第一張機器人走進千家萬戶(1)

比爾.蓋茨

設想一下:在一個新的產業誕生之際，你目睹見證了這一切！這個產業是在前所未

有的新技術基礎上發展起來的，其中包括一些實力雄厚企業銷售的高度專業化商務設

備，還有越來越多的新興公司生產的新奇玩具、為玩具藏家青睞的機巧裝置，以及其他

一些奇特有趣的特殊產品。但同時，這還是一個缺乏行業標準和平臺的、尚不成規模的

產業。項目復雜，進步緩慢，實際應用更是少之有少。事實上，盡管對這個產業的未來

充滿熱情和希望，但是沒有人能明確地說出什么時間-或究竟是否有可能-它能取得關

鍵性的規模發展。但是，若真能實現發展，那么，它很可能改變整個世界。

當然，上述描述可算是上世紀70年代中期計算機產業的寫照，也就在那時，保

羅?艾倫和我成立了微軟公司。當時,部分大企業、政府部門和其他一些機構都在使用

笨重、昂貴的主計算機進行后臺運算。知名大學和大型工業實驗室的研究人員正試圖建

造出最基本的構件，以使信息化時代的到來成為可能。當時因特爾公司剛剛推出他們的

8080微處理器，安他利公司正在銷售一款流行電子游戲Pongo而在一些自發組成的計

算機俱樂部里，熱忠于此的人們急切地努力探索這種新技術帶來的好處究竟是什么。

但當時我腦海中所縈繞的則是更具前瞻性的問題:機器人產業即將作為一項新興的產

業而崛起，其當時的發展同30年前計算機的發展如出一轍。想想看，目前汽車組裝線上

使用的制造型機器人已替代了昔日的主計算機。這個產業其他的典型產品包括可進行外

科手術的機器手，在伊拉克和阿富汗用于路邊及地面排雷的偵察機器人，以及可以進

行地板吸塵的家用機器人。電子產品公司還推出了可模仿人類、或是狗、恐龍等的機器

人玩具，而玩具收藏者們正迫不及待地想要獵取一套樂高公司生產的最新機器人系列

玩具。

與此同時，世界尖端科技人員正試圖解決機器人技術中最棘手的難題，諸如視覺

識別、遠程操控、以及學習型機器等問題，而且他們正在不斷獲得成功。在2004年美

國國防部進步科技項目大挑戰賽上(DARPA),產生了第一輛能夠在美國加利福尼亞西南

的莫哈韋沙漠142英里的崎嶇賽道上自主操控行駛的機器人車，盡管獲勝者制造的車

輛在只行駛了7.4英里后就壞掉了。但到了2005年，有五輛車都走完了全程，而獲

勝者的車輛行駛平均速度達到了每小時19.1英里。

另外，機器人技術如今面臨的挑戰和三十年前我們處理的計算問題有些相似。擁有

機器人技術的公司目前還有一個可以在不同的設備上運行的標準運算軟件。機器人處理

器和其他一些硬件設施的標準化水平是有限的，一臺機器使用的程序代碼兒乎不太可

能在另一臺機器上使用。假使有人要設計一個新的機器人，一般來說他就必須完全從頭

開始。

盡管有如此多的難題，但當我和機器人技術領域的人士談話時-無論是大學的研究

人員還是企業家，從業余愛好者到中學生-他們的興奮與期待總是讓我回想起當年保

羅?艾倫和我看著新科技的融合并憧憬著計算機擺在千家萬戶的桌面上的那一天的興奮

勁頭。如今，當我看到新的技術正在相互結合的趨勢時，我便能預見到未來機器人設備

將會成為我們日常生活中無處不在的一部分。我相信，諸如分布式計算、聲音和視覺識

別、以及無線寬帶連接等等技術將為自動控制設備的升級換代打開一扇門，讓計算機在

實際世界中為我們服務。我們也許現在就站在一個新時代的門檻上,個人計算機將從桌

面上走下來，讓我們到我們的身體去不了的地方去觀看和傾聽、去觸摸和操控各種物

體。

從科幻小說到現實

“Robot〃（機器人）一詞是1912年由捷克劇作家卡雷爾?恰佩克首先提出的，但是人

類幻想制造出機器人則已有幾千年了。在希臘和羅馬神話里，金屬制造之神就用金子制

造出了機器仆人。在公元一世紀，亞歷山大的荷龍--據稱是發明第一臺蒸汽機的偉大

的工程師-一就曾設計了令人著迷的自動機，據說其中包括一個能說話的機器人。而列

奧納多達芬奇在1495年畫了一個機器騎士的素描，他能坐起來，并會活動胳膊和腿,

它被認為是第一個具有人的特點的機器人計劃。在上個世紀，神人同形的機器人經由

一些書籍的傳播,如艾薩克?阿西莫夫的《我,機器人》，電影《星球大戰》和電視片《星

際旅行記》等,而成為流行文化的熱門形象。小說中機器人的流行意味著人們愿意相信

總有一天這些機器會成為我們的助手、甚至是伙伴。然而,盡管機器人在工業中扮演著

重要的角色，例如，在諸如汽車制造等行業中--大約每10個工人就擁有一個機器人一

但事實上，要將科幻小說中描繪的機器人變成現實,我們還有很長的路要走。造成這

個差距的?個原因就是，要讓計算機和機器人感知它們周圍的環境并做出迅速和準確

的反應遠不象我們想像的那么簡單。使機器人具備我們人類想當然的簡單能力也被證明

是極其困難的--例如，在一個房間里避讓物件的能力，對聲音做出反應并對言語作出

解讀的能力，抓取不同大小、質地、易碎程度的物品的能力等等，甚至是區分一扇開著

的門和窗戶這樣--類簡單的動作對一個機器人來說都有可能是非常困難的。盡管如此,

研究人員已開始尋找解決的方法。能夠幫助他們的一個途徑就是實現不斷進步的大型計

算能力。一個兆赫的處理能力在1970年需要花費7,000美元,而現在無需花多少錢

就可以買到。兆位存儲器的價位也同樣在下跌。廉價的計算能力使得科學家們能攻克很

多將機器人實用化的基本技術難題。今天，聲音識別程序能輕松地識別單詞，但是更大

的挑戰在于建造一個能理解這些單詞在上下文語境中含義的機器。隨著計算能力的進一

步擴大提升，機器人設計者們將會具備解決更大難題的處理能力。

機器人開發的另一個障礙就是硬件的價錢太過昂貴。例如，使機器人判斷距離的傳感

器以及用?定的力道和準確度操控物品的電動機和隨動系統都價格不菲。但是這些部件

的價格下跌得

很快。在機器人技術中用來精確測量距離的激光測距儀幾年前還需花費10,000美元，

而今天只需2,000美元就可以買到了。而且，基于超寬帶雷達技術的更為精確的新型

傳感器價格也比以前要低多了。

如今機器人制造者們還可以以合理的花費給機器人安裝全球定位系統芯片、攝像機、

