄“死亡之网”时掉进白令海的乔什·怀特(Josh White)就知道了。距离陆地约 266 英里,15 英尺高的巨浪卷起,摇晃着他的船。他当时正站在一堆捕蟹笼旁边,突然感到自己滑倒了。“我试图抓紧,但抓不住。不知不觉中,我就掉下去了。”怀特掉进了 36 华氏度的水中。如果不是他的船员迅速反应将他救起,他几分钟内就会死亡。

这正是 Seakeeper 希望他们的稳定器能够避免的情况。“我们有机会,”森普雷维沃说,“来看看我们的产品能做什么。”

 

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