【聚焦】美国杂志公布的2016年十大发明,总有一款打动你!

  近日,美国《大众科学》杂志梳理了2016年度十大发明:从可以吞进肚子里的生命体征检测器到“高颜值”、高技能的私人飞机;从小而精的3D扫描仪到又萌又贴心的机器人小伙伴,这些或炫酷、或精巧的发明让我们身处的世界变得更智能、更有趣、更美好。




能监测生命体征的“药丸”——可吞服“听诊器”EnteroPhone


  发明人:哈佛医学院布莱根妇女医院的乔凡尼·特拉法索,麻省理工学院(MIT)的罗伯特·兰格,MIT林肯实验室的阿尔伯特·斯威士顿、泰德·休斯、克里·约翰逊、格雷格·奇卡雷利

  所属机构:哈佛医学院、MIT林肯实验室

  成熟度:1/5


  生命体征是身体健康的重要指标,但有时要跟踪心、肺等体内深部器官的体核温度可能需要采取侵入性手段,这对病患来说往往会产生负作用。不过,要是只吞下一颗“药丸”就能搞定,那任何人都可以承受。

  2012年,当哈佛医学院布莱根妇女医院的胃肠病学专家、生物医疗工程师乔凡尼·特拉法索和MIT林肯实验室的生物材料专家阿尔·斯威士顿在一个工作场合偶遇时,都意识到了这一点。当时,特拉法索正在研究可吞服医疗设备,而斯威士顿则在研究生命体征监测,两人一拍即合,决定联手打造特拉法索所谓的“可以吞服的听诊器”。

  “从根本上来说,它就是一个微型扩音器,能够听到医生想要听到的那些声音。”斯威士顿解释说。这款名为“EnteroPhone”的生理状态监测(PSM)药丸包含有一些特制的、可以“收听”心跳声和肺部活动声音的迷你扩音器,以及一个可以测量体核温度的迷你体温计。它是目前唯一一种可以同时跟踪三项关键生命体征的药丸式检测器。

  目前,这种药丸的样品已在猪身上测试成功,该研究团队计划接下来进行人体试验。如果一切顺利,那么军方或许有一天会用这一设备在战场监测士兵的健康状况;马拉松运动员也能在比赛中密切监测自己的心率情况。另外,医生也能借用它发现心率失常或哮喘的早期症状。

  研究人员希望有朝一日能把药物输送也纳入设计之中,如此一来,当EnteroPhone检测到异常时就能及时给药施救。





让普通人探测深海的“水下无人机”——海底探险家Trident


  发明人:埃里克·斯塔克波尔、戴维·朗

  所属公司:OpenROV

  成熟度:5/5


  2012年,埃里克·斯塔克波尔和戴维·朗打算进行一场寻宝之旅,他们想建造一个便宜的无人遥控潜水器(ROV)来探测一个水下洞穴——听说洞里藏有金子。为了寻求帮助,他们到网上向热心的志同道合者咨询。结果,一个开源社区迅速成立,一起进行这个无人遥控潜水器的设计。

  事实证明,虽然所谓金子的传说只是子虚乌有,但柳暗花明又一村,斯塔克波尔和朗依然取得了成功,他们发现了便宜好用的水下探测工具的市场前景。于是,两人决定研制出一款让“人人都能享受”的探险装备。迄今为止,已有数千人使用他们研制的装备进行水下探险活动,如观察瓜头鲸、发现蛤类的生物荧光能力等。现在,他们成立的OpenROV公司在此装备的基础上新推出了名为Trident的“水下无人机”。无人机上天自然不是新闻,但Trident这款无人机可以下海,着实吸引了众人的目光。

  借助开放社区内数千人的智慧,OpenROV赋予Trident诸多不同于其他潜水器的新特色:下潜深度可达100米;三推进器设计方便精准操作;流畅外形使运动更稳定、快速。Trident还可以半自动地进行长长的平行线式行进,因此能拍下海床或湖床的地貌;用户也可以使用其他辅助设备,如特殊的照明系统和海水采样器等对此款水下无人机进行改装。

  此外,朗认为:“Trident的操控非常有趣:普通的ROV操控起来会感觉更重、飞行速度更慢。”斯塔克波尔补充道,操纵Trident简直就像在驾驶一架喷气式战斗机,是会上瘾的。据悉,OpenROV计划2016年11月出货。




