科学探索让我们的生活更安全便利

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科学探索让我们的生活更安全便利
——《大众科学》评选出2013年最佳发明

2013.12.11 来源： 科技日报     作者： 记者 刘霞

极速天龙过山车

TidGen 潮汐发电系统

上海中心

良心手机

新型破冰船

阿尔文号潜艇

谷歌电视棒

虚拟现实眼罩

人工智能赛车

　　第四部分 工 程
　　1.美国六旗游乐园的“极速天龙”过山车
　　六旗（Six Flags）是世界上最大的主题公园连锁品牌。以惊险刺激的飞车闻名于世的六旗魔术山游乐场的最新弹射过山车“极速天龙（Full Throttle）”是全球最惊险的15座过山车之一，有世界最高的圆形环道，高约48米，可瞬间加速至112千米/小时。它使用的双磁脉冲推进系统类似于喷气式运输机的推进系统，可以让乘客体会到完全失重的感觉，绝对刺激游客的肾上腺素分泌。
　　2.美国Dewll Earth公司的高压泥土制砖机
　　在美国，造砖是件很简单的事情，但在很多发展中国家，造好的砖头往往脆弱易碎，而坚硬砖的制造成本又令当地人无法负担。Dewll Earth公司推出的Vermeer BP714是世界上第一种可以利用泥土制造空心砖的高压泥土制砖机，它使用大约5.5万磅的压力制造出的砖块强度超出美国标准20%到30%，而生产成本与其他制砖机相仿甚至更低。使用泥土和少量水泥，它甚至能在15秒内制造出一块砖。
　　3.美国海军和伍兹霍尔海洋研究所的阿尔文（Alvin）号深潜器
　　“阿尔文”号深潜器建造于1964年，是世界上最早的载人深潜器之一。它能以每小时几千米的速度下潜至水下4500米处。截止到2008年，“阿尔文”号已成功下潜超过4600多次，其主要用途是科学考察，不过，它偶尔也会客串干点别的差事。最著名的包括1966年帮助美国海军在地中海找到了他们不小心丢失的氢弹；1986年发现了泰坦尼克号的残骸等。
　　现在，伍兹霍尔海洋研究所的工程师们正在用21世纪的技术对这款经典的潜水器进行升级。新生的“阿尔文”号将会下潜至水下6400米处；携带科学设备的重量是以前的2倍，其上也装备了新式传感器和设备，整个海洋可能都在它的探索范围内。
　　4.美国加州大学圣地亚哥分校的高性能室外振动台（LHPOST）
　　一般来说，地震波试验要么是模拟地震，要么是电脑试验，但两者都无法再现真实地震那种地动山摇的效果。但LHPOST做到了这一点，它是世界最大的野外试验振动台，也是世界上第一个室外振动台，尺寸为11.76米×7.35米，能进行总重量为2200吨的大型结构原型试验，能施加的最大速度为1.8米/秒，能模拟绝大多数的地震记录。
　　该振动台完成了美国多项大型的抗震试验课题，是整个NEES研究体系的重要节点之一。NEES项目是美国自然科学基金会1999年推出的15年研究计划，其资金费用超过100亿美元。该系统的主要特点是将美国地震研究机构和实验系统连接起来，能够远程控制试验，实现工具和资料等资源共享。
　　5.芬兰Arctech船务公司的“波罗的海NB508”新型破冰船
　　“波罗的海NB508”号如果建成，宽约20米，长约74米。它的船体是不对称的，当推进器将其调整为侧斜角度，它就变成了一把巨大的刀子，在0.6米厚的冰层中开辟出宽约50米的道路。该新型破冰船已被俄罗斯运输部预订，并计划于2014年春季交付使用，其不仅能够承担营救和浮油清理任务，还预示着冰冻的极地将迎来大规模航运的新时代。
　　6.晋思（Gensler）建筑设计事务所设计的上海中心