數組傳聲器（能比傳統的傳聲器在背景雜音中更好地分辨聲音），以及一組附加傳感器，

由此而制造出能力更強、處理能力和儲存能力更大的現代機器人，他們可以從事房間吸

塵、幫助排除路邊炸彈--這是僅僅兒年前為商務用途生產的機器所不可能完成的任務。

第二章基因改造食物安全嗎？

基因改造作物是環保美夢的實現，還是一場正在形成中的災難？科學家正積極尋找答案。

人們對基因改造食物的態度，似乎愈來愈壁壘分明，一邊的人支持，另一邊的人則是畏懼。

支持者宣稱，種植基因改造作物對環境傷害較小，而食用這種農作物制成的食品也完全無害。它們

還說，基因工程讓農作物在貧瘠的土地上也能生長，或可培育出更營養的食物。在不久的未來，全

球人口快速膨脹，還得靠這方法解決糧食問題。持懷疑態度者則反駁，基因改造作物對生態環境或

人體健康都有極大的風險，令人憂心，不該貿然接受。許多歐洲國家抱持這種態度，因而限制基因

改造作物的種植與輸入。主要的爭議，集中在基因改造食物的安全性。然而，最近的科學研究又是

如何看待基因改造食物的危險呢？答案，往往迷失在各種報導的爭議中；但是在接下來的篇幅里，

它們將呈現在你的眼前。

土壤中的毒藥可以少些？

根據估計，美國農夫每一年要噴灑44萬公噸的農藥，主要是對付昆蟲、雜草以及真菌。但

是農藥殘留在農作物上或附近土壤中，然后滲入地下水，流入河川，最后進了野生生物的腹中。這

?化學藥劑的涓涓之流，早就令環保人士憂慮了。

農產公司自1990年代中開始宣傳基改種子，向農友保證可降低有毒農藥的用量。如今大部分基改作

物都含有抗害蟲或耐除草劑的基因，以大豆、玉米、棉花及油菜為主。植入抗蟲基因的作物會自行

制造殺蟲劑，因此可望減少化學藥劑的噴灑。耐除草劑的基改作物可耐受廣效性除草劑，農人就可

以摒棄針對特定雜草且毒性更強的化學藥劑。農人總是希望盡量少用比較危險的農藥，不過基改作

物之所以吸引人，是因為勞作手續簡化了（降低施用農藥的頻率及復雜程度），甚至可使產量增加。

但是所謂的“對環境有好處”卻不易證實。事實上，還沒有任何一篇經過同行專家審查的報

告，討論過那些好處，因為植物不同、地點不同，結果必定隨之而變。不過還是有些資訊可供參考,

根據美國農業部統計，耐除草劑的作物不見得會降低農藥的噴灑量，不過農人將使用比較溫和的混

合藥劑。例如，農人要是種植了耐除草劑的大豆，就會避免使用最毒的殺草劑，而改用毒性弱、分

解快的甘磷除草劑。

作物植入抗蟲基因，也產生了優劣參半的后果。目前，抗蟲害的特性是取自土壤中桿菌蘇力

菌（Bacillusthuringiensis,下文簡稱Bt）的一個基因。這個基因會促使細胞制造一種晶體狀蛋

白質，對某些昆蟲來說是毒藥，尤其是啃食作物的毛毛蟲和甲蟲，卻不會傷害其他生物。不同的蘇

力菌菌株，各有不同的毒基因，影響的昆蟲也不同，所以種籽生產商可以針對特定的作物，選用最

適合的抗蟲基因。

由于消費者的疑慮如排山倒海般而來，科學家正加速研究Bt和其他基改作物對環境的影響。

他們想要知道的有：Bt作物如何影響“非目標”生物，例如無害的甲蟲、鳥兒、蠕蟲以及其他恰巧

路過的生物？基因改造作物是否會授粉給周遭的植物，使抗蟲基因流入野地，創造出不受控制的超

級野草？以基因工程技術植入的抗蟲與耐除草劑能力萬一失效，使基改作物突然變得異常脆弱，這

種機率又有多大？

野外生物要付出什么代價？

1998年瑞士的一份研究報告激起了廣泛的疑慮，大家擔心Bt作物可能會在無意中傷害運氣

不好的生物。研究是在實驗室中進行的，科學家以玉米螟幼蟲喂食蛻獅幼蟲，發現吃Bt玉米長大的

玉米螟會使螃獅死亡，而普通玉米則否。?年之后，美國康乃爾大學的昆蟲學者洛西等人提出報告,

他們以沾有Bt玉米花粉粒的馬利筋葉喂食大樺斑蝶幼蟲，結果那些幼蟲都死了。疑懼之火再度燃起。

“這是壓垮駱駝的那根稻草。”康乃爾另一位昆蟲學者皮門特爾說。一時之間，所有的目光都集

中在那些大口嚼食基改作物葉片、小口品嘗基改花粉的生物，或在基改作物下的土壤中蠕動的生物

——它們是維持植物族群恒定的重要角色。2000年8月，另一個關于大樺斑蝶的研究，也發出了警

訊。

然而，實驗室可不比農田，許多科學家懷疑這些先期實驗有何用處。他們指出，昆蟲在實驗

室里攝取的Bt毒素，遠超過它們在外面的真實世界所攝取的量。因此研究人員親下田野，到栽種基

因改造作物的玉米山里測量花粉中的毒素，估計有多少毒素會飄落到馬利筋之類的植物匕最后還

需確定蛾、蝶幼蟲的毒素接觸量。大部分調查已經在2000年的生長季里完成，隨后會向環保署提出

報告。

我們會創造超級雜草嗎？

擔心基因從基改植物流入其他植物，是圍繞著基改作物的另一類憂慮。不知情的昆蟲，或者

來得不是時候的一陣風，都可能將基改作物的花粉帶到它們的野草親戚身上，使之受精。一旦如此,

獲得新基因的植物可能掙脫原有的生態階層，變成“超級野草”，不懼原本的天敵或農藥。科學家已

經不再懷疑這樣的基因流通是否可能發生。康乃爾大學的生態學者包爾說：“很多案例顯示，基因流

通終將發生。現在的問題則是：基因流通的后果是什么？”

到目前為止，還沒有科學研究發現基改作物導致超級野草的出現。2001年2月《自然》雜

志上有篇報告指出，在一個長達十年的研究里，英格蘭栽種的基改馬鈴薯、甜菜、玉米或油菜，都

沒發現像野草那樣能使近親種受精的情形。然而令人憂心的耳語已經出現，尤其是加拿大農人，他

們說基改油菜已經溜出農田，如野草般侵入小麥田。這種油菜也可以抵抗農藥。

設立收容所

最后，不管基改作物種在什么地方，永遠有個風險尾隨，那就是演化。定期噴灑的農藥，只

要時間?久，害蟲和雜草都會產生抗藥性。在生技時代，這勢必?樣會發生：最后，昆蟲可以不為

所動，津津有味嚼著基改抗蟲植物；耐除草劑作物周圍的雜草，也會對農人選用的除草劑視若無物。

“農業，是農作物保護之道與病蟲害兩者間的演化軍備競賽。”愛荷華州立大學的植物學者溫德爾評

論道，“而基改作物只是我們想要戰勝蟲害的另一種嘗試！即使只是短暫的。”