便携又精确的3D扫描仪——小而精的Eora3D


  发明人:埃里克·斯塔克波尔、戴维·朗

  所属公司:Eora3D

  成熟度:5/5


  2012年,拉胡尔·柯杜力、阿斯凡德·可汗和理查德·博尔思三人正在设计一个太阳能跟踪系统,但失败了。为了搞清楚问题在哪儿,他们需要通过3D扫描了解一块金属盘是如何变形的。但一直以来,高精度3D扫描仪都应用在专业领域且身价不菲,动辄上万,使普通消费者只可远观而不可近玩。

  “当时能找到的3D扫描仪最便宜也要2万美元,我们买不起。”可汗说,“于是我们去图书馆查公开资料,用一个摄像机和一个便宜的激光器拼凑了一个3D扫描仪。”

  在借助公开资料对这款3D扫描仪进行改进的过程中,他们意识到,原来有很多人和自己一样,希望拥有便宜且精确的3D扫描仪。于是,他们把太阳能项目放到一边,造出了Eora3D。这是一个与智能手机相连的激光扫描仪,分辨率达到工业扫描仪的水平,但价格要可爱得多,只需319美元。经过一轮成功的众筹活动,这款扫描仪将于6月上市。

  Eora3D成功的关键在于,它利用了智能手机的处理能力,使得它“既是一项软件创新,也是一项硬件创新”。目前市面上也有其他智能扫描仪,但分辨率很低,这是因为它们只是将照片拼在一起却没有捕获可靠的深度数据。而Eora3D通过一个碳酸瓶大小的设备来获得更高的精度,这一设备与智能手机相连并且采用520纳米波长的绿色激光(非通常激光扫描仪所采用的红色激光)对物体进行环绕扫描,并在智能手机上重建出物体的高精度三维模型。

  为了从不同角度捕捉对象,用户可以将设备置于一个与蓝牙相连的转盘上,转盘与激光同步旋转,这一方法非常适合扫描小型物体。对更大的物体来说,Eora3D可以从不同角度扫描几次,然后将图像拼贴在一起构建出物体完整图像。




能自己发电的照相机——自给自足的“永恒照相机”


  发明人:什里·那亚尔、米哈伊尔·弗里德伯格、丹尼尔·希姆斯

  所属机构:哥伦比亚大学

  成熟度:3/5


  乍看上去,四四方方的“永恒照相机(EternalCamera)”像是老款的银版照相设备,但外表往往具有欺骗性,它其实完全是一个新鲜玩意:一款可以给自己充电的相机。

  计算机科学家什里·那亚尔带领哥伦比亚大学计算机视觉实验室的研究人员制造出了这款“永恒照相机”,其关键在于让将光转化为电的光电二极管身兼两职。在数码相机中,光电二极管主要负责测量光;而在太阳能电池板内,它们的主要职责是捕获能量。现在,“永恒照相机”内的光电二极管承担起了这两份工作。如此一来,只要有光存在,该照相机就能产生足够的电力不停拍照。

  那亚尔团队最初只制造了一个兼职光电二极管,一次只能拍一个像素,凑成分辨率不高的整幅图片大约需要一个小时。现在,“永恒照相机”的摄像传感器使用1200个光电二极管,排成30×40的阵列,每个二极管都会检测穿过透镜的光并将它变成电信号,一个电信号代表一个像素,这些电信号集合在一起就能创造出一幅图像,就像在普通相机中一样。但与普通相机不同的是,“永恒照相机”的每个光电二极管都连接到一个专用电路中,它可以收集吸收到的光线产生一些电力,将它们存在电容中供自己使用。

  该相机每秒可以拍摄一幅照片并在外部显示屏显示出来。下一步,研究团队希望在缩小相机尺寸的同时,提高拍照速度和分辨率。未来,“永恒照相机”可用于对电力供应有特殊要求的专业项目,如追踪野生动物、降低太空探索项目中的电力消耗或提供24小时安保监控等。

  对那亚尔来说,这台相机的魅力远远超出其取得的技术成就。“它也有浪漫的一面。”他说,“它能在不消耗电力的情况下不断获得信息,可以永动——这本身就是一个强大的概念。”




