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木牛流馬的再思考 – Robosapien 大破諸葛亮

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zheguanrobosapien 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
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