【科技】三轮汽车比跑车更拉风——《大众科学》评选出2015年八大技术奇迹

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为了找到新的粒子，处理宇宙间最大的谜团，需要很多空间和能量。

世界上最大、能量最高的粒子加速器大型强子对撞机( lhc )因科学家们发现寻找几年的神粒子希格斯粒子而闻名，那时的lhc无法发挥自己最大的功能，只采用了一半的能量 吵闹过后平静下来，lhc从去年开始接受一系列大型升级修理。

年4月5日，经过约2年的停机维护和升级，lhc满血复活，全力以赴。 在接下来的三年里，12000位科学家使用lhc检测和研究粒子物理学行业最深、最奇怪的问题。 他们可能会找到新的粒子，新的力量，甚至新的维度。

怎么动？

1 .加速

大型强子对撞机位于日内瓦附近瑞士和法国边界侏罗山地下100米深，全长27公里(包括环状隧道)的隧道内。 在这个加速器中，两个高能质子流在相互碰撞之前，分别通过两个不同处于超高真空状态的射线管向相反方向传递。 强磁场在加速环周围运行，将其温度冷却到零下271℃。 这个温度比宇宙空间的温度低。

2 .冲突

光通过四个主要的检测器，在这些检测器中粒子每秒撞击8亿次。 这次lhc重启后，碰撞产生的能量达到了前所未有的13tev (万亿电子伏)，可以与宇宙大爆炸后的状态进行比较。 粒子物理学家利用质子碰撞后的产物探索物理现象。 例如，搜索标准模型预言的希格斯粒子、超对称、追加维的搜索等超过标准模型的新物理。

3 .制造

爱因斯坦的素数能量方程e=mc2指出能量和质量之间可以相互转换。 因此，两个质子相互碰撞产生的能量结合，转化为新粒子，包括迄今为止备受瞩目的最重的亚原子粒子的顶夸克等。 这些粒子非常不稳定，很快就会变成新粒子，所以科学家们有机会制造新粒子，可以注意。

4 .探测器

随着新生成的粒子从碰撞点喷出，检测器可以测量空间中的位置、拥有的能量、动能、质量、电荷等特性。 借助这样的消息，物理学家可以推送碰撞时产生的粒子属性，检索可能显示新物理学的异常数据。

5 .超环面设备( atlas )

在lhc加速环的4个碰撞点口袋分别设置了5个检测器，其中超环面设备( atlas )和紧凑的微粒子线圈( cms )是通用型的粒子检测器。 另外三个包括lhc底夸克检测器( lhcb )、大型离子碰撞检测器( alice )、全截面弹性散射检测器( totem )，是比较小型的特殊目标检测器。 atlas占地28750立方米，是历史上体积最大的粒子检测器，包括希格斯粒子的搜索、追加维度、构成暗物质的粒子的搜索等相关实验也最广泛。 atlas还记录碰撞时产生的粒子的类似数据，即路径、能量、特征等。

六、丰田大杀器mirai :采用堆肥作为燃料源

最近，丰田汽车企业发布了第一款氢燃料电池车的第一个电视广告。 广告语是多么波动的feuled by bullshit (烧牛粪)，这个标语没有侮辱的意思，实际上是用堆肥衍生氢燃料为车辆提供动力，主角是年产的mirai氢燃料电池车。

事实上，mirai真的不是以牛粪为直接燃料源，而是以堆肥为原料转换成氢能。 这辆车现在在日本上市，除了补助金，售价约为24万元。 新车将于夏天和秋天分别在欧洲和美国市场上市，销售价格预计为57500美元(约人民币35.2万元)。 这辆车的续航距离达到300英里(约483公里)，充满氢燃料只有35分钟。 这是因为美国多个电池汽车续航不足170km，环保比更换电池需要1小时更方便。

去年，汽车制造商丰田、本田和现代推出了新的氢动力汽车，其中最引人注目的是丰田企业祭典的大杀器mirai。 mirai在日语中是未来的意思，丰田作为业界领袖充分展示了对未来的布局和野心。

现在，许多汽车企业正在开发氢燃料电池作为替代燃料技术的下一个前端，氢燃料电池汽车具有零排放、效率高等优点，被认为是未来新能源汽车的迅速发展方向。 实际上，氢燃料电池汽车的开发已经进行了几年，在清洁车行业也批评过风云。

