铁砂做成的“音乐喷泉”、mini版的蒸汽动力机车、沿着斜坡往上滚的水滴、树脂做的三栖无人机……这些酷炫展品后面藏着什么科学原理?让记者带你去第六届中国(芜湖)科普产品博览交易会上见识一下。

11月7日—9日，第六届中国(芜湖)科普产品博览交易会在芜湖国际会展中心举办。这一创始于2004年的双年展会，迄今已成功举办五届。出现在这一展会上的展品，可以折射出中国，还有世界上部分国家在科普产品研发方面的某些趋势。下面，就让我们来看一看在展会上有哪些让你目瞪口呆的展品。

1.跷跷板原理打造“平衡棋”

玩过跷跷板的人都知道，如果两名游戏者体重相当，但一个人坐在跷跷板一侧末端，另一个人坐在另一侧的中间位置，那么势必后者会被悬在空中，这是由杠杆原理所决定的。这种名为“平衡棋”的棋类游戏，也运用了同样的原理。

在平衡棋的棋盘上，每一枚棋子都是一个1或者2单位重的砝码，而且分为1枚可以移动的主棋和若干不可移动的副棋，此外，还有1枚共用的7单位重的“平衡棋”，用以指示双方的攻守态势。游戏的时候，两人轮流掷色子，让主棋走过一定的步数，并跳过己方副棋，吃掉敌方的副棋。玩家需要将吃下的敌方棋子尽可能放到己方棋盘末端，以增加自己这一方的质量。如果一方的主棋落到另一方的主棋上，或者一方拥有的棋子质量达到对方无法“翻盘”，亦即超出平衡棋配重维持平衡的范围，即取得胜利。

2.真·蒸汽机车登场!

这个蒸汽机车模型，用的可是真正的蒸汽动力!

不要以为蒸汽机都是“傻大黑粗”的过时家伙。得益于现代的机械加工技术，微型蒸汽机已经能摆在书桌上成为教具，乃至装在大型的车模或船模里。这个以英国一种蒸汽机车为原型的模型，即是蒸汽动力模型的代表。

这种模型使用丁烷(也就是打火机的燃料)烧热锅炉，产生蒸汽驱动模型，润滑油则为蒸汽机专门调配，并以注射器从车头加注。每一次加满水和燃料之后，模型可以连续行驶大约50分钟。当然，对蒸汽动力的精确模拟，也意味着它价格不菲，甚至可能会卖到上万元。

3.水滴为什么向上滚?

这个美型欠奉的科普展品工程样机，却展现出了令人难以置信的现象：在下面酷似搓衣板的铁板上，水滴竟然在往上走!而且，这绝非“怪坡”一类的视错觉，水滴确确实实是在往上走。

原来，铁板本身是热的，刚好达到水蒸发的温度。此时，水滴周围就形成了蒸汽层，让锯齿状铁板与水滴之间的缝隙充满了蒸汽。蒸汽传热的效率又不如水本身，从而形成了一个“保护层”，阻挡水直接接触铁板。于是，上升的热空气就转化为推力，驱动着水滴爬上铁板这个“缓坡”。

4.树脂制作三栖无人机

四旋翼无人机以其稳定性而成为不少航拍活动和青少年科技教育的首选，但如果在多水的地区使用这种无人机，而它又刚好出故障了怎么办?使用树脂材料制作机体，或许是一种解决方案。由于加工的时候可以“一次成型”，树脂材料可以制作出优美的流线型机体。而且，机体的空腔可以提供较大的浮力，让这种无人机有可能迫降在水面上，让人们可以乘船或游泳前去回收。

5.铁砂做成的“音乐喷泉”

随着“斗牛士之歌”等音乐的激昂旋律，一个个黑色的“音乐喷泉”在玻璃罩里起舞，上演着独特的“铁粒艺术”。但如果仔细观察，我们就会发现，这些“喷泉”的组成部分，其实是极为细密的铁砂。它们的“舞蹈动作”，实际上是由电磁铁与永磁铁共同控制的。

相比于永磁铁，电磁铁的一大特性就是它们的磁极可以通过其供电电路来更改，从而让它与紧邻的永磁铁之间，时而“异性相吸”，时而“同性相斥”。这就为铁砂“跳舞”乃至形成“铁粒艺术”提供了可能。这个简单的物理原理，还能做成什么展品呢?让我们拭目以待。

6.魔方机器人见证技术进步

提到“会拼魔方的机器人”，它们的“未来范儿”你一定不会觉得陌生。

我们今天的主角是这个用校园青少年科技活动使用的机器人材料制作的魔方机器人。在解魔方方面，它也同样可靠。虽然它的拼魔方效率要慢一些，却能有条不紊地扫描魔方的每一面，再坚定地将魔方一点点还原。

