|
你以為的《流浪地球2》——科幻片； 不，背后全是真科技，有人研究、有人開發(fā)的那種。 太空電梯效果震不震撼？只是個腦洞？ 
但這其實是一些物理科學(xué)家的正經(jīng)課題，研究了快20年的那種。 還有日本公司已經(jīng)開始開發(fā)，計劃2025年左右于赤道附近的海上開工。 電影中出現(xiàn)的外骨骼機器人，甚至都能拿出來抽獎了： 
還有推動地球的行星發(fā)動機，它依靠重核聚變提供能量。 而現(xiàn)實世界里，1個月前人類才剛剛實現(xiàn)了可控核聚變研究的一項新里程碑研究——實現(xiàn)凈能量增益，讓核聚變產(chǎn)生的能量比注入的還要多。 
可能不少人看完《流浪地球2》都會想：這真的能實現(xiàn)嗎？ 
但真實世界里，很多科技點早就走在路上了。 哪些科技正在現(xiàn)實中推進？首先來看視覺效果燃爆了的太空電梯。 按照設(shè)想，太空電梯將通過纜繩連接地面和空間站，成為一個太空運輸基礎(chǔ)設(shè)施。 一旦成真，這意味著人類往返太空的成本將大大降低，而且還能更方便完成航天探索、清理太空垃圾甚至是太空旅行。 
△《流浪地球 2》其概念提出可以追溯到1960年。1975年，科學(xué)家就對太空電梯進行了第一次工程分析，結(jié)果證明所需電梯纜繩材料的比強度，是當(dāng)時任何材料都無法實現(xiàn)的。比強度是指材料的強度和密度之比。 按照目前的估計，太空電梯的纜繩材料的比強度應(yīng)該至少是鋼鐵的50倍。 
△《流浪地球 2》現(xiàn)如今，有很多學(xué)者在探索這一領(lǐng)域，加拿大瓦尼爾學(xué)院的物理學(xué)家斯蒂芬·科恩（Stephen Cohen）正是其中之一。他表示自己投身太空電梯研究已經(jīng)快20年了。 斯蒂芬對太空電梯的動力學(xué)、纜繩形態(tài)等方面做了理論研究，在他的影響下，還有學(xué)生開發(fā)了能模擬太空電梯操作員進入太空的軟件。 
△截取自斯蒂芬論文實際落地方面，日本大林組公司是代表之一。 他們于2012年正式啟動太空電梯項目，擬耗資100億美元，打造一個纜繩長約9.6萬公里的升降機，可以穿過大氣層在地表和太空中運送物資和人。 
△《流浪地球 2》目前他們正在進行纜繩材料的試驗驗證。此前已經(jīng)驗證了強度是鋼鐵數(shù)十倍的CNT（碳納米管），長期置于大氣層中，會被原子狀態(tài)的氧破壞。 不過CNT不會受到輻射影響，而且原子狀態(tài)氧只存在于地表上空約500公里內(nèi)的大氣層中，所以大林組工程師表示，可以在更高處使用CNT。 2021年，他們開始嘗試在CNT外面加上金屬和硅進行保護。 按照計劃，大林組的太空電梯將在2025年左右動工，纜繩預(yù)計在2030年建造。太空電梯將從重力和離心力相互平衡的3.6萬公里處開始上升，完成纜繩的建設(shè)后，將用大約1年的時間建設(shè)宇宙空間站，最快在2050年投入運行。 利用電能，升降機將能以200公里時速移動，轎廂總長度約144米，定員30人。 
△《流浪地球 2》另一個科幻片常見元素——宇航員休眠，其實也是如今醫(yī)學(xué)界重點關(guān)注的領(lǐng)域之一。 代表性事件是馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院已經(jīng)實現(xiàn)了讓患者處于“假死”狀態(tài)，延長人體創(chuàng)傷修復(fù)的窗口期，為手術(shù)搶救最多爭取1小時時間。 
通過用冰生理鹽水給人體降溫，研究人員成功將患者體溫控制在了10℃以下，減緩人體新陳代謝的速度，并且在恢復(fù)正常后不對人體造成明顯影響。 這意味著，通過低溫我們有機會讓人體進入“待機”模式，減少對能量的需要，同時為長途太空旅行創(chuàng)造機會。 比如從地球去土星就需要5年左右時間。這一過程會對人體造成很大危害，比如太空輻射、失重、長時間生活在密閉空間等。 歐洲航天局的科學(xué)家Jennifer Ngo-Anh表示，基于動物研究，已經(jīng)可以驗證冬眠能最大限度減少這些危害。 加拿大公司SpaceWorks Enterprises此前獲得了NASA的資助，嘗試開發(fā)一種“合成休眠（synthetic torpor）”的方法，理論上能讓宇航員實現(xiàn)長達14天的休眠。 
△來源SpaceWorks Enterprises而更接近于現(xiàn)實的，還是被大家稱作是電影隱藏主角的MOSS。
