印度薄饼与自动对焦镜头

本文已发表于5月号《新知客》专栏。转载请务必署“来自《新知客》杂志”字样。谢谢!

在一些印度风味餐厅通常可以看到做薄饼的绝活:先把面团压成圆盘状,然后双手轮换地将它打起转来,还不断地往上抛。随着面饼在空中不断的旋转,它就变得越来越大,越来越扁。直到面饼已经变成一张又薄又软的面膜了,厨师还能继续往上抛,并保持它的快速旋转。

三月份的《欧洲物理快报》发表了一篇研究印度薄饼的论文(Europhysics Letters, 85, 60002)。研究者仔细观察了抛饼师傅的表演,然后进行了数学分析。结果发现,厨师们制饼的动作,是最省力而又最有效的。考虑面饼在空中的运动轨迹、落下时的冲力、以及手与面饼之间的接触时间和磨擦力等因素,可以列出抛饼的方程,解出最优的一组参数。随着该论文一起在网上发表的,还有两段抛饼过程的视频。不知道这一研究小组里的人是不是都成了业余的印度薄饼师傅了呢?

有的人也许会说,怎么科学家拿了国家这么多经费,就去研究这么“次要”的东西?事实上,自然界的规律都是普遍的。抛印度薄饼的效率问题,跟驻波超声电机的效率问题是一回事。

超声电机(Ultrasonic Motor, USM)最早由佳能公司发明,并应用在了自动对焦镜头之中。它具有惯性小、响应快,控制性好,不受磁场影响,运动准确等优点。现在它除了成为自动对焦镜头的标配以外,还应用在机器人、微型机械、航空航天等领域。而在驻波超声电机内部发生的主要事情就是“抛饼”——定子通过谐震的超声波,把转子当作“印度薄饼”来抛着转,以产生动力。因此,超声电机的设计,就是要让定子成为一个精明而熟练的“印度薄饼师傅”,以达到节能、高效的目的。

下次再看到印度薄饼师傅表演的时候,你除了赞叹他的高超技艺之外,还可以拿起自己手机自动对焦摄像头把它拍下来——这时你也抛了几下饼。