正如桌面打印机让普通人也能“出版”，正在走入家庭的3D打印机让人能在家里制造物品一样，随着技术的进步，某些曾经复杂的机器人，也不再是高技术企业的专利，而能够让普通人用简单的材料制作出来。

7.圆周率里有我的生日

抽象的数学如何让人们感到亲近?这件展品就提供了一种思路。由于圆周率是无限不循环小数(无理数)，而且数学界猜想10个数字出现的次数应该是平均的，因此从理论上讲，圆周率中的数字排布，有可能出现一年中的所有日期。(月和日都以两位数字的形式表示，比如1月1日就对应着0101。)

当观众在屏幕上输入自己出生日期的时候，这部电脑就会自动找出圆周率中第一个出现这种数字组合的位置，并显示在屏幕上。随着满屏幕的数字一圈圈的转动，枯燥无味的数学也呈现出了独到的美感。

8.Nao背后的技术短板

大约在2009年，这种名为“Nao”的白色机器人，开始成为诸多科普活动中的“常客”，以能够模仿人的动作表演而引人注目。5年过去，Nao的外表几乎没有什么变化，内部的集成电路芯片却在不断地更新，从而使机体能够完成更多复杂的工作。

将一种看似数年不变，实际上却在不断“进化”的机器人放在这里，并不是要介绍它最新的升级;相反，我们要提出一个问题：为什么中国无法大量生产这样的机器人，而必须依赖进口，以至于每台Nao的售价竟然高达10万元?

一位研究者告诉记者，Nao这种高端科普产品需要依赖进口的原因，在于中国目前生产的微型电动机，还无法满足像Nao这样的机器人完成动作的精度需求。当我们在全国科普日、全国科技周一类的品牌科普活动上观看Nao的表演的时候，中国在精密制造业领域的短板，也同样是无法忽视的。

9.这个机器人会说相声

“体育比赛结束之后，双方参赛队员都得交换队服，足球、篮球都是;可是有些项目就不能这样，比如跳水，再比如体操。可是这还不算最尴尬的，有个项目绝对不能交换队服，相扑，你想啊……”当这段充满调侃的相声，从一台躯体上裸露着诸多电线、电机和金属关节的机器人口中说出来的时候，现场观众们不禁爆发出一阵哄笑。机器人的嘴和手臂暂时停止了动作，脸上也泛起了由发光二极管形成的“红晕”。

这台售价高达100万元的机器人，以能够精确模拟人的动作，特别是可以大致模拟人说话时的口型和胸廓起伏，而成为这一届展会上的亮点。不过，出现在展场里的这台机器人尽管性能先进，却还只是一个半成品。它的躯体上还预留了以双足行进的部件，以及与人互动的摄像头，可以在功能完善后，承担起科技馆讲解员的角色。不过，如此昂贵的价格，哪家科技馆能用得起，也还是个问题。

10.10分钟尽知太阳能

化石燃料越来越少，所以太阳能发电厂会是满足人类未来能源需求的关键所在;可是，为什么我们时至今日，仍然不能大规模兴建太阳能发电厂呢?这件教具或许可以说明一些原因。

4块太阳能电池板，加上一个模拟太阳的白炽灯，组成了这座能放在课桌上的“太阳能发电厂”。4块电池板里，有一块被铁板完全挡住，另外两块也被挡住了一部分，而白炽灯的照射角度同样可以调节，以模拟一年中不同时间的太阳位置和高度角。使用教具的学生只需先调整好“太阳”的位置，就可以通过调节太阳能电池板的角度，得到最大的发电量，从而了解现实生活中太阳能发电厂选址的艰辛。

11.移动天象厅要升级了!

提到移动天象厅，很多人的脑海中或许都会浮现出科普大篷车上搭载的充气“大包”。这种充气式的移动天象厅，是目前国内流动天文馆采用的主流技术之一，但它实际上缺点不少：如果充气不足，它显示的星空和图像就可能失真;在大风天气里，人们出于安全考虑而不能对它进行充气;此外，如果“人气”过于旺盛，这种天象厅内部的空气就会变得相当污浊。

有鉴于此，不少科普界人士给出了移动天象厅的改良方案，我们今天的主角即是其中之一。这种猛一看像捕鸟工具一样的天象厅，有着精密的双层结构：在金属的骨架外部，是一层密封性极好的蒙皮;骨架内侧则是精心缝制的半球形屏幕，其缝合精度可以和重大足球比赛用球相媲美，因而能保持均匀的弧度。将骨架和内外层组装就位后，在内外两层间抽上真空，内层就会紧紧地贴在骨架上，而且形成仿佛硬质材料制成的穹顶，为打造不输给固定天象厅的成像效果提供了可能。