為使除草劑能有效對付雜草，孟山都等公司要求農人以負責任的態度使用農藥，只在必要

時才噴灑。為了延緩昆蟲對Bt毒素產生抗藥性，環保署規定，種植Bt作物的人必須挪出部分農地

種植傳統作物。舉例來說，這些“收容所”可以種在Bt作物栽植區外的某個角落，也可以種成一排,

把Bt作物一分為二。在收容所里，已經具備一點抗Bt毒性的昆蟲與沒有抵抗力的個體交配繁殖，

就會稀釋抗毒能力。

根據孟山都的說法，Bt作物的商業栽植已經五年了，還沒有發現能抗Bt毒性的昆蟲。這家

公司聲稱，種植Bt玉米和棉花的農人，約有90%遵守規定設立收容所。

第三章應對恐怖主義的技術

在防止未來的“9.11〃事件式攻擊一一或更惡劣的攻擊一一的競賽中，華盛頓以

前蘇聯發射人造地球衛星以來所未有的規模對美國的科學機構做了安排。自2003年以

來，聯邦政府對國土防衛研究的投資猛增到近40億美元，而這只不過是安全總開支的

滄海一粟。更重要的是，加快的開支把以前截然不同的科學項目結合了起來：軟件工程

師、流行病學家和生物學家合作開發保護空氣與食物不遭受生物恐怖手段破壞的技術。

核物理學家核生物法醫專家如今與行為科學最好的智囊人物合作，設計減少核走私與自

殺式炸彈威脅的方法。

然而有些專家認為，這么大的開支實際上只能提供一種安全上的錯覺。《超脫恐

懼：明智地考慮變幻莫測世界的安全問題》的作者布魯斯?施奈爾說：“這當中有許多

都是作表面文章的保安技術，目的是讓你感到安全。"他指出，高技術防護措施大量涌

入了從白宮到各地市政廳等標志性建筑內，他聲稱這就會將恐怖分子的注意力引向地鐵

與體育場等"較軟性''目標。但政府似乎已經抓住了核心問題，它不斷擴大的國土保安措

施不僅包括了大目標，而且也包括了國家廣大易受攻擊的區域。下面是5個風險最高的

領域以及今后兒年會出現的一些保衛它們的技術。

空氣、水、食品

這個領域里最大的難題之一是研制一系列傳感器，它們能覺察出對從田地里的莊

稼到公共場所的空調系統等各樣事物所發動的攻擊。環保局和疾病控制預防中心及聯邦

調查局協作，在美國30個城市部署了一個微型毒素檢測器的網絡，作為叫做“生物警衛

”的3億美元項目的一部分。它的各個過慮器收集空氣中的毒物，而后這些毒物被送到

實驗室去分析。

勞倫斯?利弗莫爾國家實驗室的科學家用他們的病原體自動檢測系統(APDS)進一步貫徹

了這種意圖。1995年東京地鐵沙林毒氣襲擊事件導致了該系統的研發，它不需要研究人

員每天收集樣本，也不需要等待示值讀數，就能鑒別出化學品與生物毒素。該系統被接

到商場、火車站或其他集會場所的通風系統上，不用人操作一周內就能收集178種不同

的空氣樣品，并將它的檢測結果用無線電波傳送到中心實驗室。該系統已經在紐約市進

行了實驗，到2008年可首次出現在其他城市地區。

邊境、基礎設施

自2004年以來，首都華盛頓應用的一種可核對監視名單信息的光掃描器已記錄

下了約6000萬訪美人員兩個食指的指印。花費了15億美元研制成的〃訪美“生物統計學

程序已識別出1100名企圖以假借口入境的人及2萬多背景有疑問的想要入境者。

隨著護照簽證申請人的檔案急劇增加，對十指全部進行掃描將使身份驗證更加萬

無一失。掃描系統還可以利用鞏膜掃描和聲紋。同時，在100個港口和邊防站，一種有

科學應用國際公司設計、名叫〃車貨檢查系統”(VACIS)的車載掃描器給海關檢查員提供

了一種工具，使他們不用打開卡車與集裝箱就能探查內部的真相。VACIS采用了甚至能

穿透鉛襯里箱子的低能-射線，射線在6秒鐘這么短的時間內就能顯示有明顯顆粒的圖

像。如果檢查人員發現貨物和運貨清單上寫的不一致，則集裝箱就會被轉到另一處做進

一步檢查。

現在正在開發之中的還有微米大小的傳感器一一名叫“智能灰塵〃或〃塵埃該

傳感器可撒在管線、無設防的邊境和公用設施的周圍，用以監測生物浮質、化學物質或

放射物的入侵或釋放。依靠傳感器儀表的技術進展，這些用電池作能源的計算機形成了

一個電子眼、電子耳和電子鼻的網絡一一它們可用低寬帶頻率相互通訊，并可將各種示

數發送到中心服務器。專家說，該傳感器可能準備到2010年在全國各地鋪開，不過這

還要視投資情況而定。

交通運輸

地鐵、公共汽車、火車和飛機一一以及為它們服務的中樞一一很容易受到浮塵攜

帶的病原體、核彈放射物和汽車炸彈等的威脅。桑迪亞國際實驗室加州分室研制的技術,

將各傳感器用無線電波或通過光纖連接到一個鞋盒大小、名叫〃智能傳感模"（ISM）的裝

置上。和別處一個指揮站連接的一個場所的ISM網絡，能給該場所管理人員或安全部門

發出一個存在著某一威脅的早期警告，讓他們及時采取行動。該系統自2004年起已經

在30個場所使用，其中包括體育場、地鐵、和機場。隨著探測系統技術的提高，在核

工廠、化學工廠和關鍵的運輸中心可能安裝未來型的ISMo

為了攔截未來的炸彈，所謂''噗噗吹氣的機器''目前正在26個機場值班，它們能

判斷出你是否在過去一周里接近過炸彈的嫌疑。這種價值15萬美元的從兩端都可進入

的機器像個造型優美的戶外小屋，它在你的衣服上面迅速吹過一股氣流，從衣服上吹下

微量炸彈粒子，然后再將空氣收集起來送到一個能鑒別8種氮基炸藥的檢測器上一一這

一切只需幾秒鐘。新墨西哥州桑迪亞實驗室的高級工程師凱文?林克爾說：“我們在奧

運會標準游泳池大小的空間里能發現相對于1毫克阿司匹林的可疑物。”現已在研制一

臺11磅重、名叫“微型獵犬''的改進型機器。為了攔截自殺式炸彈，研究人員已經制出

了-?種裝置的樣機，以探測30英尺外的炸藥痕量。

公共場所

盡管辦公樓和公共場所現在一般都用視頻監視與碰撞護欄，但是地方建筑規范

和重新在公共場所安裝的高成本卻減慢了防恐活動的進展。"如果你設計的每幢樓都能

防止襲擊的威脅，我們就再也負擔不起建筑費了，”前議員、重建世貿中心選拔設計隊

伍的評選小組成員理查德?斯威特承認說。然而，今天的建筑技術看來已經遠遠超過

“9?11”事件以前的日子了。斯威特指出，重建世貿大廈的規劃中包括防爆窗與防爆建

筑材料、傳感系統、確保上層的營救人員能與地面同伴通訊的無線電轉發器、使建筑物

與被污染區域自動隔離的''智能系統”等等。

至于必須進入受災現場的營救人員，他們很可能會獲得高技術防護裝備，包括

救生衫。這種像背心的上裝可監測30個生理體征，采用GPS技術跟蹤營救人員的活動，

并將所有的實時數據源源不斷地送到指揮中心，那里可同時跟蹤兒十臺一流的應答機。

