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1995年《发现》杂志奖:计算机硬件和电子产品

了解光盘存储介质如何发展,以便更高效地存储海量计算机数据。

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在计算机革命中,光盘将成为首选的全能存储介质。但要实现这一宏伟目标,它必须能够存储比现在多得多的信息。

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如今,数字信息的零和一被刻在塑料光盘表面,形成一串微小的标记和空白。当光盘在激光束下旋转时,如果激光束遇到空白,它会从半透明塑料后面的闪亮铝背衬反射回来,触发光电探测器。另一方面,当激光束遇到标记时,它会散射。加州圣何塞 IBM 研究部门的一名工作人员 Hal Rosen,一天早上醒来时,想到了一个简单却强大的、基于这项技术的新想法。Rosen 想到了分层标记和空白。首先他移除了铝背衬。塑料仍然反射少量光线。然后,通过一个透镜将激光束导向特定层,并读取反射光,光电探测器就可以一次选择一个层次,而忽略其他层次。

事实证明,这项技术适用于任何类型光盘,尽管 IBM 将首先将其应用于存储计算机数据的光盘。Rosen 和同事们迄今为止已经制作了具有 6 个存储层级的光盘,但他说:“我们不知道为什么不能做到 20 个层级。”通过增加更高频率的激光和新的数据压缩方法,Rosen 相信他最终可以将 1000 亿字节的信息存储在一张小光盘上——这足够存储几部全长电影、一整天的音乐,或大量的计算机数据。或者,Rosen 说,有了这样一张光盘,你就可以在桌面上拥有一个小型的公共图书馆。

决赛选手

机床之舞

Giddings & Lewis 的 Variax

创新者:Paul Sheldon

尽管计算机让设计师能够创造出几乎任何形状的产品,但自 19 世纪以来,将这些形状从金属块上雕刻出来的机床几乎没有改变,那时手动曲柄定位切割头(或主轴),蒸汽机提供机械动力。那时和现在一样,主轴和金属块在相互垂直的刚性轨道上移动。

1988 年,Paul Sheldon 想出了更好的方法。为什么不将金属块固定住,让主轴自由移动,像某种杀戮的机器人理发师一样,从任何可想象的角度进行切削?Sheldon,位于威斯康星州 Fond du Lac 的 Giddings & Lewis 公司负责研发和创新的副总裁,将两个水平平台通过三对交叉的、活塞状的腿连接起来。在金属块被固定在底部平台上时,带有主轴的顶部平台会像晕船的林波舞者一样晃动。当然,外表具有欺骗性:交叉腿的结构本身就非常坚固稳定,以至于该机器比传统机器刚性强五倍,尽管重量只有它的一半。

这种新工具需要极其复杂的计算机软件来指导平台的运动。Sheldon 和同事 Ed Kirkham 只有 1000 美元的预算来制造原型机,他们用 Radio Shack 的零件拼凑而成。第一款商业版本 Variax,应该在秋季面市。

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看我,摸我

麻省理工学院的 Phantom Haptic Interface

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创新者:Thomas Massie 和 J. Kenneth Salisbury

计算机可以让你看到和听到虚构的世界,但到目前为止,它们却忽略了触觉。科学家们通过制造能够对手或手指提供机械阻力的设备来满足这一需求,但其中大多数都是一次性的实验装置,成本高达 20 万美元以上。

麻省理工学院的一项学士学位论文项目改变了这一切。学生 Thomas Massie,在首席研究科学家 J. Kenneth Salisbury 的帮助下,想出了一个成本较低的设备,名为 Phantom Haptic Interface。它看起来像一个台灯,底部有三个电机,另一端有一个顶针,并连接到个人电脑。你将手指插入顶针,然后在电脑内存中存在的物体周围移动,感受它们——例如,沿着虚拟桌面滑动,感受边缘压力的突然释放。电子设备跟踪手指的运动,而小型电机则向手指提供所需的力。