　　将以632米总高度刷新上海纪录的上海中心大厦8月初迎来结构封顶，大厦结构高度125层，可使用楼层121层，建筑安装成本约人民币103亿元，于2008年11月29日开工，预计2015年可正式对外营业。届时，“上海中心”将成为全球第三高的建筑。该建筑螺旋型的透视结构使整栋建筑由顶部至基部体现了最尖端的可持续发展设计理念与广大的公共空间。各种便利设施和全球运行速度最快的电梯，使这一超高建筑变身为一座垂直的城市。
　　7.桑迪亚国家实验室的极速光纤网络
　　当从事核武器和国家安全研究的美国桑迪亚国家实验室的工作人员被其“慢得像蜗牛爬行”一样的下载速度弄得抓狂时，他们并没有打电话给服务商Xfinity投诉，而是耗资1500万美元建造了全球最大的光纤局域网，该局域网将265栋建筑和13000个网口连接在了一起，此举令远在新墨西哥州阿尔布开克上班的国家太阳热能测试中心专家几乎能以世界最快速度上传或下载数据或电影预告片。
　　桑迪亚国家实验室用半英寸的光纤取代了传统的四英寸铜线，该光纤能使声音、计算机和安全数据沿着一条线路传输。目前，这一网络的最高速度达到每秒100亿字节，考虑到所有端口均以这样的速度运行，这真是一个令人毛骨悚然的速度。该网络的最终速度或可高达每秒1000亿字节。
　　第五部分 个人娱乐
　　1.美国Sol Republic公司的DECK无线蓝牙扬声器
　　大多数蓝牙扬声器宣称，天气好的时候可以支持9米到15米的无限范围，但由美国时尚潮牌Sol Republic公司设计、与摩托罗拉公司联合推出的DECK无线蓝牙扬声器则支持长达91米的无线范围，并可同时与5台设备保持连接，该功能是在派对上玩嗨的好选择。
　　DECK配备了一个3.5毫米的输入插孔，让人们能在平板电脑、智能手机以及笔记本等设备之间直接切换；还有可用于连接更强力的扬声器系统的音频输出插孔。该扬声器内置有锂离子电池，外壳防水，并支持无线免提功能。
　　售价：200美元
　　2.微软的Kinect For Xbox One家庭娱乐主机
　　微软于今年5月份推出的新一代家庭娱乐主机Xbox One的精确度为其前身的10多倍。高精度的摄像头和红外线感应器能捕捉玩家全身上下的任何微小运动，连脚趾头都不放过。计算机程序会对这些数据进行阐释，绘制出玩家的身体骨骼和肌肉运动情况，推测出玩家的心跳并捕获其情绪波动。研发人员也能使用这些数据，设计出让玩家更喜欢的游戏。
　　售价：499美元
　　3.苹果公司的人工智能赛车Anki Drive
　　Anki Drive是首款通过iPhone手机操作的玩具赛车。在赛道上，Anki Drive能通过自己的自动识别器检测跑道上其他车辆的状况，玩家可以通过iPhone的应用程序控制赛车的速度和走向，例如内道超车，由侧面将其他玩家的车子挤掉等。而且，由于每辆赛车都有记忆，因此，玩家玩得越多，赛车就越聪明，跑得越快，更能在比赛中脱颖而出。虽然其在外型上与一辆普通的玩具小车无异，但智能程度可跟谷歌公司目前正在研发的无人汽车相媲美。
　　售价：199美元（包括跑道和两辆赛车）
　　4.HDMI论坛制定的HDMI 2.0
　　今年9月份，影音器材的行业监管机构HDMI论坛提出HDMI2.0标准，新制式大大增强了对4K超高清传输的支持，并在多个视频、音频技术上进行了改进。HDMI 2.0还将带宽扩充到了18Gbps，可以支持3840×2160分辨率和50FPS、60FPS帧率。同时，新制式在音频方面支持最多32个声道，以及最高1536kHz采样率。
　　5.新西兰温纽特影片公司和Park Road后期制作工作室的高帧率（HFR）3D