因特網

對國家的金融網和電力或電信網進行的網絡攻擊，可使我們保護有形資產的其

他手段變得無實際意義。為了應對這種攻擊，在華盛頓州里奇蘭德的太平洋西北國家實

驗室(PNNL)的計算機科學家們已研制出了一個叫〃莫扎特”的程序，它能測出網站上的未

來間諜和入侵者。該軟件現在被能源部使用，利用可鉆入網站的搜索工具發現與登記可

能損害國家安全的敏感信息。開發人員說它是“Google式〃的工具，預計到年末它就能用

于一些軍事和政府機構。議事日程上的下個待議事項是叫做〃內部安全計算”的東西一一

從根本上說，它是幫助計算機”受到攻擊時知道與采取措施自衛〃的一個總體規劃，PNNL

的網絡安全技術總管布賴恩?麥克米蘭解釋說。廣泛地實施這項規劃至少還得10年。

這種種超視距的構想及其數十億美元的開支絕不等同于100%的保護。約翰

斯?霍普金斯大學應用物理實驗室的工程師克里斯?拉蒂默告誡說：”技術的最大實踐

收益是改進人類實踐的結果。”簡單的真理是，譬如說，如果鞏膜掃描失敗或智能傳感

器裝聾作啞，即使再多的硬件也不能代替保衛我們所需的那種智慧的人類決策。

第四章目標一加侖汽油行駛100英里的競賽

在過去的兒十年中，”明日之車〃的夢想非但沒有實現，原本要解決的問題反而變得

更加嚴峻了。一加侖汽油的平均價格升至二十世紀八十年代初以來的最高點。中東地區

政局更加動蕩。原本持懷疑態度的氣候專家也開始承認我們不斷排入大氣的碳可能會造

成災難性后果。面對各種情況，汽車制造廠的回應是造出了一加侖汽油可以行駛21英

里的汽車。比福特的T型車還少4英里。

一些小型公司正在開發新型發動機技術和先進的汽車設計，以保證汽車一加侖汽

油行駛100英里。想法無奇不有，從簡單的減少重量改善空氣動力學性能到不可思議的

試圖借鑒噴氣式飛機的發動機技術。

這一競賽將更為激烈，。因為兒個月以后X大獎基金將宣布進行一項生產一加侖汽

油行駛100英里并成功銷售一定數量汽車的競賽，(這一銷售量數字暫未確定)。X大獎

基金曾經設立過1000萬美元的獎金用以推動太空旅游業的發展，當時競賽內容是制造

出可重復使用的私人飛行器。雖然獎金數額暫未公開確定，但X大獎基金工作人員透露

獎金金額在2500萬美元左右才能給人以一定的刺激。他們希望大獎賽能夠促使人們徹

底重新思考汽車的外觀和工作方式。X汽車大獎基金執行董事馬克?古德斯坦說："我們

需要改變思維模式，需要改變人們對汽車的看法。”

汽車業內人士認為下面三種技術可以消除提高汽車燃油效率的障礙-也是贏得X大

獎的保證。

更小，更好，更便宜

迄今為止實現超高行駛里程最顯而易見的辦法是大大降低重量和風阻。在學生的

工程學競賽中，可以看到這樣的辦法，呈現淚珠狀的兩輪微型車輛實現一加侖汽油行駛

數百英里，但這些原型都過于昂貴。現在的目標是制造一種輕便并高度符合空氣動力學

要求的汽車，除了質量穩定和抗碰撞外，最重要的是批量生產不至于過于昂貴。

史蒂夫?法姆伯可能已經找到解決方案。他的實驗室位于加利福尼亞的卡爾斯班，

在那里他設計了Aptera,外型呈子彈狀（空氣阻力降到最低），三個輪子，可容納兩個

人，重量只有850磅（豐田的普銳斯重達2890磅）。通過使用碳合金框架減少大部分重

量，還可以滿足大賽中抗碰撞的要求。

一些風險投資家注意到法姆伯的公司AcceleratedComposites,法姆伯本人希望

能在兩年內將Aptera投向市場。〃我所有的努力都是著眼于規模生產。”通過使用新型

合成構造技術，包括低廉的模具和自動制造工藝，法姆伯說他可以將每輛車的成本控制

在20,000美元以下。而且如果同時使用燃燒柴油的混合動力發動機，Aptera可以打破

一加侖行駛300英里的記錄。

不使用電

池的混合動力

混合動力發動機曾經成功地大大提高了車輛的里程記錄。例如普銳斯，通過保

存例如剎車過程中失去的熱能，將其存儲在電池中以備循環使用，可以將里程記錄提高

到行業平均水平的兩倍，但是現在最高效的混合動力發動機也只能保存30%的能量供再

次使用。

環境保護局高級技術部甚至提出完全放棄笨重的電池這樣的激進辦法。EPA已經

制造出一種改良的混合動力系統，不使用電池而使用一個液壓系統來存儲剎車時的能

量。當你踩下剎車時，車輪會聯動一個壓縮氮氣的泵，氮氣低廉而且性能穩定。當你再

次加速時，壓縮氣體將泵體反彈來驅動車輛。

這個月計劃在UPS的兩輛卡車上試驗液壓混合動力系統，預計至少可以將70%的

剎車能量返回到車輪，這樣汽油經濟性可以提高60-70%并且能減少排放40九如此的驕

人成績讓高級技術部經理，也是液壓混合動力的開發人員之一的查爾斯?格雷都難以抑

制心中的興奮。“這將是汽車制造史上最偉大的革命，比發明裝配生產線還要偉大的革

命。”

雖然這一切還要以觀后效，但是液壓混合動力畢竟比傳統的混合動力系統更輕便

更低廉。"我雙手完全可以拿得動一個五百馬力的液壓發動機，我也不是個大塊頭。“格

雷說。由于發動機僅僅增壓液壓系統然后由液壓系統驅動車輪和其他部件，不必使用變

速器。所以可以在兒乎不增加成本的情況下安裝在小型車輛中。雖然福特、美國軍方以

及其他一些單位也在研究這項技術，到現在為止只有UPS承諾自己的車輛上使車，因為

他們的車輛必須頻繁地走走停停。

飛

機發動機的啟發

另一個lOOmpg競爭的潛在選手是StarRotor,源于德克薩斯農工大學研究的一

種空調。化學工程教授馬克?霍茨厄普和他的同事安德魯?拉布洛克原本要為空調制造

一種更好的空調壓縮機，突然靈機一動將想法發展為StarRotor發動機的基本構造。

一旦聯想到汽車發動機，“我們很快就根本忘了空調。”拉布洛克說。他們還成立了公司

（也叫StarRotor）,準備將技術商業化。

StarRotor運用和飛機發動機相同的熱動力過程，來重復使用通常在廢氣排放中

浪費的熱量，這對于使用活塞的發動機是無法辦到的。在汽油注入發動機前，廢氣的熱

量加熱進入發動機的空氣。熱空氣使燃燒效率更高，也就意味著耗費相同汽尚未的情況

下StarRotor比傳統發動機產生更多能量。

根據壓縮機模型數據，拉布洛克相信不管發動機運行速度多快或者馬力多大，Star

Rotor都能夠將燃燒化學能的45-65%轉化為機械能。而一般的汽油發動機在全速行駛中

最高效率也不過30%,在日常行駛條件下工作效率會更低。“翻倍是小意思，”拉布洛克

在提到StarRotor的潛力時說。"我想我們最終可以實現三倍的里程。”

