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流浪地球破30亿是怎么回事?盘点电影中的黑科技

2月14日情人节,14:39:37分,中国首部“硬科幻电影”《流浪地球》累计正式突破30亿大关。

这也使得该片成为内地影史第六部达到这一级别的电影,并且仅用10天破30亿的速度,也打破了此前《战狼2》保持的纪录(11天)。

《流浪地球》自大年初一上映后,口碑票房双收。不仅在国内连创票房新高,在国外上映时也频频饱满,引发国外观众点赞。

有外媒表示,中国凭借此片一举跃入科幻电影领域,展现出中国电影人日益雄厚的制作预算和信心,他们已经有能力挑战这一曾经由好莱坞垄断的题材。

西方影评家、《商业内幕》出版人Christian Edwards在接受CGTN北美分台采访时说,《流浪地球》是令人兴奋的史诗级作品,这部电影宣布中国进入了科幻电影制作殿堂,并为科幻电影带来了中国人的价值观,不是好莱坞式的“孤胆英雄”,而是团结的力量,中国人的家园观、家庭观、平等主义,看起来让人愉快。

“演员演的也不错,值得一提的是吴京,这个主角是具有明星品质的,他的表现不逊《战狼系列》,他绝对是一个冉冉升起的巨星”。

关于《流浪地球》中的那些超级科技

关于《流浪地球》中的那些超级科技,在前几天的文章中,小编已经简单讲述了太空旅行方面可能遇到的问题及解决方法,其中涉及到的丰富知识和先进技术令人叹为观止。不过,太空旅行终究还是一件离我们比较遥远的事,电影中一些相对接地气的技术,更值得我们关注。

在《流浪地球》中,有一幕给小编留下了深刻的印象。当一行人放弃车辆,从上海中心大厦逃出后,有救援队队员表示,如果急行军的话,他们可以在3小时内到达杭州发动机。

虽然电影没有给出杭州发动机的具体位置,但小编查了一下,从上海中心出发到杭州,最近的余杭区也在140公里以上,换句话说,剧中的救援队徒步行进速度可以达到接近每小时50公里,这个数据是相当恐怖的。通常情况下,一个成年人的步行速度不过4-7公里/小时,而物理书的取值是6公里/小时,影片中的速度一下子加快了8倍多。

这还是在没考虑到他们负重的情况下。电影中,救援队在上海已经失去了车辆,而他们还要负责运送那颗“火石”。电影没有给出火石重量,但我们可以简单推算一下,火石既然是用来点燃重聚变发动机,引发聚变反应的材料,那么应当是一颗核弹。看它圆滚滚、比人略高的样子,体积可能和二战时的核弹“胖子”差不多。“胖子”重达4.5吨,再考虑到现在的核弹密度大得多,估计火石的重量至少在10吨以上了。

也就是说,救援队一行5、6个人,前拉后推带着一个10吨以上的物件,徒步速度还能达到50公里/小时,这种远超人体极限的运动能力,凭什么?

影片末段给出了答案:当救援队员凭3人之力推动巨大的发动机撞针时,他们身上穿的那一层装甲开始冒烟,内部开始有声音提示“功率过高”。这说明,他们外面的这套装甲正在给他们提供助力,而救援队的急行军,靠的也是这套外骨骼提供的动力,这就是动力外骨骼系统。

动力外骨骼大概可定义为一套穿在或套在人类躯体之外,自有动力驱动各个关节,根据人体肢体活动通过感应、伺服、驱动装置使相应部位的机械产生相同动作的设备。目的是在速度、力量、耐力等方面用机械动力提升人类运动能力。相较于影片中“重聚变反应堆”这种充满想象力的科技构想,外骨骼更加贴近现实,它不仅在军事领域的开发已有一段时间,如今也正慢慢走入商用和民用领域。

