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《阿凡达》背后科学:装甲外骨骼让人变大力神

http://www.sina.com.cn  2010年01月05日 07:25  新浪科技

  新浪科技讯 北京时间1月5日消息,据美国《大众机械》杂志报道,好莱坞大导演詹姆斯-卡梅隆执导的最新科幻大片《阿凡达》正在全球热映。实际上,卡梅隆还是美宇航局的科学顾问,参与研究用于火星探测任务的相机,他对待科学的态度素来严谨,《阿凡达》中所展现的先进技术场景也就不足为奇。以下是该片中对这些技术的描述及其在现实世界的发展现状。

  重机械外骨骼战争机器

重机械外骨骼战争机器
重机械外骨骼战争机器

  《阿凡达》描述:为了工作、战斗和穿越“潘多拉”雨林地区,人类穿上了“增强机动平台”(Amplified Mobility Platform,简称AMP)服。这些装甲外骨骼战争机器与《黑客帝国3:矩阵革命》中的“装甲人员装置”(Armored Personnel Units)和卡梅隆执导的《异形》中“强力装卸器”(power loader)存在很大相似之处,只不过前者的驾驶舱是密封的。从这台机器的座位上,操作人员手臂和胳膊的活动会传递给AMP服的外部肢体,得到“增强”。操作人员摆动手臂,摆幅虽只有几英寸,但AMP服相应的金属臂却可挥动周长10英尺(约合3.05米)的圆弧。 视频:《阿凡达》最新电视片花 30秒全战争场面 媒体来源:新浪娱乐

  《阿凡达》飞行器设计师泰-鲁本-埃林森(Ty Ruben Ellingson)在宣传片中说:“超级液压装置的力量十分强大,以致AMP服可以碾碎建筑物,功能就像坦克一样。”AMP服会让操作人员变身“大力神”,对于太空海军陆战队员来说,手提庞大的30毫米自动大炮参加战斗,就如一个人扛步枪般轻松。斯坦-温斯顿工作室设计总监约翰-罗森格兰特(John Rosengrant)对AMP服特点做了更为形象的描述,称它就是“有胳膊的‘阿帕奇’武装直升机。”

  科学事实:几十年来,美国军方一直在开发有动力装置的外骨骼服,可以让士兵携带重型装备参加行动,帮助实施救援任务、工程作业、受伤康复。2000年以来,美国国防部高级研究计划局(DARPA)根据“增强人类性能的外骨骼”项目,资助了各种各样的研究,包括对雷神萨柯斯(Sarcos)研究团队的支持。他们开发的机器名为“XOS”,重150磅(约合70公斤),可以带在人的手臂、胳膊和背部。

  这套铝制机器人装置的水力学原理可以让使用者数百次举起200磅(约合90公斤)的重物也丝毫不觉得累,而且用起来非常便捷,使用者仍能自如爬楼梯或踢足球。雷神萨柯斯XOS的一个重要缺陷是需要独立驱动。眼下,XOS仍需要一个外部电源。麻省理工学院、加州大学伯克利分校和本田汽车等机构和企业的研究小组正在开发适于下肢使用的类似机器。

  与此同时,日本CYBERDYNE公司研究人员发明了钢铁侠式的人体外骨骼,辅助实施物理治疗,称为“机器人服混合辅助肢”((HAL)。美国纳蒂克士兵研究开发与工程中心士兵机动和任务增强小组负责人戴维-奥迪特说:“像《阿凡达》这样的电影足以让我们去思考各种可能性。”这个小组在XOS装置的研发中起着重要作用。奥迪特说,虽然AMP服在“电影中让人无所不能”,但实际上此类装置将承担繁重的后勤工作,“是不经太多改动就能实施大规模攻击的功能性平台的典型例证。”

  半人马座阿尔法星

半人马座阿尔法星
半人马座阿尔法星

  《阿凡达》描述:“半人马座阿尔法星A”(Alpha Centauri A,与太阳非常相似的恒星)发出的白黄色光芒照亮了巨大的气态行星“波吕斐摩斯”(Polyphemus)及其炎热的卫星“潘多拉”。在这个郁郁葱葱的世界,大型猛兽在丛林中徜徉,如翼龙一般的动物在空中翱翔。名为“纳美人”的蓝皮肤类人族在那里繁衍生息,深谙与自然和睦相处之道。

  科学事实:半人马座阿尔法星A是组成半人马座阿尔法星的三颗恒星之一。半人马座阿尔法星距地球4.37光年,是除太阳外距离我们最近的恒星。如此亲近也为揭示系外行星能否是我们邻居的大量研究工作注入了灵感。今年1月,耶鲁大学天文学家芭芭拉-费舍尔(Barbara Fischer)领导的一个研究小组利用安设在智利托洛洛山美洲天文台的1.5米孔径望远镜,展开了对半人马座阿尔法星长达五年的研究。

  芭芭拉的团队正在寻找由外部世界引力拖拽对恒星光线波长产生的有节奏的变化。这种“摇摆方法”已经排除了半人马座阿尔法星的恒星周围存在木星或土星大小的系外行星(如《阿凡达》中的波吕斐摩斯)的可能性。芭芭拉表示,质量接近于地球的行星具有此类恒星系的“可能性非常大。我们对单个恒星周围行星形成的原因知之甚少,更何况是像半人马座阿尔法星这样由三颗恒星构成的星系了。所以,我们在这个领域的知识几乎是一片空白。”

  位于半人马座阿尔法星中心地带的两颗恒星通常被称为“Cen A”和“Cen B”,它们的轨道力学表明有行星可能隐藏于周围。“Cen A”和“Cen B”彼此间的引力接近于11个天文单位(天文单位指的是地球与太阳之间的平均距离),而在摇摆之后相隔36个天文单位。第三颗恒星,即名为半人马座比邻星的红矮星,以相当大的距离绕这两颗恒星旋转,由于过于模糊,芭芭拉的团队不能对其进行研究,但它也可能具有小质量行星。据芭芭拉介绍,鉴于这种结构,相隔2个天文单位形成的系外行星的轨道稳定性会遭到另一颗恒星的破坏,最终脱离这个星系。

  幸运的是,如果生命扎根于半人马座阿尔法星系,遭受这种命运的可能性微乎其微。所谓的“可居住区”(即一个不冷也不热的轨道区域,水在行星或卫星表面是液态的)距离Cen A和Cen B这两颗恒星更近。前者质量比太阳稍大,具有大约1.2个天文单位的可居住区;后者质量约为太阳的90%,具有大约0.75个天文单位的可居住区。

  这两颗恒星的化学特征与太阳很相像,所以,令生命在地球上形成的相同元素应该也存在于Cen A和Cen B。眼下,科学家仍然不确定半人马座阿尔法星系是否在对生命友好的区域内存在更小、类似地球一样的世界,芭芭拉认为这个答案不久便将揭开。她说:“到2012年前,我们将会揭开这个谜团。”与此同时,日内瓦大学著名行星科学家米歇尔-迈耶领导的一项研究和英国坎特伯雷大学提出的新倡议可能会更早破解这个谜团。

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