不管是翻倍還是三倍，最重要的是創新家們找到我們對付石油困境的辦法-這樣的

辦法比第?輛氫驅動的車輛帶來的影響會更加深遠。

第五章絲網印刷

絲網印刷技術是一項專門適用于在平面或相對平的表面進行印刷的技術。絲網印刷

工藝的關鍵是，將細密的絲網緊緊繃在堅固的框架上，而絲網上不需印刷的區域則被遮

蓋起來。在印刷時，將用框架固定好的絲網和一些濃油墨放在承印物的上方，然后用橡

膠磁子擠壓油墨使其通過絲網。絲網上被遮蓋的部分阻擋油墨通過，而沒有被遮蓋部分

允許油墨在的材料上留下印跡。最后一道工序是，將印好的承印物放到傳送帶上經過一

條熱隧道進行烘干。烘干工藝可以保證油墨快干，這樣印好的東西就能夠垛起或打包裝

箱。被恰當烘干的油墨即使在惡劣的環境下也不會從印刷物上脫落。

如果在最終的設計中需要印刷多種顏色，就要利用不同的絲網重復上述過程。因

此，一個需要四種不同顏色的設計就需要四個絲網。絲網通常安裝在一個旋轉的印刷機

上，以便調整印刷不同的顏色。有些絲網印刷機是全自動的，除了調整機器、裝上和取

出承印物外不需要任何人工勞作。

遮蓋絲網的方法多種多樣，最直接的方法就是把遮蓋液涂在絲網上。這種方法只

適用于簡單的一到兩種顏色圖案的印刷，而用于更加復雜圖案時印刷效果不好。要印刷

多種顏色的圖案，印刷者通常使用感光劑來遮蓋非印刷區域。首先，把圖案印在一張透

明的塑料薄片上，同時將感光劑涂滿整個絲網表面并將其晾干。然后將塑料薄片放在準

備好的絲網上，將它們暴露在強光下。一段時間后，可以用水沖掉曝光區域上的感光劑,

這樣可以用于印刷的絲網就準備好了。

絲網印刷技術最常用于T恤衫、外套和其他紡織品的印刷，它也可以用于從塑料

到金屬的各種材料的印刷。雖然能夠掌握一些細小、復雜的印刷細節，但絲網印刷最理

想地應用于粗體文字和圖案的印刷。

當在深色的物品上進行絲網印刷時，需要先印底色，確保圖案的顏色鮮亮。在需要

印色的任何地方，都需要先上底色（通常為白色），然后將底色快速烘干，再在底色上

印上其他顏色。快速烘干使印刷工藝多了一道工序，但確保印在深色甚至是黑色材料上

圖案的顏色也是光彩鮮亮的。

絲網、藍色感光劑和輜子是單色絲網印刷裝置的基本部件。在這種情況下，絲網被

緊緊地繃在木質的框架上，藍色的感光劑涂在絲網表面并烘干，起著遮蓋的作用，轉子

只不過就是固定在木質手柄上的一條硬橡膠。開始進行絲網印刷時，操作人員將絲網直

接固定在需要印刷的承印物上，接著在未被遮蓋的表面直接涂抹油墨，用輻子擠壓油墨

使其透到下層。操作人員不斷地擠壓餛子并在絲網表面滑動，確保油墨滲透到所有未被

遮蓋的區域。如果需要更多的顏色，就用更多的絲網來重復這個過程。完成印刷后，將

絲網拿掉，印刷品就可以準備烘干了。

絲網印刷術可以在從織物到木制品的各種材料上進行印刷。由于它成本低，操作

簡單，只要操作的好就可以印出高質量的圖案來，所以許多印刷廠都采用這種工藝。手

工作坊和藝術家都選擇絲網印刷術來完成他們的作品，而它相對簡單易學。那些想要學

習制作高質量絲網印刷品的人們可以考慮通過上課來學習絲網印刷術的基礎知識。

絲網就是緊緊繃在框架上的一張細密的網。雖然現在的絲網是由聚酯纖維做的，

但在20世紀中期以前絲網一直是用絲制的。采用各種各樣的技術在絲網上做一個設計

的底版，然后將油墨滾入或浸入絲網，最后印到物品上。大多數印刷廠使用橡膠碳子或

者類似的工具輕輕地將油墨壓到承印物上，然后去掉絲網，把它掛起來涼干。

大多數的人在用絲網印刷時使用感光絲網，這種絲網涂了一層紫外線感光劑。藝

術家們將設計圖案的模板放在絲網上，然后曝光、沖洗絲網。曝光的區域變硬，形成難

以滲透的層，被感光劑遮蓋的部分沖洗后，可以允許油墨通過。

還可以采用其他一些技術制造絲網，例如用紙制或者塑料模板，甚至還可以畫在

膠或樹脂上。作為基本原則，為了制作更多的圖案，絲網必須可以重復使用。印刷結束

后，可以把絲網收起來下一輪使用，或者把它沖洗干凈，再用于新的設計。大多數人在

絲網印刷時仍然會采用框架來固定絲網的位置。

采用不同的絲網，可以印出彩色的圖案。CMYK色彩工藝可以用來印制非常復雜的

色彩圖案，首先印最淺的顏色，最后印最深的顏色。因為絲網印刷有趣、操作容易，只

要經過培訓，就可以印出高質量的圖案來，許多藝術家對絲網印刷都情有獨衷。絲網印

刷所需的設備相對較少，除了制作絲網用的感光劑比較貴以外，其余設備的價格是相當

低的。

第七章

我們每日都身處各種材料的包圍之中。我們吃的是各種材料，穿的是各種材料；我

們用各種材料建造房屋和生產工具，滿足工作生活需要，使生活更加舒適。

自然給人類提供了大量的天然材料。然而，隨著人類需求日益增多，迫切需要用于

生活、建筑、電子、化工、醫藥等方面的新型材料。

新材料主要有以下四類：兩類屬于無機物（金屬和陶瓷），第三類是有機物（有機

聚合體），第四類是生物材料。有時，他們以下列方式出現-1+1、1+1+1、甚至l+1+l+lo

科研人員和技術人員面臨的主要任務，便是如何將此四類材料配合使用，通過各種搭配

組合形式，從中獲益，以補充自然所未給我們提供的材料。

從史前出現簡單的生產活動開始，人類便一直在使用天然材料。人們最初使用木材、

石頭、動物組織甚至人體組織作為工具時，并沒有刻意地去加工改造它們，而只是使用

其原始狀態。

為滿足現代生活需求，現代人和未來的人類將越來越需要人造的新材.料。在醫學、

化學、生物化學和生物學基礎研究的基礎上，通過十分復雜精密的科學研究活動，人們

便能創造出新型的、合成的、或半合成的材料。然而，如何使用這些新型材料，迫切需

要人們進行應用性研究和開發。

開發新型材料是一個新的科研趨勢。然而，在過去，這種開發研究往往只是出于興

趣，研究人員偶然意外地發現些具有特殊性能的新型材料，如今這種情況已發生根本性

改變。現在，大多數情況下，材料學方面的科研小組都需完成一個明確規定的科研目標,

即必須創造出具有某種特定性能的新型材料。人們現在需要這種按要求定制的材料”這

?發展轉變完全得益于人們對材料宏觀結構、微觀結構、納米結構，質地特點的深入了

解和研究材料的非破壞性方法的使用。

無論是從技術層面還是從經濟層面，材料腐蝕現象都是一個重要問題。由于材料會

腐蝕、疲勞、老化，需要我們創造出更耐久的材料?。材料腐蝕、變質、老化的原理紛繁

復雜、各不相同，這不僅僅是由于材料本身不同（金屬、無機物、有機物、聚合體等）。

防腐蝕添加劑或防腐蝕措施可以延長材料使用壽命，并減少經濟損失。

