眼球式除障外后視鏡

李瑾雯 陳錕

每天上學，爸爸都會開車送我們。遇到天氣不好時，爸爸常會用毛巾去擦拭左右外后視鏡鏡面，或者搖下車窗把手伸出窗外擦拭外后視鏡鏡面，常常導致衣服被雨水淋濕。我們問爸爸：“您為什么要擦拭外后視鏡鏡面啊？”

爸爸告訴我們：“汽車的外后視鏡就像是駕駛員的‘后眼睛，可看見車后左右兩側路面的情況，為安全行車提供必要的路面信息。如果外后視鏡凝霧、被雨滴遮掩，就像人的眼睛患了白內障一樣，駕駛員會看不清車后兩側的路面情況，容易發生交通事故。”

爸爸的話激發了我們的創新火花：能不能設計出一種“不會患‘白內障的外后視鏡”，為駕駛員安全行車提供清晰的車后路面信息呢？有了想法，我們立即行動。

一、對現有技術的分析與基本創新思路

（一）對現有技術的分析

通過市場走訪、上網查詢等調研方式，我們發現針對外后視鏡的防雨霧問題，市場上已出現以下三類產品，現分析比較如下：

1. 電加熱除霧的外后視鏡。電加熱除霧外后視鏡是在外后視鏡中安裝了電加熱裝置，使鏡面溫度高于氣溫，用來防止凝霧或使已凝聚的霧水蒸發。但它對雨水的作用不大，特別是持續大雨時無明顯效果。

2. 外后視鏡專用雨擋。這是一種加裝在外后視鏡上方的擋雨裝置，類似于帽檐，在一定范圍內可以擋住一部分雨滴，但不能防止凝霧和驅霧。

3. 外后視鏡防雨劑。像擦皮鞋油一樣在外后視鏡鏡面上涂一層防雨劑，令玻璃鏡面與空氣隔離，從而達到防雨霧的效果。然而，我們咨詢的司機叔叔卻說：用這種防雨劑跟他們涂洗滌劑、肥皂水、洗發劑等的效果差不多，一遇到雨水沖淋就會失效，故買了一次就不會再去買第二次了。

（二）基本創新思路

1. 在不改變現有外后視鏡成像原理、基本功能的前提下，進行創新設計。

2. 在不停車、不開窗、不伸手的條件下，實現在車內完成對外后視鏡鏡面的除障工作。

3. 運用仿生學原理，設計一種模仿眼簾或眼球的運動機制，來保持外后視鏡的鏡面清潔，要求可適時清除附著在外后視鏡鏡面上的雨霧、灰塵等。

二、方案設計與選擇

（一）方案構思

我們經過反復琢磨，在老師的指導下，依據仿生學原理，想到了兩種方案：第一種是動眼簾方案，第二種是動眼球方案。

1. 動眼簾方案。我們平時眨眼睛，眼球不動，讓眼簾主動擦拭眼球，維持眼球的清潔。

如圖1-a、圖1-b所示，在原外后視鏡上，設計一種轉動式（方案1）或平移式（方案2）的專用擦拭器，模仿眼簾的運動來清除外后視鏡鏡面上影響視覺的障礙物，恢復其正常功能。

2. 動眼球方案。我們轉動眼球，令眼簾不動，眼球轉動接受眼簾擦拭，維持眼球的清潔。

如圖1-c所示，把后視鏡鏡面設計成類似眼球的橢球形，擦拭器固定在鏡殼上不動（方案3），模仿眼球的運動來清除外后視鏡鏡面上影響視覺的障礙物，使其恢復清潔。

（二）方案比較與實驗

1. 方案比較

我們通過反反復復分析和紙質模型實驗發現：

方案1 鏡面不動，擦拭器轉動。從圖1-a可見，由于清除面為扇形，矩形鏡面上的陰影區成為擦拭不到的死角，駕駛員觀察不到陰影區的信息。而且據查新，后視鏡加裝轉動式雨刮已有。所以我們決定放棄此方案。

