书城科普走向未来的现代工业(新编科技大博览·A卷)
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第31章 电子技术(1)

模糊家电各种家用电器的问世,把我们从繁重的家务劳动中解脱出来,使我们有更多的时间投入工作、学习、娱乐。

近几年,在竞争日趋激烈的家电市场,突然出现了一股“模糊热”。一时间,什么模糊洗衣机、模糊微波炉、模糊空调、模糊摄像机等纷纷占领了各大家电商场的首席。

据有关资料显示:目前日本的新型电子消费产品90%以上被冠以“模糊”头衔。专家预言,这场“模糊革命”必将在近几十年之内席卷全球,模糊家电将成为家电行业的霸主,而模糊技术将成为本世纪的重要技术之一。

乍一看,这么多高档的家电前面均冠以“模糊”的字眼,让人觉得不可思议,因为高科技便意味着精确,又怎么会“模糊”呢?究竟这些模糊家电都有些什么本领呢?这“模糊”又是怎么回事呢?

以洗衣机为例。传统的洗衣机,无论是单筒、双筒、滚筒全自动,甚至更好的,都需要人来控制其用水量、洗涤时间、洗涤剂的用量等等,费时、费力,名是全自动,其实是人在为机器服务。但如果有了模糊洗衣机,那情形就大不相同了,你只负责把要洗的衣服放进洗衣机,其余的工作全由它来完成。它会利用光传感器来检测洗涤液的透明度,因此决定冼涤时间的长短;再根据布量传感器测出洗涤物多少,于是便知道了被洗衣物的多少、脏污程度、脏污性质,因而自动定出应该用多少水、洗多长时间、用多长时间甩干等等。当你看着整洁如新的衣物时,是否会体验到新技术的神奇呢?

模糊洗衣机的控制原理是模糊理论,模糊理论则来源于模糊数学。提到数学,不少人都感到头痛。有人开玩笑说:“我的数学本来就够模糊的了,这下又来了个模糊数学,真是往包公脸上抹炭!”其实,模糊数学并不模糊。我们知道,生活中有些概念是精确的,譬如男同学和女同学、灯亮与灯灭等;生活中还有许多概念,如胖子、大个子、年轻等,是难以精确刻画的,或者说是“模糊”的。我们对于某些概念可以直接判断出来,如哪怕一个小孩子夏普公司生产的模糊逻辑摄像机也可以不费力气地认出中国人、外国人。这是因为我们的大脑都有两大功能,左脑负责逻辑思维,如1+1=2,水涨船高;右脑负责形象思维,如今天天气不错,花裙子很漂亮。可是电子计算机在处理这些模糊概念时会显得束手无策。

这是因为计算机是利用脉冲电路的开和关(对应数字是1和0)来工作的,回答问题只能为“是”或“不是”,不会模糊。但是对于模糊概念的回答,简单地用“是”与“非”是不妥的。于是,便考虑另外一种方法——能不能用0~1之间的数值来表达呢?例如,我们规定1.8米以上的人属于“高个子”,资格为1;而1.6米以下的为“矮个子”,资格为0。那么,身高17米或是其他的介于1.6~18米之间的人,该怎样表达呢?我们选择任意一个0至1之间的数值来表示。这样,我们把用0~1之间的数去刻画某种事物具有某种状态的资格建立起来的一套数学理论,叫做“模糊数学”。

1965年,美国加利福尼亚大学的扎德教授首先提出了模糊理论。这便意味着科学从此接纳了一位长期以来一直被排斥于科学殿堂之外的新成员——模糊性事物,也开辟了模糊理论在众多科学领域大显神通的新天地。

毋庸置疑,我们人类的进步首先需要科学技术的进步。科技的发展无时无处不渗透在历史的长河之中。

模糊技术在诞生的短短时间内,便随着模糊计算机的迅速发展而得到了广泛的应用,其大体上可分两大类:一是用于控制领域,二是用于推理判断领域。

在控制领域中,模糊理论主要用于代替人来更准确、熟练地操作各种机器。车文化流行时,常见街上的出租车尾上边贴有这样的字条:“离我远点,别自讨苦吃。”这一诙谐妙语意在提醒其后边的行人、车辆注意,不要撞到他的车子上,因为类似“顶了车屁股”的事屡见不鲜。