人類的宇宙探索活動亟需抗空間輻射和強輻射條件下耐高溫的新材料。因此，在宇

宙實驗中，科學家會實驗、測試新材料的性能。新金屬合金、新合成陶瓷和復合材料是

這類科研開發的重點。

止匕外，失重條件可以幫助人們研發在地球上無法研究的全新材料。例如，在宇宙飛

船和人造衛星實驗室進行的結晶化研究，最終幫助人們研究出一些結構完美的材料?，例

如沸石，一種可運用于很多領域（如催化方面）的無機物。

新的技術思路和觀點需要精確設計的多孔材料-。各種形狀的孔形物在很多與傳質分離過

程相關的技術中都十分重要。多孔金屬、聚合體膜、特定異類催化劑和催化劑載體的多

孔結構，即是該領域的典型例子。

即使是用來做電導體的最好材料也帶有很大的電阻。在研究了各種材料之后顯示我

們可以開發出電阻極小的超電導體，但是只具有極低的溫度，接近于開氏溫標的絕對零

度。研究者們所面臨的挑戰是要使這種超電導性維持在高溫或極高溫狀態下。對于無機

材料定性的新物理和化學方法正大大促進著這一研究的發展。

對于電子科學和材料科學來說一大難題是用可塑性強的非金屬材料（塑料）制造出

新的電導體。

在電子工程領域，研究出能進一步提升信息技術和計算機技術（更高的存儲容量和

更快的信息傳輸速度）的材料是一大挑戰。

而各種材料的再循環利用似乎是我們所面臨的最重要的難題。地球上的原料資源十

分有限，而把太空中的原料資源運輸到地球上來無論是從經濟上還是從技術上來說都是

不可行的，至少在最近的將來是行不通的。目前，再循環原理和技術總是和新材料的發

展密切相關。再循環不僅能解決廢料積存的問題，而且能帶來能源上的利益，更不用說

能解決必須要解決的貴金屬（如徒I、鈕、錯）的再循環問題。

采用了納米技術的材料能提供高度有機材料，它們具有極強的自我修復能力。用

這種方法制造的超分子結構引起了電子工程學領域以及電子元件、計算機元件和非金屬

電導體材料領域的高度興趣。

多元復合材料甚至簡單復合材料（結合了特殊的機械、電子和化學特質的有機材料

和無機材料）、多層結構和柱狀結構都是這一巨大而多用途的復合材料的典型例子。特

殊的涂層和分層處理技術能把塑料、陶瓷和金屬材料的特質有機結合在起（而不僅僅

是幾種不同特質的簡單相加）。

醫學方面的合成材料是另外一個領域的新材料。藥物是化合物，不是材料。然而，

一些藥物被應用在許多復雜的系統之中，因此我們應該把它們看作復雜材料。藥品因要

施用于人體的各個部位而需要添加帶有特殊效能的聚合材料，這些材料應具有明確的可

溶性，能在各種介質中膨脹并具有極好的轉移特性。

讓我們把目光從藥品轉向更典型的醫學材料：這些人工合成材料能代替天然（人體）

組織。金屬、陶瓷和有機聚合物都能代替受損的踝骨、骨骼和牙齒，其他材料能用在外

科手術中作為加固移植物等等。人造血液是一種結構極其復雜的材料，必須符合錯綜復

雜的參數和特性。

思考如何運用這些技術和全新的方法去研發生活中需要的新材料是十分必要的，例

如研發具有自我再生、自我恢復和自我檢測性能的智能化材料而為具有自我檢測性能

的材料研發全新的納米傳感器和納米隔室是研發這些智能化新材料的主要組成部分。

第八章房屋建造機

南加州大學的?個陽光充足的實驗室內，機器人控制的噴嘴把一條混凝土擠到厚木

板上。每2分14秒，噴嘴完成一個輪回，把一條新的混凝土鋪在前一條混凝土的頂部。

一扇5英尺長的墻就這樣豎立起來-這是一扇沒有人工干預建造起來的墻。

這墻雖然簡陋但影響重大。一位工程學教授貝羅赫?霍什內維斯看到灰色混合料整

齊有序地從他稱作contourcrafter的機器—臺約8英尺高、6英尺寬的機器-中噴射

出來時說：“如果你能建造一扇墻，你就能建造一幢房屋。"如果一切按計劃進行，霍什

內維斯將在今年晚些時候利用更大、更先進版本的這種機器在僅僅一天內就建造起第一

幢由機器人建造的房屋。

霍什內維斯認為他的contourcrafter將使房屋建筑革命化，把建筑業引入數字時

代。現今，盡管出現了技術工具，如動力鋸、機械化起重機和氣力敲釘機，但是建筑業

基本上還是同已存在了2萬年的那種又臟又累的工作一樣。工人們仍然不得不切割、緊

抓、上舉、擺放、釘牢各種材料，這就是勞工費用約占建筑費用?半的原因。建筑過程

既危險、緩慢、又造成浪費：每年有40萬以上的美國建筑工人受傷，一幢美國人的典

型住房至少需要6個月才能建成，同時約產生4噸垃圾廢料。

霍什內維斯，54歲，1974年從伊朗移居過來，他有多種發明，持有從光學到機器

人學各領域的多項專利。1994年加利福尼亞州諾思里奇地震后，他在自己的起居室內用

銀刀在墻的裂縫上涂抹灰泥時，就拿定主意一定要有一種更好的抹灰方法。他說：”他

想銀刀這一使用了許多年的非常簡單的工具確實能夠創造出美好、平滑的表面。在制造

業中，這是始終追求的目標。然而沒有一個單一的自動化制造工序使用鑲刀。”

為了保證可以實施自動銀抹，他發明了一臺小型機器，使制造的實物幅長不超過20

英寸。這個靠來自計算機輔助設計程序的輸入信息指導工作的小型contourcrafter有

個噴嘴，它可在3個軸上轉變方向，并像從管中擠牙膏一樣擠壓出陶瓷泥來，一對鑲刀

狀的翅片在泥層疊起時鑲平頂面和側面，產生出由軟件具體指定的正方形、箱形、碗形、

穹頂形、圓錐形或其他形狀。這裝置與快速模型機相似。后者已經使用了約15年，用

來印制出三維塑料模型，但是，霍什內維斯說，這些饅刀〃給外表面以新的控制精度

在此小尺寸上機器運行良好，因此這位工程師對自己說：”為什么不利用混凝土建

造整個房屋呢？”

在國家科學基金會撥款資助和工程學研究生杜伊爾?黃的幫助下，霍什內維斯設計

制造了一臺造墻機。黃說：“我想用3年時間把它制造出來，但僅用了18個月。”這臺

敢做敢為的機器使用兩份標準混凝土混合料（霍什內維斯說：“你能夠立刻從‘家得寶'

裝潢零售公司的貨架上取得。"），兩份沙子和一份水，它們在鋼制圓筒中經過混合由被

螺旋驅動的柱塞擠出。在后續各層被擠出來時，混合料會迅速變硬并很容易支撐起本身

的重量。

單一的墻體不會構成房屋。在建造墻體時，contourcrafter也需要把管道設備的

管子、供電線路和通風管道插入墻內。模型機不能做這些事，但霍什內維斯認為這是微

不足道的問題。他說：“手表的秒針是由機器人安放在細軸上的。現代機器人能夠實現

緊公差和極高速率。因此，隨著墻體長高，用機器人把各節管子插入墻內，使一節接在

另一節的頂端，并且將它們焊接在一起，實際上是很簡單而無需動腦筋的事。”