但是，氢燃料电池汽车受价格和基础设施的影响正在迅速发展。 美国有几个氢站，大部分在南加州。 近年来，随着燃料电池价格大幅下降，第一辆燃料电池汽车开始进入零售市场，但基础设施依然是显着的障碍。 丰田说，将来将重点推进氢站建设，先行在美国东北部建设12个氢站。 去年，加利福尼亚州支付了2亿美元，到年为止致力于建设100个氢站。

怎么动？

1 .储氢罐

mirai是丰田几十年来开发燃料电池的巨大成果，采用液态氢作为动力能源。 液态氢储存在车身后半部分的高压储氢罐中。 两个碳纤维罐可以储存11磅氢燃料，其能量相当于165千瓦时，也就是现在电动车电池容量的两倍(特斯拉型号的电池容量为85千瓦时)。 。 装满mirai的储氢罐大约需要35分钟，mirai的续航距离可达到480公里。 液体加氢的过程历来就像添加汽油和柴油，但注入设备有独立的安全标准。 紧急情况下，例如发生碰撞事故时，传感器触发阀门的关闭，阻止氢气的逃逸。

2 .气流

栅极分配器把氧送入燃料电池堆。

3 .动力控制单元

作为汽车能源管理员和大脑，动力控制单元从燃料电池堆获得电力，输送给发动机。 加速中，动力控制单元从电池获取能量供汽车加速。

4 .电池

与以往传来的电动汽车内的电池不同，mirai汽车的镍金属混合电池在点火和加速中只储存了过剩的能量。

5 .电动发动机

随着电通过发动机，固定片极化，产生旋转的磁场。 旋转器中的磁铁与磁场结合，以同样的速度旋转，向动力传递系统供电。 输送到发动机的电力越多，磁场旋转的速度就越快，汽车行驶的速度也就越快。 刹车和下坡时，发动机向电池输电。

6 .燃料电池

通常，燃料电池由正极、负极、聚合物电解质膜( pem )构成。 每个电池产生的电压都很小，所以工程师们让这些集团战斗，串联连接形成电池组。 mirai的电池组包括370个电池，每个电池工作，把保存的化学能转换成电能。 在各电池内，氢气通过一个场电极到达正极。 其次，铂钴晶体将氢分子分为带正电荷的离子和带负电荷的电子。 之后，pem使带正电的氢离子到达负极，但切断电子，通过外部电路进行制造电流。 最终，电子和离子在负极与氧汇合形成水，这些水最终作为水蒸气释放。 丰田表示，他们在特殊实验室测试了mirai排放物的成分，这种水中含有的有机杂质比牛奶少。 另外，mirai也可以作为紧急电源采用。 mirai的燃料电池可以发电，遇到停电时可以给家人提供一周的电源。

特斯拉首席执行官伊隆·口罩表示对hydrogenfuelcellcarsarebullshit (氢燃料电池车是该死的)和氢燃料电池车的不安。 丰田的这个feuled by bullshit广告似乎是有力的反击。 丰田显然认为mirai氢燃料电池汽车会改变未来，改变世界。

丰田决定在今后几年增加mirai的产量以满足市场需求。 年、年、年产量分别为700台、2000台、3000台。 mirai在日本发布很受欢迎，发售第一天收到1500张订单，预计今后每年内发货到美国和欧洲。 这是因为必须进一步扩大产量。

七、oculus rift虚拟现实头盔:如何改变未来人们的游戏

经过三年的研究开发，历史上最先进的虚拟现实头盔oculus rift的客户版即将上市。 这个头盔可能不是第一个虚拟现实头盔，但似乎只有它被广泛认可，其他头盔失败了。 现在显示器上显示的画面更清晰，体型也更小型。 解决方案的功能越来越强大头部跟踪传感器更准确。 对客户来说，这将是一种更为沉浸的体验。

oculus rift在游戏行业做了第一应用，让游戏玩家置身战场，或者通过创作经典的严肃幻想作品《戒指》、《霍比特人》而像有名的英国作家约翰·一样。 罗纳德&梅迪特； 雷尔·； 在托尔金创造的幻想世界里。 但是，据媒体报道，oculus rift不仅仅是游戏行业，更多的软件制造商开始开发应用程序，可以应用于建筑设计、自闭症治疗、恐惧症、外伤后压力障碍等行业。

