科學(xué)技術(shù)重構(gòu)大眾交通

曹 兵/編譯

科學(xué)技術(shù)重構(gòu)大眾交通

曹 兵/編譯

泰科電子公司的技術(shù)副總吉姆·托斯（Jim Toth）對(duì)這一切了如指掌。作為先進(jìn)材料領(lǐng)域里的專家，他在交通運(yùn)輸和基礎(chǔ)設(shè)施巨頭的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室擁有多年的工作經(jīng)驗(yàn)，領(lǐng)導(dǎo)公司的創(chuàng)新戰(zhàn)略?！哆B線》雜志品牌實(shí)驗(yàn)室就此采訪了托斯先生，與他一起探討科學(xué)研究是如何影響交通運(yùn)輸并影響整個(gè)世界的。

問：當(dāng)我們想象下一代交通運(yùn)輸時(shí)，我們就會(huì)在腦海中浮現(xiàn)諸如自動(dòng)駕駛汽車和Hyperloop超高速鐵路。那么，是什么樣的研究在幕后推動(dòng)這些創(chuàng)新呢？

答：輕量化在交通運(yùn)輸?shù)母鱾€(gè)領(lǐng)域都能找到實(shí)例，它讓汽車運(yùn)行更加高效。例如，復(fù)合材料用于飛機(jī)后獲得巨大成功，現(xiàn)在越來越多地應(yīng)用于公共交通領(lǐng)域。銅已被制造商拋棄，他們將目光投向鋁，因?yàn)閱挝毁|(zhì)量鋁的傳導(dǎo)效率更高。

統(tǒng)領(lǐng)全局的是不斷提高的計(jì)算能力：將高速運(yùn)行的計(jì)算機(jī)引入汽車以及其他交通運(yùn)輸工具中的成本日漸降低。通過在汽車周圍集成各種傳感器，就可以實(shí)現(xiàn)包括自動(dòng)駕駛在內(nèi)的創(chuàng)新。

問：說到先進(jìn)材料科學(xué)和輕量化趨勢(shì)，通常在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)多久能看到新突破？這些新突破最終將如何提升人們的出行效率？

答：從銅到鋁就是一個(gè)大突破。而說到輕量化，我們可以看到利用3D打印技術(shù)制造出來的新結(jié)構(gòu)。我們可以打印出一些新穎的孔結(jié)構(gòu)——例如格狀結(jié)構(gòu)，它們的強(qiáng)度非常高，使用傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝進(jìn)行制造是不可想象的。你可以減少50%的質(zhì)量，同時(shí)保有原有的強(qiáng)度，這都是內(nèi)部格狀結(jié)構(gòu)的功勞。

問：那么，是研究指導(dǎo)設(shè)計(jì)，還是工程需要相關(guān)研究呢？

答：兩者都有。這是一個(gè)互相影響的過程。當(dāng)人們遇到問題，他們會(huì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，嘗試尋找答案。但是在很多情況下，他們最終解決的問題并不是他們最初想要解決的。這純粹是機(jī)緣巧合，所思非所得。

問：研究并不僅僅是建造更加輕巧的交通工具和結(jié)構(gòu)，我們還要考慮強(qiáng)度問題。目前，工程師會(huì)采取哪些手段來提升材料的強(qiáng)度呢？

答：我們會(huì)嘗試加入納米管或新型的碳結(jié)構(gòu)，又或者單原子層石墨、復(fù)合材料，它們都可以提升強(qiáng)度。我們現(xiàn)在還可在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)新材料和新結(jié)構(gòu)做數(shù)學(xué)模擬，整個(gè)過程更方便更快捷。再者，我們可以設(shè)計(jì)完整的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，例如利用3D打印來完成。隨著人工智能的引入，實(shí)際上你可以用計(jì)算機(jī)來設(shè)計(jì)人類無法想象的結(jié)構(gòu)。輸入?yún)?shù)啟動(dòng)程序，讓計(jì)算機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間，說不定你就會(huì)看到人類認(rèn)知中尚沒有概念的新結(jié)構(gòu)。

我們目前所看到的許多例子還處于試驗(yàn)階段。諸如“材料工程”程序，許多研究者對(duì)新材料進(jìn)行建模運(yùn)算，同時(shí)預(yù)測(cè)陶瓷的性能，希望尋找到下一代新型電池。

問：那么，工作流程是不是就將信息輸入到計(jì)算機(jī)中，然后等待著，看會(huì)有什么發(fā)生？

答：把具體要求輸入到建模程序中，然后這些程序就會(huì)給出有趣的格狀結(jié)構(gòu)，而且它質(zhì)量很小、強(qiáng)度很高。并不是每個(gè)人都會(huì)這樣做，但這種情形會(huì)出現(xiàn)的。軟件程序的價(jià)格會(huì)越來越低。如此，設(shè)計(jì)師沿著這個(gè)思路工作起來便不會(huì)那么辛苦了。

問：短期來看，這些科學(xué)研究的成果將會(huì)如何影響旅游出行和大眾出行呢？

答：輕量化可以讓我們利用可再生能源驅(qū)動(dòng)交通工具，提升大眾出行的電子化水平，增強(qiáng)其生態(tài)友好度。與此同時(shí)，傳感器功能越來越強(qiáng)；視覺識(shí)別不久就會(huì)橫空出世。所有這些進(jìn)展加上高速運(yùn)算能力，我們馬上就能擁有自動(dòng)駕駛交通工具了。

另一個(gè)方向是高速信息交換。車內(nèi)的眾多傳感器能夠保持即時(shí)交互通訊。如果我們能夠在汽車間構(gòu)建出一套更加穩(wěn)健的高速對(duì)話系統(tǒng)，這些傳感器就可以更好地溝通，你就可以更加快速地做出決定。但是這套系統(tǒng)必須穩(wěn)健。一旦車輛鎖死，你可不希望在高速公路上拋錨而不得不離開你的汽車。

吉姆·托斯

● 表面上看，交通運(yùn)輸行業(yè)的未來在于如何使人們的旅行變得更好、更快和更高效。本質(zhì)上來說，飛機(jī)、火車和汽車的進(jìn)步都是由科學(xué)界日新月異的技術(shù)突破所推動(dòng)。

[資料來源：Wired][責(zé)任編輯：彥 隱]