最后，機器人的工作如下：在清理并平整過的地基上，工人們要鋪設比建筑物的最

終寬度還遠兒英尺的兩條鐵軌，一臺計算機控制的contourcrafter從這里接手工作。

高架龍門起重機帶有懸掛的噴嘴和安放部件的吊臂，可沿軌道移動。噴嘴將混凝土一層

壓一層地噴吐出來造出空心墻，然后用附加的混凝土填空墻體。隨著建筑物長高，安裝

雖臂會將供電線路、鋼筋、水暖管道、通風管道插入墻內預留的空槽內，并把各段管子

焊接和擰緊在一起。然后，吊臂把大梁放在已造好的墻的頂端，以便鋪設地板和屋頂。

這樣人們就可以安裝門窗了。

霍什內維斯說："你可以把它（房屋框架）建造在地基上以便建造一所房屋或者一

整排房屋。"他甚至設計出了一臺能攀爬的contourcrafter,用來建造摩天大樓。

雖然這種建造工藝的思想似乎很高明，但房屋所需要的不僅僅是良好的工程質量。

如果這些房屋不像是優雅得體的住宅，而更像一些大混凝土桶，它們就不會受人們歡迎。

霍什內維斯指出，房屋外部鑲平后可用滾動的模具在未干的混凝土上印出磚狀、墻面板

狀和護墻楔形板狀的紋理，而內部可利用噴墨技術噴飾成任何顏色或者甚至是壁紙的圖

案。混凝土本身可能有不同的品種，包括那些與灰質黏土或灰泥相似的各種類型。

隨著更復雜噴嘴結構的出現，這種機器不僅可以更快速地建造更價廉的大樓，而且

所建樓房也安全可靠得多。例如，如今建造抗震房屋，從材料上說是高強度、昂貴和無

法精確估算的。霍什內維斯說，用contourcrafting工藝建造的大樓“可用巧妙的方法

加固。鋼筋、甚至墻的化學成分和厚度需要時都可隨時隨地做出更加精確的進一步改變。

〃

洛杉磯的一家建筑技術研究發展公司（Geh/技術公司）的首席技術官丹尼斯?謝

爾登說：”這令人興奮，這代表向前邁出的下一步。“不過，他警告說，可能有結構問題,

〃我們需要仔細觀察各層之間砌合是否良好。”

霍什內維斯確信這不是個問題，他說：“被擠壓出的各層可作為結構材料填充層的

模板墻。”因為填充層會成為一塊整體式混凝土厚板，他說："它將非常堅固。”

甚至美國國家航空航天局似乎也對此感興趣。霍什內維斯最近把一臺建墻機的樣機

運送到了馬歇爾航天飛行中心的工程師們那里。他們想查明這種建造技術能否用月球塵

士在月球上建起房屋。

確實，所有那些將要突然失去工作的建筑工人們該怎么辦？

霍什內維斯說：“這種擔心并不新鮮。汽車剛出現時，人們曾說：’所有那些馬車夫

將會面臨什么情況呢？’但是有意義的技術一般都會從好的一面帶來巨大的社會變化。

這點是沒有區別的。”

霍什內維斯對建造不失尊嚴的低收入住宅的這種技術潛力感到鼓舞。他說：“現今

10億人沒有足夠的安居之處。"contourcrafter利用從建筑地基挖出來的土，再用水

泥使之穩固，就可以建起既滿足各個家庭具體需要、又花費不多的住宅。

霍什內維斯說：“這項技術好像被我們推滾到懸崖頂端的?塊巖石。只要稍微?推,

這種技術觀念就會獨自滾動下去。”

Unit9太陽能

自然能是所有自然現象的原動力，可以引發自然現象，共分三種。第一種是太陽能,

它為地球上超過99%的自然現象提供原動力。第二種來自地球自身溫度極高的地殼，地

殼內部熱巖漿能生成水蒸氣。在1904年意大利建成了第一個地熱發電站。第三種自然

能來源于月球對海洋的引力論產生的潮汐能。自1966年法國開始使用以來，對海洋潮

汐能的利用已有了很長的歷史。

目前，太陽能的利用是引起人們與日俱增興趣的主題。盡管它的前景似乎很好，卻

仍存在許多問題。無論有什么突破，在21世紀以前太陽能不可能成為世界能源的主要

來源，但值得一提的是所有主要石油可以說實際上都是年深日久而儲存下來的太陽能。

相反地，雖然太陽能可以無限更新，但在現代社會能源被快速巨大消耗的條件下，太陽

能卻很難積累。

來源：太陽內部的核聚變反應產生大量的能量，每單位時間大約有3.47x1024

千焦耳。該能量值等同于月球繞地球旋轉產生的動能。在這種巨大的放射能源中，只有

很少的一部分約5x10-11輻射到地球表面。這些射入的太陽能可以分成許多部分，

如圖8T所示。人們認為太陽能干凈并取之不竭，太陽能對地表生物的無害是因為有害

的短波長紫外線已被平流臭氧層吸收，并且有大氣層中的空氣和水汽削弱了。但如果臭

氧層被一些人工化學物質如氟里昂破壞，將對生物產生嚴重的影響，有些是人類很容易

患上皮膚癌。

應用：太陽能使大氣運動，因此產生了天氣現象。但地球物質的分子吸收太陽能量

并且在低溫下全部轉化成了熱能，這是一個自然病增過程的例子。所以科學家們正在太

陽能和高溫熱能退變而產生嫡以前，計劃如何積極地去利用它是有科學依據的。

圖8-1表明了地球上這些入射的太陽能的分布及人工利用太陽能的情況。太陽能的

利用有兩種，?種是光能其質量遠遠高于熱的質量。但是，光能被吸收很容易轉化成

熱能。最先進的利用光能的技術是應用半導體光電效應的太陽能電池。1990年在波音高

速科技中心，用350倍采集太陽光束照射，一個錢神一錢睇半導體串聯在一起使用的太

陽能電池的最高效率為35.6%?