oculus rift的创始人，现年22岁的帕尔马·； 卢奇和工程师的台词·； 帕特为我们阐述了这个平台背后的原理。

怎么动？

1 .眼镜

创造焦点对感觉的深度很重要。 帕特说，基本上，这个装置使使用者身体感觉的视觉部分进入游戏，客户的眼睛可以越过屏幕进入虚拟环境。

2 .显示器

客户眼前只有几英寸的高清屏幕是立体图像的投影。 帕特说。 我们系统的商业原理和我们日常用双眼看物体一样，用左眼和右眼看物体时，有水平方向的偏移，视觉皮质可以解决这个水平方向的偏移感受到深度。 也就是说，如果近距离看到被包围的二维图像，顾客容易相信他们站在虚拟的世界里。

3 .跟踪技术

这个头盔配备了几十个传感器输入。 例如，陀螺仪、加速度计和指南针可以跟踪客户的头部位置。 设计师们还增加了外部红外线传感器和照相机，提高了方位的正确性和监测的准确性。 在附近主机上运行的软件可以在分析数据的同时生成适合头部方位的虚拟现实世界的图像。 卢奇说，该系统的低等待时间会使真实感更强。

4.3d音频

为了得到完全的浸渍体验，需要很大的声音。 而且，oculus在空间上的准确度最强。 帕特说:“我们生成的消息非常接近虚拟空间中每个耳朵位置应该听到的消息。 这比你在典型的环境音设定中得到的效果更好”。

oculus rift现在是业界最好的，但产品存在像素点明显、分辨率不高、运动跟踪方面还不完全等问题，离真正的虚拟现实要求还有很大的路要走。

八、半机械蟑螂:帮助地震救援

地震造成大量人命死亡是因为幸存者被埋在瓦砾下，无法马上得到救援，水被切断，粮食死亡。 发现这些幸存者最终可能需要小型机器人的力量。 搭载电子部件的生物昆虫可能很快就会做同样的工作。

年，美国北卡罗来纳州立大学的科学家们开发了一种半机械蟑螂，通过在马达加斯加蟑螂的触手上安装电极，找到幸存者的位置，为了大幅度提高生存机会，像声纳生命探测器一样自动找到有声音的地方。

科学家们在蟑螂的背上设置了装置，在上面设置了用于检测微弱声音的微型收音机。 检测到声音后，电流从与装置连接的触手部分流过，刺激蟑螂移动到声音的源头。 找到幸存者时，装置可以向救援人员发送消息，知道正确的位置。

研究人员之一，北卡罗来纳州立大学电气计算机工程系的助理教授阿尔铂·博茨克特博士说:“半机械蟑螂的最大利益是其体积小，可以在瓦砾的缝隙中移动，比以前传来的声纳生命探测器更广泛的探索。 我们试图用昆虫构建传感器网络，发现求助的消息。 我们会在灾害发生地马上测试这六条腿的半机械蟑螂。

怎么动？

1 .背包

研究者把3d打印背粘在蟑螂的背上，该背包连接由蟑螂的身体和电子部件构成的模块，电子部件包括印刷的电路基板，作为微控制器发挥作用。

2 .连接器

插入或粘接在蟑螂触手上的微小电极刺激神经细胞，诱导马达。 通过移动蟑螂的神经细胞，研究者可以控制半机械蟑螂的运动:如果移动右侧的触手，半机械蟑螂向左移动，半机械蟑螂向右移动。

3 .无线电

双向无线电和芯片天线发送关于环境、方位和附近声音的消息。 计算机算法可以利用这些消息协调多个半机械蟑螂来执行搜索和营救的任务。

4 .麦克风

一个或三个麦克风安装在背包上，捕获声音以明确声音的方向。 算法一边分解声音一边评价是否来自人，声音确实来自人的情况下，派遣蟑螂进行进一步调查。

5 .电池

重量只有0.5的3伏锂聚合物电池可以给背包供电，拆下电池充电。 也可以在背上安装小太阳能电池，不到两个小时就可以再次装满这个电池。