除了提高驾驶员的警惕性,还有没有更好的办法呢?有。如果汽车装上模糊自动驾驶系统,那无论在什么情况下,哪怕漆黑的夜晚,各种车辆都能够保持最安全的距离,而无“后顾”之忧。因为装上模糊自动驾驶系统的车辆,能够根据与前面车辆的距离、行驶速度而使用适当的刹车力。但是,如果不用模糊理论,那问题仍然很复杂。因为死板、苛刻的计算机要把不同的情况划分开来进行处理。我们假定把两车的距离、行驶速度各分成10种情况,进行任意组合,则会产生100种情况。这样在控制时,会因情况复杂多变而难以迅速作出正确的反应。利用模糊控制时,问题便简单多了。这时只需建立两条规则:如果两车距离小、行驶速度快时,则用大刹车力;如果两车距离大、行驶速度慢时,则用小刹车力。这样,模糊控制就可以使计算机工作量、运算时间减到最小,使机器能够进行平稳的运转,尤其对突如其来的情况能够迅速决断,所以非常适合于实时(当时立即作出反应)控制系统。

当有人邀请你乘坐一列无人驾驶的火车时,你会害怕吗?完全不必担心。因为这列火车犹如长了眼睛,无论启动、行驶、停靠都非常平稳,达到杯水不溢的程度,就和熟练的司机正在驾驶一样令你感到舒服、放心。1987年7月,日本首先将模糊控制用于仙台市地铁列车自动驾驶系统,引起了不小的轰动。一些汽车制造商更是将眼光纷纷瞄向了模糊汽车自动驾驶系统。也许几年或者几十年以后,你也会亲自“驾驶”一辆这样的汽车,只不过你是个冒牌的司机。

在推理判断领域,模糊理论主要用于模仿专家作出决策。这是一种更为复杂、更为高效的用途。例如,它可以用于医疗,模仿医生给病人看病,犹如华佗再世;用于机器故障判断系统,帮助人们迅速找出设备的故障;用于语言分析系统,成为灵活、准确、快速的翻译家;用于设计方面,设计各类产品;用于证券投资,指导你在风云变幻的股市中立于不败之地;用于评选三好学生,可以保证公平并大大减轻工作量……最令我们感兴趣的仍然是模糊家用电器。这些与我们的生活密切相联的高科技产品,可以让我们切身感受到其独特的魅力。

当你正看着精彩的少儿电视节目时,突然图像不清晰了或者色彩不协调了,你怎么办呢?找父母帮忙,偏偏父母又不在身边,多扫兴啊。可是如果你拥有了一台模糊彩色电视机,那一切烦恼便不存在了。这种电视像有了生命一般,会根据室内的光线明暗来自动调节电视机荧光屏的亮度;当你离它近时,声音会变小,离远时又会增大,还会自动调节画面的颜色、清晰度等,使之更加逼真。这样,既保护了你的眼睛,又达到了令人满意的音像效果。

提到做饭,少年朋友们通常会摇头。不要紧,现在让我来告诉你一个摇身一变成厨师的秘诀。要做土豆泥了,你只要把土豆去皮、切块,再将盛土豆的小碗放进模糊微波炉里,按下“马铃薯”键和“模糊烹调”按钮,这时微波炉会提醒你不同口味需要加入的不同调料。在加入不同的调料后,只需几分钟你便可以自豪地与父母分享你的劳动果实了。怎么样,是不是很简单?你想不想来尝试一下呢?

好了,有关模糊及模糊家电就介绍这些。也许有的青少年朋友会觉得很遗憾:因为我们家里没有这些好玩艺。我想告诉你一个好消息,现在不仅是日本,世界上的许多国家也开始研制模糊家电了。我国的模糊技术研究始于20世纪80年代,最初只是用于工业生产控制。近年来,我国的“模糊”热正逐渐升温。上海等几家大的电视机,洗衣机厂也纷纷开始研制模糊家电。不久,我国自行生产的模糊家用电器将投放市场。那时,模糊家电这些“旧时王谢堂前燕”,也会“飞入寻常百姓家”。

用途日多的电视

电视,是我们的良师益友。当社会正朝着一个五光十色的数字化未来发展时,电视并没有落伍,电子技术的进步正在不断赋予它新的内容和活力。

时下与电视有关的最热门的话题莫过于家庭影院。在家里获得跟影院一样的感觉,恐怕是每个电影迷梦寐以求的事。在影片中,一列正在加速行进的火车发出的轰鸣声,从左至右传来。你的眼睛、耳朵随着画面同步移动,火车像发疯了一样直冲着你呼啸而来……在一场世界杯足球赛中,球迷们的欢呼声从你身后涌来,而解说员慷慨激昂的评论却在你的正前方。

怎么样,是不是很过瘾?你想拥有“家庭影院”,首先要有一个27英吋或更大的显示屏,一台高保真的录像机或激光影碟机,另外,还要有一台音频视频接收机。接收机必须带有环绕声译码器和外接音箱,这些音箱安装在屋子的中央、前面和后面,将你包围起来。这样,你的这间卧室便成了一间小小的剧院。

