木牛流馬的再思考 – Robosapien 大破諸葛亮

剛剛再看完三國演義連續劇，又看到諸葛亮在六出祁山的時候所發明的 “木牛流馬”，這個神奇的東西當然是一早就失傳了，一直以來(各個朝代到現在)都有很多人試圖重組木牛流馬，有人認為是木頭車，有人認為是前後擺動的機器，還有很多人根據史書所述做了很多木頭牛出來，千奇百怪，雖然是好嘗試，但完全不當諸葛亮是 160 智商以上的人~~在網上找找，可以找到這些 "設計"： http://images.google.com/images?hl=zh-TW&rls=en-us&um=1&sa=1&q=木牛流馬&btnG=搜尋+Google+圖片&aq=f&oq=&start=0 所有東西都不可違背物理原則，奇怪的推測在於人們都太著重牛馬的外觀設計，根據《三國志註》引《諸葛亮集》中有關木牛流馬的記載（我當然知道三國演義不是正史啦~~），描述如下： 「木牛者，方腹曲頭，一腳四足，頭入領中，舌著於腹。載多而行少，宜可大用，不可小使；特行者數十里，群行者二十里也。曲者為牛頭，雙者為牛腳，橫者為牛領，轉者為牛足，覆者為牛背，方者為牛腹，垂者為牛舌，曲者為牛肋，刻者為牛齒，立者為牛角，細者為牛鞅，攝者為牛鞦軸。牛仰雙轅，人行六尺，牛行四步。載一歲糧，日行二十里，而人不大勞 ．．．」 我們不應該看重外觀設計，上面我所 highlight 的部份是木牛流馬的 functional spec，細分如下： ﹣「特行者數十里，群行者二十里也。」按漢制，1里為300步，1步為6尺，1尺大約23.4厘米，比現在的單位“尺”要小，這樣算來，1里大約是420米，20里就是現在的8.4公里，50里就是25.2公里。假設我造一隻木牛流馬出來，一日之內起碼要行走 25.2 公里，否則就過唔到 quality control，要報廢。 ﹣「載一歲糧」一歲糧就是現在的400市斤，那就是200公斤，440磅左右，很明顯木牛流馬是一個古代的超級重型運輸機械。 ﹣「而人不大勞」那說明了這東西是用人力推動的，諸葛亮雖然發明了熱氣球（孔明燈相傳由諸葛亮發明），但明顯木牛流馬體內沒有蒸汽機。 孔明北伐要由蜀出 “中原” 所依靠的就是棧道，我曾經到四川旅遊，在長江中游而上，山勢危險，棧道就是一條條木架，路窄、彎多、坡陡、多級，不適合車輛的行走。所以木牛流馬應該是一個可以載重440磅，用人力推動，時速 2.52 公里（假設一日行走十小時，人一般的步速在 4 公里以內，那就是比人行走慢 1/3，也合符人力推動的條件）的非車輛運輸工具。 究竟木牛流馬要多少人來驅動呢？照推論應該不會超過 4 人，因為如果超過四人的話，每個人的運輸力只有幾十磅，用單人背著就已經可以運送了，不用發明些東西出來。 我想，究竟有甚麼原理可以令四個或兩個人推動 440 磅以上（木牛流馬載重440磅，還未計它本身的重量）的東西，上上落落「而人不大勞」呢？我家裡有很多（玩具）機械人，突然想起，有一個機械人，玩了半年電池還未用盡（很多機械人的電池不用一天就玩完了 ...），那 是 Mark Tilden 發明的 Robosapien。 Robosapien (第一代) 在幾年前推出時，喜歡玩機械人的都眼前一亮，易控制，會跳舞，在全球賣了幾百萬個 ... 當中最重要的是它採用了 BEAM 來設計，其中獨特的行走方式，十分節省能量，看看影片： http://www.basicxandrobotics.com/videos/Robosapien/Robosapien%20broadband.wmv (一時間找不到合適的影片，只需看前半段就可以了。) Robosapien 的電池（大電四顆），和大部份兩腳走路的機械人不同，是放在兩雙腳扳內的，所以它是大腳八來的。上面影片所見，Robosapien 的前進模式有點像企鵝，Robosapien的身體像一個大 "X" 字，左一擺右一擺的八字型向前行，從上方看是一個 zipzap 的運動路徑。當左腳提起時，重心在右足，由於重心很低的關係，右足及身體重量把左足 “拋” 向前，當左足踏地，這個 momentum 也將右腳提起，這樣不用太多電就可以把機械人左一擺右一擺的向前行，有點像打鞦韆。 如果木牛流馬是一個像Robosapien很符合 “動物體工學” 的運輸工具，那謎題就解開了：木牛流馬的重心會很低，“腳”應該不會太長的，而且會是大腳八，足部及腳板中空，放滿所需運載的米糧，這樣亦可減低 "牛" 不慎跌倒的機會（在棧道上跌倒是一件生死尤關的事）。行進時只需左一個人，右一個人，把牛上的"鞦韆"一左一右的推，就可以 "盪" 向前了，起初十多步是費氣力的，但當 momentum 建立之後，只需兩人推的時候節奏一致，行進時是很省氣力的。Z 字的前進在上坡時很省力。 當然上面只是推論，用任何力學公式計來計去最後還是要做一個 prototype 出來實驗一下的，有興趣向這個方向研究一下的，可要把 "成品" 的相片傳來給我看看啊！如果你需要意見，也可和我聯絡，這是很有趣的研究課題。 Jack SO 5-11-2009