对抗地震的智能建筑

凯文·鲍瑟

　与许多自然界的毁灭性力量不同，地震几乎总是在没有预兆的情况下来袭。这些极具破坏性的力量可以在几秒钟内摧毁整座城市，留下一片瓦砾和灾难。虽然大部分地震都只是微小的震动，但是只要发生一次大地震就足以导致巨大的财产损失和成千上万人死亡。

在位于北卡罗来纳州卡雷的洛德公司实验室中，研究人员认为，他们已经和圣母大学的同行共同开发出了一种新产品——磁流变流体（MR流体），能够有效减少地震造成的损害。洛德公司则是它的最大生产商之一。作为液体的MR流体，当受到磁力作用时会变成近似固体，磁力消失后再恢复为液体。如果将该物质用于大型减震器内部，在发生地震期间可使建筑物保持稳定。

看上去，MR流体貌不惊人，灰色，粘稠油状，并不像任何具有革新意义的物质。但它的密度相当于水的近四倍。在发生作用时，这不起眼的物质的表现确实相当令人称奇。一位名叫大卫·卡尔森的物理学家通过一个简单演示来证明了这点——使它能够在几毫秒内从液体转变为固体。他将该液体倒入烧杯中，接着用一支铅笔对其进行搅拌，表明它是液体。然后将一块磁铁放到烧杯底部，几毫秒内，该液体变成了近固体状。他将烧杯口朝下握住，没有任何MR流体滴出。

那么，是什么赋予了MR流体本身这种独特的性能，转瞬间实现液体和固体之间的互变呢？答案聚焦到了羰基铁粒子上。在将液体磁化后，由于直流电磁场的作用，这些微粒被限定于统一的极性，呈线状排列，使得液体变硬成为固体。不难理解，物质的坚硬程度取决于磁场的强度。取走磁铁，这些粒子立刻就会分离开来。

将目光聚焦在MR流体减震器的内部，我们可以看到，电磁线圈缠绕在柱塞的三个部分周围，而填满该减震器主腔大约要用5公升的MR流体。在发生地震期间，连接在建筑物上的传感器会向计算机发送信号，为减震器充电，线圈随之产生磁性，将MR流体从液体转变为近固体。随后，当地震波通过建筑物时，电磁铁将很可能产生脉冲磁场。这种震动将导致MR流体每秒进行数千次的从液体到固体的转换，并且可能导致液体温度升高。所以，在减震器外壳顶端，还会固定有热膨胀缓冲器，以缓冲由于温度突升而导致的液体膨胀，防止压力上升带来的危险。

事实上，减震器离我们的生活并不遥远，日常生活中的汽车、洗衣机、健身器材、高级假肢等其中很可能就使用了这种设备。只是建筑物中的减震系统要大得多，而且是专门用来吸收地震带来的强烈震动。根据建筑物的规模，可能会有几百个减震器组成的阵列。每个减震器将放置在地面上，并固定在已焊接到钢制横梁的V字形支架上。当建筑物开始震动时，减震器也相应地来回移动，补偿由于地震而产生的振动。当MR流体被磁化后，它就会增加减震器能够施加的作用力。

由于摩天大楼和长跨度桥梁易于受到狂风和地震活动所产生共振的影响，如果没有安装大型减震器来干扰共振波，建筑物和桥梁可能会由于振动而发生倒塌，这样的场景对很多人并不陌生。安装有MR液体的减震器的智能建筑便可自动应对地震活动——地震期间，当震动作用激活减震器内部的磁力时，MR流体瞬时从液体变为固体，像不倒翁一般“随震摇摆”。

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