太陽能廣泛應用于路燈、燈塔的鐘表、計算器等，近來在歐洲、美洲、日本等地已

實現了在家庭發電站上裝備太陽能電池，這些地方的政府為此提供了經濟資助或實施了

優惠的稅收政策。2005年，世界太陽能電池產生的電能總量為1000兆瓦太陽能電池普

及的關鍵問題在于其價格。日本發電的成本是世界最高的，太陽能發電價格比火力發電

廠高10倍。太陽能電池可以說是新能源技術的先驅，因為它有一個光明的前景，并可

以與這些高科技相匹配。目前太陽能最急迫的發展目標是降低發電系統的成本，包括太

陽能電池本身的成本。

另一種應用太陽光能有前途且很重要的新技術是水解法。該方法被稱為“太陽一氫

能系統將離析氫作為清潔且強有力的能量載體與其他電力系統結合在一起。

技術術語〃光解作用”不僅僅包括通過光能獲得的水的分解，而且還指任何一種用于

獲得想要的產品的光化學反應。

自從光纖維發明以來，人們開始重新評價應用太陽光線進行照明和消毒的傳統方

式。光纖維提供了…種把太陽光束引向任何地方的途徑，使其方便地用于日常生活。

圖8-1所列的應用領域是廣為人知且相當傳統的，新技術的影響力正在逐漸上升，

并將最終應用到實際中去。新技術的例子包括：薄膜、熱管、熱泵以及新功能材料等。

自然界中的光合作用是多種多樣的，它是農業的基礎。我們應該知道化石燃料是綠

色植物合成代謝的結果。兒乎沒有科學家相信石油來源于無機物。應該強調的是綠色植

物有極強的吸收空氣中的二氧化碳的作用，因此在未來的全球環境問題方面將起到巨大

的作用。

圖8-1表明地球表面大氣層吸收的太陽能中的23.3%造成了天氣和海洋變化現象，

包括：降雨、風、風暴、海浪、海洋流和海洋熱現象。

因為太陽能是生態學家的最愛，所以許多人都傾向于把它描述成理想物。然而我們

不能不考慮這種能源形式的意義以及其政治和經濟重要性。在倡議全部實現太陽能裝備

后，如兒年前在法國所提出的家庭完全電氣化的政策，我們已經注意到太陽能可以和其

他形式的能很好地結合在一起以便用于普通的用途，如：取暖、照明、工業用熱和電。

就像反對核能發電的運動一樣，太陽能的發展已經不再是個空想，而是在與煤、核

能、油和氣比較之下，要求獲得最高效率經濟的結果。在發展中國家太陽能可以早日以

很低的成本靈活地解決最基本的需求，包括抽水、灌溉、飲用水、洗滌用水、少量的電

能、遠程通訊、教育廣播與電視。此外，聯合開發合適的解決方案是發展中國家與擁有

太陽能技術的工業國家之間越來越多的合作項目的焦點。

第十章第四代管理

第四代管理認識到前三代管理的基本問題，并包含有解決這些問題的方法。它避免

了第一代的能力的局限性、第二代的微觀管理和第三代的對系統和數字的歪曲。第四代

管理人員非常關心結果，但是知道較好的結果只有通過根本性的改進才能可靠地獲得。

他們成了顧客需要的倡導者，實際改進的驅動者。他們將其他職員看成是伙伴，與他們

一起工作，為獲得好上加好的結果幫助開發出比之更好的方法。

圖1

在過去兒年中，布賴恩?L?喬伊納和他的妻子為描述第四代管理的實質研究出一

種方法。圖1-1現在被稱為喬伊納三角形。

質量一認識到質量是由顧客定義的，解除了如何使顧客愉悅的困惑一不是滿足于僅

僅消除使他們煩惱的東西，而是要深入地了解他們目前和將來的需要，以他們甚至認為

不可能有的產品和服務使他們感到驚喜。這種認識不再是組織中某些特定群體的事，而

是所有職員共同具有并由所有職工來進一步發展的。

科學方法一學會將組織作為一個系統來管理，建立過程思考，依據數據決策，并要

了解變化。

所有的人是一個團隊一相信人，給組織中的每一個人以尊嚴、信賴和尊重，使所有

相關人員、顧客、職員、股東、供貨商、我們所在的社區都向雙贏的方向發展，而不是

一方贏另一方損失。

這個模型是簡單的，這正是它的優點之一。任何人都能很快地在筆記本或活動掛板

上將它勾畫出來，作為對第四代管理核心要素的便捷提示。沒有像這樣簡單的模型，就

很容易忘記這些關鍵要素。當遇到一個困難的問題時，管理人員就可以按照這個三角形

找到出路，找出可能被他們遺忘的某個關鍵點：”我們有沒有考慮顧客的觀點？我們是

否知道這個過程是什么？我們有數據嗎？我們的行動是否相信人?”

利用這個三角形是強調這樣的觀念，即這些要素是彼此相關的：將它們分開，不如

將它們結合起來用有力。不認識這些因素的相關性正是為什么有如此多的其他管理工作

最終會失敗于工作場所。例如，當你密切關注那些在20世紀80年代真正推行〃團隊”和

〃團隊工作〃的公司時，你就會發現很多努力最多只能產生一般水平的結果，因為這些努

力沒有針對顧客確定的問題，而且職工缺乏有效地利用數據的知識和培訓。因此他們的

努力在顧客的眼里很少有可以覺察到的效果。“顧客第一”這一述語的出現也很少能導致

明顯的改進，因為這些努力不是由數據或對過程的認識所驅動的；決策是根據某些意見

或假想的知識做出的；而且那些被確認的改進從來沒有作為可以可靠地實現所需要的結

果的方法來被獲取或保存。

由于看到這些一次又一次的失敗，推動了這個三角形的建立。取得最大進步的公司十分

重視將質量看成是由顧客定義的，利用和理解數據、過程和變化，建立起合作而不是競

爭。他們擴展市場，取悅更多的顧客，使他們的系統更加合理，大大地減少浪費，并在

降低費用的同時提高收益。

這里有一個例子可以說明關于這個三角形的幾個要點。赫布和里卡多是一家為顧客

創造和生產特種化工產品的公司的高級管理人員。一天，赫布問里卡多，什么是他認為

的本公司產品的關鍵銷售特征。里卡多當即回答說：“我們的產品在競爭中略勝一籌，

在縮短交貨期方面我們現在做的工作比以往通常做的要好。當有顧客來電話時，我們有

一大批人真正懂得他們的業務能做出很好的回答，而且幾乎總能在同一個星期內發貨。

〃

“你是說，我們有高質量的產品、友好周全的服務和可靠的交貨期，對不對？”

“是啊，我認為不會有人在這些方面會有不同看法的。”

“不要太肯定，”赫布說。

”我剛才得到兒個月前我們委托人做的市場調查的結果。很明顯，我們的顧客對我

們在‘服務的友好程度'和'可靠性'方面低于兩個主要的競爭對手。對于這一事實你有什

么話可說？”

“我不相信這一點，”里卡多回答說。

“本周我曾和兒位顧客交談過，他們都說我們的技術服務人員有多么了不起。而

且我知道我們實驗室對可靠性的測試表明我們領先于所有競爭對手的產品。因此，我不

相信。”

如果你是這些管理人員，你會怎么做？你會不會再做一次調查，以便搞清楚這次

調查的結果是否有錯？你會不會與你的技術人員交談并告訴他們，他們要更好地提高水

平，今后要以更友好的態度對待顧客？你會不會著手去提高可靠性？

赫布和里卡多意識到也許他們并沒有真正了解他們的顧客是如何定義質量的。因此，他

們讓他們的技術輔助人員和產品開發人員與銷售人員一道去與顧客進行面對面的交談，

收集反映顧客態度的資料。很快他們了解到他們的顧客對質量的定義與他們自己的定義

不一樣。

很多顧客對一些基本的工業述語，如''可靠性〃，甚至具有根本不同的看法。公司對

它的定義是產品在標準的操作條件下無故障地使用的時間長度。很多顧客對它的解釋是

產品能在任何環境條件下工作。還有一些人對可靠性的看法是，電話詢問能立即得到技

術輔助人員的回答。只有很少一部分顧客對可靠性的解釋與公司相同。簡言之，按照公

司的定義無論花多少時間和費用來提高"可靠性”在很大程度上都是浪費，因為只有很少

顧客會注意到這種提高。

通過使自己認識到其顧客的感受，這家公司能夠對〃可靠性〃做出顧客看得到并且贊

賞的改進。對顧客需求的這種新的認識還使得銷售人員和技術人員能指出以前被顧客忽

視的他們的產品的優勢。就是因為能夠用顧客的想法講話，他們立即得到如下的好處：

顧客開始反映對來自銷售人員和技術輔助人員的服務有比以前大得多的滿意度。

這些結果在不增加他們的費用的情況下，大大地提高了銷售量和顧客滿意的程度。那就

是致力于以正確的方法做正確的事情。

這家公司采用的這一方法反映了第四代管理的基本要素：

質量一這家公司沒有忽視那次調查的結果，也沒有重復調查以希望得出不同的結

果。而是直接詢問顧客：“你能稍微詳細地告訴我你認為什么是'可靠性'嗎？你能給我

一個關于你遇到的可靠性問題的例子嗎？你能告訴我你是如何使用我們的產品的嗎？”

對這些問題的回答使得他們能關注顧客所看到的問題。

科學方