高清晰度电视以其宽阔的大屏幕、清晰逼真的画面,使你产生身临其境的感觉。你想要一个200英吋的图像吗?这没有问题,只要你拥有一个足够大的房间即可。

高清晰度电视对许多人来说并不陌生。我们通常谈论的高清晰度电视图像、16∶9宽屏幕、丽音等等都是高清晰度电视区别于普通彩色电视的基本特点。

普通彩色电视的扫描线是525条或625条,而高清晰度电视的扫描线要比普通电视多一倍。正是这个原因,它提供的图像色彩更接近于自然景物,更逼真,清晰度可以和35毫米电影片的首映质量相媲美,虽然你有了高清晰度电视,但并不等于你就能看上高清晰度电视图像,因为这还将取决于电视台能发送什么样的图像。在工业发达国家,高清晰度电视已走入部分寻常百姓家。

你知道普通电视屏幕的宽高比例是多少吗?是4∶3。而高清晰度电视的宽高比是16∶9。因为它屏幕大了,所以观看的视角从原来的10度扩大到了30度,有了身临其境的感觉。不过如此大的屏幕,对大多数老百姓来说似乎摆到哪儿都不协调,因为居住空间太小了。于是有人想,如果它能像画一样挂在墙上,那不就解决问题了吗?科学往往来源于想象。日本东芝公司已设计出了可以像油画一样挂在墙上的高清晰度超薄型大屏幕彩色电视机。

丽音是美丽的音乐吗?不,它是指高清晰度电视的伴音高度保真。因为它采用的是数字化语音处理,因而放音质量无可比拟。

高清晰度电视是工业发达国家20世纪80年代末提出并开始研制的。我国的研制开发工作是从1996年开始的。

在厨房中应用的厨房电视是一种13英吋的电视和录像机的二合一。你可以按照电视上的方法烹调食物,通常都是大厨师亲自授课。这样一来,你就可以轻而易举地变成手艺不错的厨师了。

如果你是一个忙人,你可以在脖子上挂上一种可随身携带的电视,以便于你能及时收看到有趣的电视节目。这种电视和普通的照相机差不多大,轻快、灵巧,图像也很清晰。

在家庭或办公室中,电脑与电视之间的差异开始变得模糊不清。随着电视与计算机两用新产品的问世,你简直分不清这是鼠标器还是电视遥控器,因为它一会儿执行鼠标器的功能,一会儿又被用来选择电视节目。

这实在是一个技术飞速发展的时代。就在美国人预计到1998年初数字电视机方可与消费者正式见面的同时,日本已于1996年9月份宣布本国已步入数字电视时代。这意味着日本人要付出更多的钱来购买接受高质量和高保真声音的格式化数字电视信号所需的新硬件。由于一时无法提供那么多的电视节目来填充一下子增加了几倍的电视频道,所以日本的“完美电视”公司只向用户播放60个频道。其实,就是能播放500个频道的电视节目,你也未必能看得过来。

当今世界各国在开发数字电视方面都不甘落后,奋力追赶。我国也于1996年开始研制开发数字电视。不久的将来,全球必将进入数字化电视时代。

新摄影技术——APS

摄影是许多青少年朋友的业余爱好。它吸引人的最大魅力莫过于能将宝贵的瞬间变为永恒。只要将镜头对准选好的景物,然后再轻轻地按一下快门,那景物就会永留胶片上。几分钟(快速冲洗)后,你就可以尽情地欣赏自己的杰作了。

可是事情也有不尽如意的时候。当你兴高采烈地游览完名胜古迹,并拍下了许多珍贵的留念照片,最后才发现竟没有一张胶卷曝光,实在是令人尴尬。究竟是哪里出了问题呢?原来是你没有将胶卷拉出合适的长度,放在规定的位置上,从而导致了“竹篮打水一场空”的闹剧。

那有没有好的办法来解决这一难题呢?令摄影迷们感到振奋的是,柯达公司、富士公司以及世界主要相机生产商们联手研制出了一种先进的摄影系统。我们把这种新型的摄影技术及设备称之为APS。

APS的诞生轻而易举地解决了装胶卷难、相机笨重和冲印过程难于控制等几大难题,为未来的摄影开创了一片新天地。它的产生首先是基于一种商业性的需要。因为近年来世界市场上照相机销售量逐年下降。以美国市场为例,1984年其销售量为1870万台,到1994年仅售出1540万台。原因何在呢?市场调查结论出人意料,大多数业余摄影爱好者认为,拍摄太烦琐和难以掌握。

一种新技术只有服务于大众,才会有生命力。APS之所以能够赢得世人的喜爱,秘密在哪里呢?