更好用的盲人平板电脑——“神圣盲文(HolyBraille)”平板电脑


  发明人:布伦特·吉莱斯皮、亚历克斯·鲁索曼诺、马克·伯恩斯和赛莱·奥莫德莱

  所属机构:密歇根大学

  成熟度:1/5


  平板电脑能让人们更自由地在信息的海洋里遨游,但视力受损者似乎无福享受这一福利:因为目前安装在平板电脑上的盲文阅读器一次只能显示一行文字,还没有一种优雅且便宜的方法让他们进行流畅的电子阅读。在布伦特·吉莱斯皮、亚历克斯·鲁索曼诺、马克·伯恩斯和赛莱·奥莫德莱等人领导下,密歇根大学的科学家希望研制出一种一次可以显示一整页的新型盲文电子阅读器。

  该项目部分受到了奥莫德莱的启发,她本人就是视力受损者。奥莫德莱说:“现有的盲文显示器不允许用户接收很多盲文编码和图像信息,而数学和音乐必须立体呈现,一般会跨越好几行,现有盲文显示器无法显示。”

  从理论上说,现有技术可以让盲文显示器像平板电脑那样实现整页浏览,但成本极高,如现有单行显示器使用的电子元件成本超过3000美元,整页显示价格可能高达55000美元,让普通人望而兴叹。为了降低成本,研究人员最后选择用微流体来制造这款称为“神圣盲文(HolyBraille)”的设备。目前研制出的样品只有几英寸宽,研究人员希望将其扩大实现整页显示,并将成本控制在1000美元到2000美元之间。




让梦想照进现实——悬浮滑板
“Omni”


  发明人:来自加拿大蒙特利尔的发明家亚历山德鲁·杜鲁

  公司:全悬浮滑板(OmniHoverboards)

  成熟度:3/5


  1989年面世的《回到未来2》告诉我们,我们将可以在墙上弹来弹去,或从地面漂浮起来上演追车大战,而这些全靠一块滑板就能实现。

  2015年5月22日,加拿大魁北克的乌阿霍湖在温暖阳光照射下显得十分平静,但一个像从《回到未来2》中飞出来的东西出现在水面上,打破了这种宁静。亚历山德鲁·杜鲁站在一个自制滑板上“飞”到了离水面16英尺(约合4.88米)高的地方。他总共“飞行”了275.9米,创下“悬浮滑板最远飞行距离”,完爆此前滑板飞行50英尺的纪录。此后不久,吉尼斯世界纪录官方正式对此表示认可。杜鲁说:“这个滑板可以给你其他机器无法提供的感觉,它无可比拟。”

  杜鲁是一名软件工程师,在过去五年间一直致力于完善他称之为“Omni”的飞行滑板设计。他最初做出的版本极其简陋:一块木头绑在一个发动机和推进器上。而现在的版本经过其新公司“全悬浮滑板”和当地大学生的改进,已精良了不少。新款滑板由碳纤维制成,但仍然充满了DIY感:它用8个大推进器实现离地飞行,由16块锂电池驱动。

  杜鲁和其研究团队目前正在研制功能更强大、外形更漂亮也更安全的第二款样本,并计划2017年推出正式产品。他说:“很多人希望未来能用上悬浮滑板,我认为他们的美梦就要成真了。”

  不过,Omni公司目前对该滑板上锂电池过重表示担忧,他们打算以后用燃料发动机代替。如此看起来,悬浮滑板虽然离普通人的生活还有一段距离,但这些高科技原型让人们相信,有朝一日人类是可以像阿拉丁一样坐上飞毯飞起来的。




最炫酷的私人飞机——“女武神
(Valkyrie)”飞机


  发明人:戴维·劳瑞

  公司:美国民营飞机制造商深蓝色(Cobalt)

  成熟度:5/5


  私人飞机已成为富豪们的标配,但长期以来,私人飞机的设计大同小异,不像豪车那样令人眼花缭乱,因此他们的选择并不太多。或许是看到了其间潜藏的商机,独立航空工程师戴维·劳瑞发明了“史上最拉风的私人飞机”“私人机中的战斗机”——“女武神”。它不仅设计酷炫、“颜值”超高,同时还拥有同级飞机中最快的速度和最远的航程。

  从外观上看,“女武神”不仅漂亮,而且未来感十足。劳瑞坦言,自己在设计时充分考虑到了美学问题。他解释说:“机体前部外凸,后部内收,两者结合之处有个连接点。”