　　尽管3D电影目前炙手可热，但无法掩盖其严重的缺陷—观影时的不舒适感。因为，电影画面以24帧/秒的速度刷新（与2D电影一样）时，人眼能清楚地感觉到帧与帧之间切换的痕迹。但当新西兰大导演彼特·杰克逊在2010年开始拍摄《霍比特人3：意外旅程》时，他决定采用全新的技术，以48帧/秒的速度来拍摄电影，这种被称为高帧率（HFR）3D的新技术是目前最快的制式。因为48帧/秒的刷新恰恰高于人眼（和大脑）发现图像变化的极限，因此，荧幕上的图像看上去过于纯粹，同时又很“流畅平滑”，人眼已经无法感觉到图像切换的痕迹，整个观影体验可以说是身临其境。
　　6.JH Audio公司的JH13 With Freqphase耳机
　　当声波以同样的频率接触到左右两只耳朵的鼓膜时，我们听到的声音效果是最好的，而JH13就是首款能为我们提供这种精确感觉的耳机。著名定制耳机厂商JH Audio工作室的工程师们通过改变耳机管道的形状和长度，使声波到达两只耳朵鼓膜的时间相差不到1/100微秒，对于人体接收的灵敏度而言，这几乎等于同时到达。
　　售价：1099美元
　　7.三星公司的S9系列超清OLED电视机
　　在今年拉斯维加斯的世界电子产品博览会上，三星推出S9系列超高清OLED（有机发光二极管）电视，其承诺会为用户提供最好的画面效果和最快的帧频。S9系列是目前市场上最大的超高清电视，拥有3840×2160超清分辨率，家用60英寸，商用110英寸；弯曲的玻璃屏幕更令消费者沉醉不已，对于很多买家来说，这是比尺寸更重要的特性。
　　基础售价：9000美元
　　8.谷歌公司的Chromecast电视棒
　　今年7月中旬，谷歌公司发布了一款名为“Chromecast”类似于电视棒的产品。这款小设备只有2英寸长，用户只要将其插入电视机上的HDMI接口，再连接WiFi 无线网络就完成安装了。使用时，把这个小设备插入电视上，再在手机或电脑上打开Chrome直接访问支持ChromeCast的视频网站，网站上就会显示一个“cast”按钮，按下之后手机或电脑上的内容会被直接传输到电视上，普通电视瞬间变身“云电视”。用户可以选择让电视机播放YouTube或其他来源的视频，包括 Netflix、Google Play和 Vimeo等等。这款产品正式开售一天之后就被抢购一空，在eBay上甚至被炒到了100美元。
　　售价：35美元
　　9.Oculus VR的虚拟现实眼镜Oculus Rift
　　Oculus Rift也许是当下游戏领域最令人激动的产品。它是一种头戴式虚拟现实显示器，它内置3D立体显示器和多个运动传感器，可带给人们数十年来科幻小说所描述的体验。游戏玩家将Rift捆绑在头上，启动一款兼容性游戏，就会有进入一个全新世界—奇幻地球或者月球表面的感觉，而且，通过双眼视差，游戏玩家会有很强的立体感。整套系统的关键是通过敏感的感应器实时捕捉使用者头部的微小运动，然后根据每个动作以1/100秒的速度更新显示器上的游戏场景，这样一来，游戏玩家不仅看见了游戏场景，同时，身体也感觉进入场景中。
　　10.英伟达（NVIDIA）公司的SHIELD掌上游戏机
　　NVIDIA今年推出的新掌上游戏机NVIDIA SHIELD是目前市场上功能最强大的掌上游戏机，其满足了玩家的苛刻要求。它在外形上虽然采取了传统的手柄设计，但是内部绝对不“落伍”，采用NVIDIA旗舰级处理器Tegra4，Tegra4平台包括四核1.9GHz的处理器、72个流处理单元的GPU，外加一块5英寸分辨率为1280×720的显示屏，这一配置使得图像的处理优质且快速。该掌上游戏机除了支持所有安卓（Android）游戏外，还能与电脑进行画面串联，将电脑上的游戏画面在其上播放，令玩家们惊喜不已。
　　售价：300美元
　　第六部分 个人装备
　　1.佳能公司的数码单反相机EOS 70D