方案2 鏡面不動，擦拭器平動。從圖1-b可見，鏡面上雖然沒有擦拭不到的死角了，且查新為0，但其動力傳動機構很復雜，發生故障的概率可能會較多，我們只好忍痛割愛淘汰了該方案。

方案3 橢球形鏡面轉動，擦拭器不動。從圖1-c可見，把后視鏡的凸透鏡設計成類似眼球的橢球形，固定式擦拭器可設計成與球狀體弧線相吻合的弧形，當橢球形鏡面轉動時，鏡面固定式弧形擦拭器可與之密切配合，這樣一來，鏡面上沒有擦拭不到的死角，動力傳動機構也相對簡單，且科技查新結果為0，這個方案就成了我們的優選方案。

2. 擦拭材料選擇實驗

本實驗主要涉及擦拭器的材料選擇，其材料的基本要求：吸水能力強、柔韌性好。

材料實驗：先用備選的毛巾、海綿、PVA合成麂皮巾吸水，再用天平、量筒測量它們的吸水量，并比較判斷它們的柔韌性。

實驗結果表明，PVA水溶性高分子聚合材料的性能介于塑料和橡膠之間，吸水能力強、柔韌性好，可作為擦拭器的首選材料。

3. 除雨霧外后視鏡結構圖

如圖2所示，我們設計的“眼球式除障外后視鏡”模型的結構，主要由可轉動的橢球形鏡面、固定式擦拭器、后視鏡殼體等部分構成。

三、模型的制作

（一）材料的選擇與模擬實驗

1. 材料的選擇

①橢球形鏡面材料的選擇

鏡面材料必須符合后視鏡的成像要求。因市場無橢球形鏡面的后視鏡，我們只能找其他材料來制作模型，先后用樟木、工程塑料、玻璃等材料制作鏡體鍍膜，走了一大圈彎路，最后發現都達不到鏡面成像要求。后來，我們在地攤上發現了一種不銹鋼奶鍋，其橢球體外形和成像清晰度基本達到了實驗要求，于是，我們決定用它作為橢球形鏡面的材料。

②電動機的選擇

電動機是驅動橢球形鏡面的動力。汽車上蓄電池提供的電源是直流12V，市場上的220V交流電動機是不能用的，平時的電動玩具的電動機雖是直流電機，但功率不夠。我們在老師的指導下，在網上購買了12V的慢速直流電機來作為驅動電動機。

2. 橢球形鏡面轉動方案的模擬實驗

①本模擬實驗的主要目的是：檢驗PVA材料能否清除轉動的橢球形鏡面表面附著物。

②實驗設置與材料：PVA合成麂皮巾、洗衣機、粉筆灰、噴水壺、衛生紙等。

③實驗方法：利用洗衣機的甩水程序，以洗衣機內壁為鏡面，給洗衣機內壁抹上粉筆灰，噴射上水霧，同時把PVA合成麂皮巾輕按在內壁上，開啟洗衣機轉動一周，再用衛生紙擦拭檢驗。

④檢驗結果：洗衣機內壁被PVA材料擦拭處的粉筆灰、水滴均被清除干凈，表面清潔光亮，再用衛生紙擦拭被PVA材料擦拭過的地方進行檢測，衛生紙仍保持干燥無污漬的原狀，這說明PVA材料可清除轉動的橢球形鏡面附著物。