  劳瑞并非经典车迷,但在决定“重塑”私人飞机时,还是将目光投向了豪华汽车及其设计美学,希望从中寻找灵感。他说:“我主要看了玛莎拉蒂和奔驰,从它们身上得到启发,逐渐孕育出概念和想法。”一个例子就是令人眼前一亮的驾驶舱:一体成型的透明舱盖是私人飞机中最大的顶篷,可以为驾驶员提供多达320度的视角,也让其他乘员非常便利地欣赏到飞行中的景色。

  除了高颜值外,劳瑞还希望“女武神”节能、高效、便于操纵,因此,他借鉴战斗机的设计,让机翼采用鸭式布局。这种在主机翼前再设置一个小副翼的好处很明显:可大幅提高飞机操控度之余,还能和主机翼形成耦合效应,为飞机提供额外的升力。“女武神”操作非常简单,劳瑞说:“就像驾驶汽车一样。”

  “女武神”的发动机和螺旋桨都在飞机尾部,涡轮增压下的发动机动力达到了350匹,而且能够通过加氧维持高空飞行的速度。得益于出色外形和动力设计,其飞行速度最高可达483千米/小时,比一般单螺旋桨飞机快;航程为1931千米,同时消耗的燃料更少。

  劳瑞的“深蓝色”公司打算最早于2016年年底开始接受用户对实验版“女武神X(ValkyrieX)”的预订,并于2017年中推出消费者版本Co50Valkyrie。这两款飞机在配置上没有太大差别,只是Co50得到的认证更多一些,能在更多的国家飞行,因此售价也更昂贵。

  谁都向往在天空自由飞翔,但前提是你得有钱。“女武神”和普通人之间唯一隔着的,是75万美元的价格。劳瑞认为,这一定价只比同级私人飞机贵一点儿,相当合理。他说:“造这样一架飞机不容易,‘女武神’诞生之前,市面上的私人飞机既没有吸引力,又没有操作乐趣。”




迄今最快的3D打印机——M13D打印机


  发明人:约瑟夫·德·西莫内、亚历克斯·叶尔莫什金、艾德·萨穆尔斯基

  公司:碳(Carbon)

  成熟度:5/5


  2015年3月,在一场演讲中,约瑟夫·德·西莫内静悄悄地实现了三维打印革命,他只用6分多钟,就打印出了一个手掌大小的网格球体,而过去打印出这样一个球体一般需要几个小时。

  创办多家企业的西莫内在博士后亚历克斯·叶尔莫什金帮助下,发明了这一快速三维打印方法。他们没有用现有的常规技术,而是从电影《终结者》里液态金属机器人T-1000那里获得灵感。

  就像那个虚拟机器人一样,他们发明的M1打印机从液体树脂中“长出”固体——利用“连续液体界面生产(CLIP)”技术,使用紫外线和氧气“雕琢”树脂。结果非常成功,与传统3D打印相比,M1的打印速度提高了25到100倍。它也能处理更多材料,包括所有聚合物。与传统分层打印机相比,连续液体界面生产技术的分辨率更高,非常适合商业定制。

  西莫内这样介绍这一技术:“通过重新思考3D打印的整个过程及其背后的化学物理原理,我们研发了一项新技术,能以比传统技术更快的速度创造零件——即从液态树脂里‘长出’新零件。”

  外媒在2016年3月的报道中指出,这种3D打印技术使物体可以产生于液态介质,而非像过去25年所使用的层层打印,它代表了3D打印的一种新方式,开启了创新应用领域,不仅包括健康保健和医疗,也包括汽车和航空等重大行业。

  现在,西莫内与化学家艾德·萨穆尔斯基共同创办的“碳”公司,正在与宝马汽车、强生等公司合作测试其产品。




贴心的机器人伙伴——又萌又暖的吉宝“Jibo”


  发明人:辛西娅·布雷泽尔、乔森纳·罗斯、法达达·法瑞狄、安迪·阿特金斯、瑞奇·桑德伍斯基、托德·派克

  公司:吉宝(Jibo)

  成熟度:5/5


  还在孩提时代时,辛西娅·布雷泽尔就特别喜欢《星球大战》系列电影中机智、勇敢而又鲁莽的宇航技工机器人“R2-D2”及其机器人同伴C-3PO,因为它们不仅像人们期望的那样功能强大,还特别人性化。布雷泽尔说:“这些机器人在很多方面是完全成熟的角色,他们会关心人。我认为,它真正激发了我的想象力。”