　　大多数数码单反相机在拍摄运动物体时，自动对焦效果都不好。佳能公司的工程师们将双像素自动对焦功能同图像感应技术完美结合到了今年新推出的EOS 70D上，它能显著缩短对焦时间，连拍速度达到7张/秒，拍摄动态被摄体时容易捕捉理想瞬间。而且，在实时取景模式下的对焦速度也非常快，甚至接近用光学取景器对焦的速度。EOS 70D感光组件的分辨率达到了2000万像素，感光组件中的每个小感光二极管都一分为二，分别侦测不同的相位，共有4030万个感光二极管。
　　售价：1200美元左右，只有机身没有镜头
　　2.Brunton公司的氢反应燃料电池
　　智能手机需要每天充电，一块氢反应电池却能为智能手机提供一个星期的用电量。虽然之前氢燃料电池技术在航天、交通、军事等诸多领域已经有了不少应用，但出现在电子产品中还是头一回。随身听大小的氢燃料电池内部的反应堆使用的是可移除及重复补充能量的氢核电池，每一枚电池容量相当于8500毫安的电量，可以重复使用1000次，报废之后Brunton公司还对其进行回收。这款电池通过USB接口与电子设备连接，使用过程中唯一的副产品是水蒸气。
　　售价：150美元（两块电池)
　　3.Occipital公司的便携式3D扫描仪
　　软件公司Occipital推出的便携式3D扫描仪“结构传感器（Structure Sensor）”是让你周围的世界数字化最快的方式，用户通过iPad就能快速获得3D模型数据。这款设备是一个安置在iPad背面的摄像头扫描仪，能够直接与iPad的摄像头对接，并可通过蓝牙与其他移动设备连接。它最大的特点就是扫描时捕捉3D数据的速度很快，不管是扫描一个物体还是整个房间。
　　售价：350美元
　　4.高通公司的智能手表Toq
　　据国外媒体11月18日报道，高通公司宣布，旗下智能手表Toq将于2013年12月2日上市。Toq采用了高通低能耗显示技术Mirasol（这一技术利用环境光，不需要背景光，因此，能耗大大降低，而且，这一技术可以使用户在几乎所有环境，包括明亮的阳光下查看内容，显示彩色），允许用户接听电话、查看文本短信和提醒信息，还可控制音乐播放器等。高通将通过官方网站销售这款手表。
　　售价：349.99美元
　　5.Brinno公司的 TLC200 Pro缩时摄影机
　　Brinno TLC200 Pro是全球第一款高动态范围（HDR）时间的缩时摄像机，能代替你的眼睛并帮你记录稍纵即逝的美景。TLC200 Pro搭配一块1/3英寸传感器，在夜间的拍摄效果也十分给力。130万像素摄像头可支持720p的高清拍摄。TLC200 Pro使用4节AA电池供电，在每两秒一张的速度下，可连续拍照24万张；其操作也非常简单，只用按下机身中间的OK按钮，它即可以按照设定好的模式进行记录，并自动将JPEG图片格式制作为视频格式。
　　售价：300美元
　　6.索尼公司的Cyber-Shot数码相机DSC-QX100
　　不管设计智能手机的工程师们将手机上的图像传感器压缩到多小，他们还没有找到好办法减小镜头，因此，遭殃的就是图像。对于照相手机来说，DSC-QX100完全是全新的方法。使用者只要利用随附的装置挂勾结合，就可以让Android与iOS 智能型手机立时升级成高质量相机。DSC-QX100这款外接式镜头相机，不一定要安装在手机上，可将它放在任何希望放置的地方，然后直接从手机上按下快门，这非常适合用于高角度拍摄或自拍。DSC-QX100也配备了大光圈F/1.8卡尔蔡司镜头，3.6倍光学变焦，可媲美顶级口袋相机的相片画质。
　　7.谷歌公司的谷歌眼镜