△《流浪地球 2》其底層技術(shù)量子計算機研發(fā)，咱們?nèi)祟愐呀?jīng)完成了第一階段：實現(xiàn)量子優(yōu)越性。 如IBM、谷歌、微軟等科技巨頭，都在加速推進量子計算研究。 谷歌號稱最早在量子計算機“懸鈴木”上實現(xiàn)了量子優(yōu)越，并在加州圣巴巴拉分校建立了谷歌量子AI實驗室。
△谷歌量子AI實驗室園區(qū)內(nèi)IBM目前在全球已經(jīng)擁有20多臺量子計算機。去年11月，IBM號稱造出了迄今全球最大量子計算機“魚鷹”（Osprey），擁有433個量子比特。 國內(nèi)，中科院潘建偉團隊是量子計算的代表。他們先后在量子計算機“九章”、“祖沖之號”上實現(xiàn)量子優(yōu)越性。 商業(yè)公司中，如阿里巴巴達摩院量子實驗室，也成功設(shè)計并制造出兩比特量子芯片，實現(xiàn)了單比特操控精度99.97%，兩比特iSWAP門操控精度最高達99.72%。 相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，到2031年左右，有將近8000億的市場規(guī)模將會直接與量子計算相關(guān)，全球70%的企業(yè)想在這方面做一些布局。 以谷歌、霍尼韋爾為代表的積極投入下，量子計算進入到探索如何解決實際應(yīng)用中高難問題的NISQ階段。國內(nèi)以百度、圖靈量子等機構(gòu)則正在探索實際場景中的落地應(yīng)用。 可以說量子計算落地已只差臨門一腳了。
除此之外，電影中也多次cue到了核聚變。 無論是炸掉月球，還是行星發(fā)動機，基于的原理都是核聚變。 從當(dāng)下來看，可控核聚變?nèi)耘f是難以攻克的難題，但是前景十分可觀。 加上如今人類實現(xiàn)了核聚變凈能量增益，讓聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量，比注入的能量還多，能量增益達150%，可以說是離“人造太陽”更近一步了。
由于核聚變的主要燃料是氫的同位素氘和氚，幾乎不產(chǎn)生碳排放，產(chǎn)生的長效放射性廢料也少得多。從理論上講，一小杯氫燃料就足以給一棟房子供電數(shù)百年。 之前的研究表明，海洋含有數(shù)億噸的氘，如果當(dāng)核聚變發(fā)電成真，僅一升的海水，就能產(chǎn)生相當(dāng)于300升汽油的能量。 而氚雖然本身比較罕見，但能通過自然界中極為豐富的鋰元素來反應(yīng)獲得，比較容易操作。 去年1月，被稱為中國“人造太陽”的EAST運行時間首次突破4位數(shù)，實現(xiàn)了1056秒的長脈沖高參數(shù)等離子體運行。
英國牛津的核聚變技術(shù)First Light Fusion 打造的超高速炮?？梢杂妹棵?.5公里的速度（19倍音速）向燃料靶發(fā)射彈丸，從而引爆核聚變。 這整個過程只花了不到4500萬英鎊，與傳統(tǒng)的激光和磁性約束裝置相比，成本是它們的千分之一。 與此同時，可控核聚變商業(yè)化也備受關(guān)注起來，如騰訊、米哈游等公司都開始投資。
最后要說的，則是讓人感到有些細(xì)思極恐的數(shù)字生命了。 它將人的意識植入到機器中，并依靠超強算力的量子計算機，實現(xiàn)了“永生”。 現(xiàn)在的技術(shù)，已經(jīng)在嘗試將人類或動物大腦和計算機相連，建立一種不依賴于常規(guī)大腦信息輸出的通路——即腦機接口。 比如意念打字、缸中之腦等，都多次引發(fā)熱議。 馬斯克也表示已經(jīng)把自己的大腦上傳到云端，還要和虛擬版的自己成為伙伴。而電影里，劉德華飾演的圖恒宇，最后就把丫丫的大腦數(shù)據(jù)上傳到了550W上……
如上幾方面，就是電影中科幻照進現(xiàn)實非常代表性的幾個方面。 有的已經(jīng)離應(yīng)用落地不遠，有的還需要多年探索。 制作過程科技濃度也超高回歸電影本身的制作過程，更是一場科技盛宴。 比較為人熟知的是制作組利用AI對李雪健老師的聲音進行修復(fù)。
李雪健今年已經(jīng)68歲，因為鼻咽癌，聲帶和聽力都受到影響，在預(yù)告里能明顯看出老人家說話很吃力、含糊不清。 但“小破球”制作組解決了這個問題：他們用AI修復(fù)了李雪健的原聲，臺詞句句清晰且鏗鏘有力；協(xié)助這位老戲骨再度獻上神級表演。 這也得到了網(wǎng)友們的連連稱贊：