  几十年后,作为麻省理工学院社会型机器人专家,布雷泽尔决定给一个真正的助手机器人注入同样的人性魅力。在发明伙伴乔森纳·罗斯、法达达·法瑞狄、安迪·阿特金斯、瑞奇·桑德伍斯基和托德·派克的帮助下,她创建了一家吉宝公司,在网上发起了众筹活动。功夫不负有心人,如今,她的作品——又萌又暖的机器人吉宝(Jibo)已经准备就绪,要跟主人们见面了。与之前的机器人主要用于教育和医疗不同,Jibo专为家庭用户使用,布雷泽尔希望用户会发现机器人产品有趣和友好的一面并成为家庭的一员。

  和许多优秀的人工智能助手一样,Jibo可以接电话、发出提醒。它“体重”7.6磅(约3.45公斤),身高约1英尺(0.3米),可以识别人脸,熟悉并适应家庭成员的习惯爱好,还可以根据你的情绪讲你喜欢的睡前故事,或按你的要求给你拍张照片,在厨房教你做菜等。

Jibo内置的360°麦克风和语音处理系统,可以让家庭成员在房间的任意位置与机器人交流。它还可以通过图像、声音和肢体运动与小孩互动,在逗小孩高兴的同时,丰富小孩的知识。

  那些在最初的众筹活动中多掏了100美元的人,可以得到一个研发版的Jibo(标准的家庭版,售价499美元),而且在2016年夏天售货之后,他们还可以不停往指令表里添加新内容。

  布雷泽尔表示,与其他家庭机器人(比如亚马逊的AmazonEcho)相比,Jibo向前迈出了关键的一步。Echo是亚马逊推出的一款智能控制设备,同时包含一位名叫Alexa的语音助理。布雷泽尔说:“Alexa的出现证明,我们在创新家庭科技的体验方面还有很大空间。但是,我有一半时间会忘了它就在那儿。相比之下,Jibo既能带来高品质的参与感,也能带来个人化的关注感。”




能打印桥梁的机器人——多轴3D打印MX3D


  发明人:蒂姆·古特詹斯、约里斯·拉曼、盖斯·范·德-费尔登

  公司:MX3D

  成熟度:3/5


  过去12年里,位于荷兰阿姆斯特丹的约里斯·拉曼实验室进行了很多实验性家具和艺术品设计。为了获得更富有创意的设计,拉曼及其合伙人很早就引入了3D打印。尽管如此,现有的3D打印机无法制造出那些较大型的设计,于是,该团队干脆研制出了自己的3D打印系统:多轴3D打印(MX3D)。“干嘛不制造出一款工业机器人,给它装上先进的焊接机,看看它能干些什么?”约里斯·拉曼实验室及其附属研发公司MX3D的首席技术官蒂姆·古特詹斯说。

  该研究团队首先研制了控制工业机械臂的软件,然后装配挤压机——3D打印机“吐出”材料的那个部分,接着使用铜和铝进行打印。大部分3D打印机将挤压机装到一个框架上,并赋予它们三个运动轴,而MX3D则有6个运动轴。它是一个能灵活移动的机器人,可以和被打印结构一起运动或围绕它行动,从而打印出几乎任何尺寸或形状的物体。

  为了展示MX3D创造耐用大型物品的能力,该研究团队脑洞大开,决定在拥有165条运河的阿姆斯特丹打印出一个能够使用的钢铁大桥。他们希望借助这一活动证明这一技术的潜能,同时给人们更多启发。

  据悉,他们计划于2017年将设计好的建筑用3D打印机器人运送到阿姆斯特丹运河的边缘。然后,只要启动机器离开,3D打印机器人将从桥的一侧开工,向另一侧逐步推进。两个月后,一座钢铁大桥将会出现在水面上。届时,机器人将使用钢材进行打印,焊接温度达1500摄氏度,因此,最终建成的大桥坚固程度是可靠的。

  假如这座大桥如期建成,那么将可借鉴此方法开发出更多3D应用。例如,公路和铁路运输因故中断时,3D打印机器人将可以协助打通一条交通线等。


资料来源:科技日报






编   辑:何飘飘   校  读:钟坚  郑煊  







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