（二）模型的制作與外觀

在材料準備齊全的基礎上，我們請五金加工廠的孫師傅和袁師傅，按我們的設計圖紙和要求，完成了汽車用“眼球式除障外后視鏡”模型的加工制作。

我們設計的模型結構（如圖3）主要由可轉動的橢球形鏡面、固定式擦拭器、后視鏡鏡殼等部分構成。

（三）模型應用實驗檢測

模型制作完成后，我們在岳陽市交警支隊岳陽樓大隊教導員盧叔叔、岳陽市教科院物理研究員唐叔叔和科學課李老師等的見證下，進行測試和檢驗。我們接通電源，電機驅動橢球形鏡面轉動，然后用噴霧器對“眼球式除障外后視鏡”鏡面噴霧。實驗結果表明，噴射到鏡面上的霧水被擦拭器全部清除干凈（如圖4），不銹鋼鏡面光潔，成像未受影響，用衛生紙擦拭檢驗，衛生紙保持干凈。

雖說手工制作的模型比較粗糙，外觀不夠精美，擦拭器與鏡體的弧度配合未完全達到設計要求，但實驗結果基本達到了鏡面清晰無障的設計目的，這說明我們的設計是具有可行性的。

盧叔叔和唐叔叔評價說：“你們設計的汽車用眼球式除障外后視鏡，可有效地清除附著在鏡面上的霧水，能為行車安全提供相應保障，但模型的鏡面材料和外觀設計、加工精度等還有待進一步完善。”

四、主要貢獻和改進思路

（一）主要貢獻

1. 設計了一種可轉動的橢球形鏡體除霧水、灰塵的外后視鏡。通過轉動的鏡體與固定擦拭器的相互作用，遇惡劣氣候時，可不停車、不搖下車窗、不伸手擦拭鏡面，自動完成鏡面的除障工作。

2. 設計的擦拭器材料——吸水除塵能力強、柔韌性好的聚乙烯醇（PVA）水溶性高分子聚合物材料，能在惡劣條件下確保鏡面的潔凈度。

3. 設計的固定式擦拭器結構，其弧度與橢球形鏡體吻合，且可調節擦拭器與鏡面之間的間隙，可拆卸安裝，便于及時清洗、保養。

（二）進一步改進思路

1. 本設計還可加設自動控制系統。例如在雨遮上加裝一個濕度傳感器，當傳感器上的濕度達到影響鏡面視覺時，通過控制器的識別，自動啟動電動機運轉，就可達到全自動除障要求了。當然，應該設有手動和自動兩種控制模式，方便駕駛員按需選用。

2. 本設計還可作為“公路彎道安全凸面鏡”（圖5），幫助駕駛員觀察彎道前方的路況信息，減少交通事故。只是要增加太陽能供電系統，為橢球形鏡體的轉動提供電能。

五、研制體會

我們在設計和研制過程中，學習了上網搜尋資料的一些基本方法，感覺到網上的知識真豐富，很多不知道的困惑，在這里都可能會迎刃而解，比玩游戲要有意思得多。

在市場調研過程中，我們發現汽車用的后視鏡品種繁多，在基本功能一樣的前提下，其外觀結構令人眼花繚亂，其輔助功能也花樣百出。由此我們感悟到，創新的空間真大，只要不違背科學規律，按人們的需求去認真琢磨，大膽設計，就可能創造出實用的新東西來。

我們在觀摩師傅們下料、打孔、焊接等時，感受到了完成一件創新作品真的要付出很多。設計與制作過程中往往會發生很多思想碰撞，需要反復磨合調整。每一次的失敗，都將為再設計提供新的正確方案，如果因為某次失敗而放棄，那就永遠體會不到成功的快樂了。所以，我們認為進行發明創造時，知識固然很重要，毅力和執著也同樣重要。人的才干、能力都是在創新實踐中逐步提高的。

由此，我們將再接再厲，認真學習科學文化知識，積極參與各項有益的實踐活動，不斷提升自己的才干和綜合能力，讓自己能成為對社會有用的人！

六、鳴謝

在研制過程中，我們得到了學校校長、科學老師、學校聘請的校外科技輔導員、五金加工廠師傅、交警、研究員等長輩們的精心指導和全力幫助，得到了老爸老媽和同學們的大力支持，在此對他們表示深深的感謝！

（指導教師 李宏亮?編? ? 輯 白 鳥）