Massie 和 Salisbury 设备的关键在于一个简化的假设:他们意识到,一个蒙眼的人之所以能区分垒球和冰球,其大部分感觉是通过指尖传来的,即使戴着手套也能感觉到。这使他们能够摆脱传递整个手部纹理的复杂任务,转而专注于指尖,从而保持设备的简单性。

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迄今为止,Massie(现任马萨诸塞州剑桥 SensAble Devices 公司总裁)已将 20 台 Phantom 以每台 20,000 美元的价格出售给桑迪亚国家实验室、通用电气、Interval Research Corp. 等高科技公司和研究实验室。 Salisbury 预测,未来 Phantom 或其后续产品可能通过让外科医生感受手术过程来训练他们,让汽车设计师用手雕刻车身面板,并让盲人更生动地感知计算机。它将使人类能够以全新的方式与计算机进行交互。

数据水晶

斯坦福大学

全息数据存储系统

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创新者:Lambertus Hesselink

将计算机数据存储在三维图像中的梦想已经持续了 30 年。这很容易理解。全息图像是通过两个激光束的干涉图案产生的,它们不仅有潜力比任何已知的计算机存储形式容纳更多数据,而且还可以比已知形式快 10,000 倍地检索这些数据。尽管工程师们多年来一直掌握制造这种设备的常识性知识,但他们一直未能制造出足够可靠以实现商业化的设备。

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去年,斯坦福大学的电气工程师 Lambertus Hesselink 推出了一种新的全息存储方法,这可能标志着漫长等待的结束。它的工作原理如下:计算机数据的“一”和“零”首先被表示为液晶显示器(类似于笔记本电脑使用的显示器)上黑白方块的棋盘格图案。一束蓝绿色激光束直接穿过这个显示器,一个透镜将棋盘格图像聚焦在对光敏感的铌酸锂晶体上。当另一束参考激光束照射到同一位置时,数据就会被记录在晶体中。当参考光束稍微倾斜——实际上只需倾斜 2.9 千分之一度——就可以在同一位置记录第二页数据。总而言之,大约一千页数据可以写入一个 1 毫米见方、1 厘米长的晶体体积中。

1994 年 3 月,Hesselink 用一个包含约 163,000 位信息、能在几毫秒内检索 1,650 位数据页的简易设备演示了这些技术。Hesselink 和他的学生去年夏天首次在实验室里成功记录和检索了一张图片。“我们太高兴了,”他说,“我们都高兴得跳了起来,开始大笑。”

赛博空间的代理人

索尼的 Magic Link / General Magic 的 Telescript

创新者:Kazuo Imai 和 Marc Porat

我们未来的沟通方式会是怎样的?我们会打电话吗?发送传真、电子邮件、图像、语音记录,还是手写笔记?

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以上所有方式,如果 Marc Porat 如愿以偿,都可以在同一个小设备上完成。General Magic(位于加州 Sunnyvale)的联合创始人、董事长兼首席执行官,他有一个关于个人通信未来的宏大愿景:一个带有扑克牌大小屏幕和个人电脑图标的小型电子设备。General Magic 开发了一种名为 Telescript 的新计算机语言,使得与此类设备的通信成为可能。Telescript 的强大之处在于它的代理人,这些是小型计算机程序,它们可以离开通信设备,在庞大的网络中迁移,并按照用户的意愿行事。Telescript 使你只需输入收件人姓名即可发送消息,而代理人则负责查找电子地址的繁重工作。

第一款集成 General Magic 技术(以及 AT&T 网络支持)的个人通讯器是 Magic Link,这是索尼于 9 月发布的一款产品。索尼公司的一位部门总裁 Kazuo Imai 表示,这款 Magic Link 重略超一磅,几乎可以完成任何个人通信功能。

与他之前的个人电脑先驱一样,Porat 相信他的创新将比仅仅为社会精英提供玩具做出更大的贡献。他说,世界上有三十五亿人没有电话,其中许多人将在下个世纪初首次拥有电话。我相信他们届时使用的设备将非常像我们现在正在开发的个人通讯器。

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