动力供应

动力外骨骼工程师面临的最大困难当属动力问题。现在世界上根本没有足够能量密度的电源,可以维持一台全身动力的外骨骼续航几个小时以上。想想看,像电动汽车那么大体积的设备,配备专门的电池仓,续航里程也不过300-400公里,人体大小或者稍大点的设备,续航更不容乐观。更何况,一些模仿人体的复杂动作,可能比单纯驱动电动车前行要消耗更多能量。

当然,在电影里这不是问题。电影中救援队50吨的运载卡车能在5分钟加满能源,这种快充技术给动力外骨骼充电那更是轻轻松松的事(5分钟充满50吨卡车能源,也说明不是加的燃油)。另外,电影里的卡车从杭州开了3000多公里到马尼拉才加油,说明电池能量密度也取得了重大提升。只是不知道这种革命性的技术突破什么时候才能真正出现?

有科学家设想过采用电化学燃料电池,如固体氧化物燃料电池(SOFC)。这种电池充电快,燃料携带方便,还可以轻易地在野外找到甲醇等替代燃料进行补充。唯一的遗憾是,这种电池需要在极高温才能工作,一般认为是600℃,现在暂时还没有相关技术突破。

材料

初期的外骨骼实验通常使用廉价且易成型的材料,如钢铁和铝。然而,钢铁太重,动力外骨骼的动力大半损耗在克服自身重量上了,导致效率偏低;铝合金重量虽轻,但又容易疲劳失效,在重量级任务中可能会损毁,反过来伤害使用者,这是不可接受的

在逐步摸索过后,工程师们开始采用更昂贵、更坚固、但重量更轻的材料,如钛,同时,如模压碳纤维板之类新的构件施工方法也极大改善了外骨骼的结构强度。

驱动结构

强度和重量的矛盾同样出现在机械驱动的选择上。传统的液压设备功能强、精度高,但其软管和执行机构的液压缸内充满液体,导致其重量相当大。此外,流体运动本来就难以精确预测,如果要外骨骼像人类关节一样做出高度复杂的动作,可能会给液压系统带来沉重压力。同时,加压液体如果发生泄漏,对穿戴者也是十分危险的。在巨大压力下,泄漏喷射出的射流可以轻易穿透皮肤,造成伤害。

一般来说,伺服电机利用高高斯永磁体和降压齿轮提供高扭矩和响应运动,效率更高,功率密度更大。齿轮伺服电机也可以利用电子制动保持在一个稳定的位置,同时消耗最小的电力。

此外,基于对人体四肢刚度控制的思想,科学家还提出了新的弹性驱动器和其他可变形驱动器设想。其中气动人工肌肉被认为是相当有前途的一种。在这种驱动机构中,气缸负责驱动人工肌肉作推拉动作,模拟人体的肌肉运动。它可以提供很大的力量,而重量却比较小。多个气动人工肌肉可以按任意方向、位置组合,不需要整齐的排列。

关节的灵活性

如何保证灵活性,从研发硬壳宇航服以来,这个问题就深深困扰着科学家。例如,臀部和肩部的关节是球关节和窝关节,其旋转的中心在内部。如果使用外部单轴铰链点,外骨骼很难精确匹配球关节的运动,限制了佩戴者的灵活性。

但如果在外骨骼肩部或髋部添加一个单独的球关节,当这个球关节在其运动范围内旋转时,膝关节或肘关节的位置长度会变长或变短,导致关节与佩戴者的身体错位,这对外骨骼的适配设计又是一个考验。

动力控制与调制

在动力控制方面,外骨骼需要解决2个问题,如何获得力和如何输出力?外骨骼需要采集到人的意图,从而把意图变成电机/液压的合适的输出力,获得人类意图有2种方式:直接获取操作者意图和间接获取操作者意图。

直接获取意图的方式主要是采集人体生物信号,包括脑电信号、心电信号、肌电信号、眼电信号、脑磁信号等,目前用得最多的是肌电信号和脑电信号,但依照现有的技术水平,在数据噪音、建模和校准方面都困难重重。

大家觉得,《流浪地球》最终能打破《战狼2》保持的56.8亿的中国影史票房纪录吗?


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