　　2012年4月5日，谷歌正式发布一个叫“Project Glass”的未来眼镜概念设计。这款眼镜集智能手机、GPS、相机于一身，在用户眼前展现实时信息，只要眨眨眼就能拍照上传、收发短信、查询天气路况等操作。这一概念一推出，“谷歌眼镜”就成为万众期待的电子装备，人们对其期待程度甚至超过当年对首款iPhone手机的期待。这款眼镜或许就像个人电脑和智能手机一样，展示了一种全新的信息展示和传输方式，其潜力至今还无法完全估量。谷歌眼镜可以通过声音控制拍照，视频通话以及辨明方向、上网、处理文字信息和电子邮件等等。最终的消费者使用版本将于明年面世。目前，有2000名研究者正在拓展其应用领域。
　　售价：1500美元
　　第七部分 环 保
　　1.通用电气（GE）公司的风力发电机组2.5—120
　　据国外媒体报道，通用电气公司的新型风力发电机组2.5—120今年4月份在荷兰进行了试运行。这款风力机组解决了风力发电机面临的两个最大障碍：能源存储和高级预报。一款集成电池使得这款2500千瓦的风力发电机能够将额外的电能存储起来，并且无缝地向邻近的电网供应。另外，先进的软件也使其能同其他风机共享数据并进行协同，让能量产出达到最大。这些先进技术的使用，使得这款风机将比GE当前机型提高25%的转化效率、15%的电力输出。GE公司表示，第一批三台机组将于明年年初安装在德克萨斯州。
　　2.荷兰Fairphone公司的“良心手机”Fairphone
　　三年前，总部位于荷兰阿姆斯特丹的新兴信息通讯企业Fairphone公司的工程师们希望利用开放的科学技术，创造出环境友好、富于人文关怀的智能手机产品，并远离近年来备受争议的“血汗供应链”。Fairphone这款号称全球首款“零冲突”的智能手机将应用开放的安卓4.2系统，拥有1.2赫兹的四核处理器和4.3英寸触屏并且双卡双待。这款手机可以识别800万像素的图片并配备有130万像素的摄像头，它还有16G的储存空间，更适合工薪阶层。
　　售价：440美元
　　3.美国Ecovative Design公司的蘑菇隔热材料
　　Ecovative Design公司把菌丝体和玉米秆结合制造出了一种蘑菇隔热材料，其绝缘性能与泡沫板类似，热值为3.8，耐火等级为A级。生产过程中不使用石油化学品，不产生挥发物，废弃之后可以再次使用，变成堆肥。
　　售价：0.25美元/板英寸（即1板英寸=144立方英寸=1/12立方英尺）。
　　4.潮汐发电机公司ORPC的潮汐发电系统TidGen
　　潮汐发电机ORPC公司的TidGen发电系统利用了自然界中最持久的一种力量：潮汐来发电。该系统安装在海湾或深河里，此处水不断循环波动，驱动磁体发电机，将大约150千瓦的电力输送到岸上。首个TidGen机组去年安装在美国缅因州海边，是首个与美国电网相连的海洋发电项目。今年3月发布的一项环境评估报告表明，这种发电方式对海洋生态系统没有任何负面作用。
　　5.英国伦敦设计与创新组织Deciwatt的重力灯
　　隶属于设计公司Therefore的非营利组织Deciwatt的设计师历时四年，研制出的重力灯堪称世界上最可靠的照明方式，因为其由无所不在的重力驱动。重力灯的工作原理非常简单：你只需把灯挂起来，将绳子穿过灯上面的齿轮，然后在绳子一端挂上22磅的沙袋，在30分钟内，这个重物徐徐落下，拉动绳子，驱动马达，就给LED灯提供了电力。DeciWatt公司正对它进行测试，希望这种新型电灯可以为全球15亿不能正常用电的人提供可持续的照明解决方案。
　　6.Hampton Creek Foods的“超越鸡蛋”
　　鸡蛋是最常用的食材之一，其口味丰富，功能多样，广泛应用于人类的数千种食品中。但鸡蛋也有不足。工业化养鸡场高能耗、高污染，而且，禽类也会传播禽流感。因此，Hampton Creek Foods公司研发出了一种技术，从植物中提取蛋白质，制成名为“超越鸡蛋（Beyond Eggs）”的食材（食品添加剂），它能在蛋糕、蛋黄酱、鸡蛋面等食物的制造过程中完全取代鸡蛋，但成本要低18%。据该公司估计，用这种方法每年可生产1.18万亿枚鸡蛋。