此外，AI的應(yīng)用還體現(xiàn)在角色換臉上。 由于電影內(nèi)容貫穿主演幾十年的變化，所以制作組通過Deepfake給演員換臉，實現(xiàn)了年齡上的跨越。 導(dǎo)演郭帆和up主@影視颶風(fēng)介紹說，人的面部隨著年齡變化，不僅僅是增加了皺紋，骨骼也會發(fā)生改變，靠化妝加上簡單的后期暈染，效果可能不夠自然。 在預(yù)算等因素的限制下（不愧是小破球），最終他們啟用了基于Deepfake開源算法二次開發(fā)的方案，用目標(biāo)演員的海量素材訓(xùn)練AI，來替換拍攝素材。 最后，AI在不同鏡頭下，幫制作組完成三成到七成的工作；剩下的則靠人工手動調(diào)節(jié)完成。據(jù)片方人員介紹，這樣省事省力又省錢。
這邊用技術(shù)“以假亂真”，另一邊，在很多我們以為是“假”的地方上，制作組用的卻是真家伙。 比如開頭提的外骨骼機器人，就是機器人科技公司傲鯊智能的產(chǎn)品。
傲鯊智能表示，現(xiàn)實版外骨骼已在多個場景中落地，而且全身外骨骼已在小批量生產(chǎn)，后續(xù)將推出民用產(chǎn)品。 而電影中的挖掘機、起重機等，是徐工集團專門根據(jù)導(dǎo)演組要求，用自家機器改裝出來的。
△圖源：微博@國資小新；左為現(xiàn)實版，右為電影版還有出鏡率超高的各種移動機器人，也都是實際產(chǎn)品，由艾智合機器人提供。
除了各方技術(shù)支持外，《流浪地球2》的科學(xué)顧問也是天團級別——直接找到中科院的大佬們。 據(jù)悉，這些受邀的科學(xué)家涉及多個領(lǐng)域，他們分為理論物理、天文、地球科學(xué)、人工智能、基礎(chǔ)材料、航空航天等組別。 比如最近手繪《流浪地球2》科普的中科院計算技術(shù)研究所研究員王元卓，就是顧問之一。
△圖源：微博@王元卓在他們的支持下，影片中數(shù)字生命部分電腦上的代碼、圖恒宇家里墻壁上的公式，都是真的。 以及月球核爆用相控陣來實現(xiàn)，據(jù)說也是中科院物理所大大們手推公式驗證過的…… 就連科學(xué)家們的生活習(xí)慣，制作組都“力求還原”，甚至半夜給顧問大佬打電話： 如果兩個頂級科學(xué)家一起坐電梯，他們會聊點啥？
One More Thing不得不說，三個小時的電影，彩蛋盤點至少得看好幾天。 就連劉慈欣走出影院都得說一句：每次都能發(fā)現(xiàn)新細(xì)節(jié)。
電影中的很多科幻元素，取材于大劉的不同作品。 太空電梯是和《三體》原著的聯(lián)動；在月球上布設(shè)核彈的情節(jié)《吞食者》中就有出現(xiàn)，不過在這部作品中月球只是被推走了，沒有炸掉。 數(shù)字生命的概念聯(lián)動，則來自大劉從未出版的科幻處女作《中國2185》。 這部小說構(gòu)建了一個2185年的世界，那時社會老齡化問題嚴(yán)重，老人（100歲 ）可以保留電子化的大腦思維生活在數(shù)碼世界里，實現(xiàn)“永生”。 更耐人尋味的是，這本書中提及的許多概念，都和當(dāng)下的真實生活有所對應(yīng)。 比如萬物互聯(lián)——互聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)；備份記憶——數(shù)據(jù)備份；病毒原理式信息武器——邏輯炸彈；CPU計算硬件資源的分配與爭奪——算力資源緊張…… 如果是現(xiàn)在翻看，恐怕難以辨認(rèn)這到底是科幻作品還是現(xiàn)實小說了。
不過，也不是沒有“破綻”——因為《中國2185》的世界里，結(jié)婚離婚還要插磁盤。 但這情有可原，畢竟作品的最后一句話是： 1989.2.15 于娘子關(guān)。
參考鏈接：
[1]https://theengineerspulse./p/space-elevator.html
[2]https://voices.vaniercollege./vanier-researcher-profile-stephen-cohen/
[3]https://www./kgjp_keji/kgjp_kj_sea/pt20211012000004.html
[4]https://www./science/biology/features/chasing-ghosts-unlocking-the-mysteries-of-human-hibernation/
[5]https://www.163.com/dy/article/HRENDQP505532V1M.html
[6]https://www.bilibili.com/video/BV1x84y1j7Zn/? 百度研究院、阿里達摩院、量子位智庫
年度十大科技報告 總結(jié)2022，預(yù)見2023。來自百度研究院、阿里達摩院和量子位智庫的年度十大科技報告均已發(fā)布，點擊下方圖片即可跳轉(zhuǎn)查看。 點這里??關(guān)注我，記得標(biāo)星哦～
|
