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鸡头稳定性原理(科普)

时间:2024-12-10 09:15:27


年轻时,喜欢一种走路的方式,双目盯着前方某一个景物目标,让头部相对稳定,迈着矫健的步伐前行。如今晚间散步,依然保持心灵那份青春的洋溢与自信。

人在步行时,要保持头部相对稳定,其实只是相对而言,我们歩行时盯住前方一个景物目标,自我感觉是头部稳定了,其实不然,人向前每走一步,其重心都会做上下平均10厘米往复运动,也就是说我们的头部也要上下位移10厘米,是我们的眼球像陀螺一样保持了稳定,才让自己感觉头部没动。就像我们盯着一个物体,在一定程度上点头、摇头,你也不会感觉物体有什么异常,是同样的原理。

曾问过一位经常不自觉摇头的帕金森朋友,是否感觉到自己摇头了?回答是没感觉到。还是这个道理。

要说行走运动中,能真正保持头部稳定的大师,那就是鸟类。家鸡是最常见的鸟类一种,那就先拿我们最熟悉的鸡来说一说。

简单地说,鸡在行走的时候是要保持头部稳定的,以便能让自己的视野也稳定,看清东西,这就是大名鼎鼎的鸡头原理。由于巩膜环的存在,鸟类眼球是不能像人类的眼球自由转动的,所以在生命演化进程中演化出用整个头部防抖。还以开头讲的目不转睛走路的例子来说,一旦我们人类盯着某件物体,在一定的角度内,无论头部怎么摆动,眼球是始终保持稳定的,这些鸟类的整个头部就相当于人的眼球,为了保证视觉平稳,鸟类就只能让整个头部保持平稳。

不仿我们一起来做这个简单实验。

因为家里没有养鸡,前天在农贸市场上,装着买鸡人,偷偷借卖鸡人的鸡做了实验:双手把鸡抱起来,在一定幅度内,无论你怎么晃动鸡身,鸡头都会保持不动,这个实验一连做了好几只鸡,都是这样结论。

还有,不知道你平时注意观察了没有?鸡这种动物走路非常逗趣,每走一步就会扭一下脖子伸一下头,然而其实不管是鸡还是所有的鸟类,都是这样的。当它们把脑袋伸到前方,然后头就保持不动了,等着脖子后面的身体追上来,再走下一步。

科学研究也证实,鸡包及鸟类以上走路姿态,都是为了获得一个稳定的视野而具有的本能。

假如直接在鸡的头上绑摄像机,肯定能获清晰画面,但这并不是什么好主意,因为你想拍摄的画面未必是鸡想看到的。不过从鸡及鸟类身上,我们的防颤技术找到了提升防震性能的灵感。

我们平时都喜欢用手机拍拍照,来点缀自己的生活,为人生留下某些瞬间美好,但常常会遇到手抖甚至是心跳引起的晃动,造成图像不清,拍摄视频更是晃动明显。这些都是手机拍照要解决的防颤技术问题,虽然目前手机做了些防颤功能,但远远不及鸡头原理的强大稳定性。

不过鸡头原理在工业高科技、军事领域应用,还是广泛的。

无人机,无论民用还是军用,为了防颤,都有一个安装、固定相机的灵魂之作叫云台的支撑设备。无人机在飞行过程中,只要有一个云台就可以为相机(摄像头)提供全方位的稳定,让拍出来的画面非常稳定清晰。这个云台设计灵感就来自鸡头原理。

另外,在工程施工中,常见的激光水平仪,激光头也是安装在一个类似云台上的,在允许自动调整的范围内,激光水平光束、垂直光束,都会自动做到横平竖直,避免人为的主观操作而产生读数误差,提高测量精度和效率。

陆战之王坦克的越野性非常能优异,但行驶过程中车身颠簸也是不言而喻。所以坦克上的火炮要想打中敌方目标,就像赛马射箭一样,一般都挺难的。坦克炮稳定器,就是根据鸡头原理设计的,一种能自动保持炮膛轴线在给定角度位置和瞄准的控制系统。这个系统是现代坦克火控系统的重要组成部分,装上这个火控系统,就大幅提高了坦克运动时火炮的射速和射击精度。

在航母、潜艇、战机、精确制导武器上,甚至是普通车辆减震系统,鸡头原理的应用,也都是家常便饭。

不管怎么说,鸡头原理确实是一个让人印象深刻的视觉稳定系统,在现代工业设备和应用中,意义非凡且深远。

让我们瞄准前方,继续迈开矫健的步伐,在科学无止境的道路上前行。


【创作谈】

不经意间一些习以为常的现象,往往就是科学。我们仰慕琴棋书画诗意生活,但不能重文轻理,或者把理工知识想象得多么高冷,物理之美别样的诗意,妙不可言。