曹 兵/編譯

科學技術重構大眾交通

曹 兵/編譯

泰科電子公司的技術副總吉姆·托斯（Jim Toth）對這一切了如指掌。作為先進材料領域里的專家，他在交通運輸和基礎設施巨頭的研發(fā)實驗室擁有多年的工作經(jīng)驗，領導公司的創(chuàng)新戰(zhàn)略?！哆B線》雜志品牌實驗室就此采訪了托斯先生，與他一起探討科學研究是如何影響交通運輸并影響整個世界的。

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

答：輕量化在交通運輸?shù)母鱾€領域都能找到實例，它讓汽車運行更加高效。例如，復合材料用于飛機后獲得巨大成功，現(xiàn)在越來越多地應用于公共交通領域。銅已被制造商拋棄，他們將目光投向鋁，因為單位質量鋁的傳導效率更高。

統(tǒng)領全局的是不斷提高的計算能力：將高速運行的計算機引入汽車以及其他交通運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，就可以實現(xiàn)包括自動駕駛在內的創(chuàng)新。

問：說到先進材料科學和輕量化趨勢，通常在實驗室研發(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：從銅到鋁就是一個大突破。而說到輕量化，我們可以看到利用3D打印技術制造出來的新結構。我們可以打印出一些新穎的孔結構——例如格狀結構，它們的強度非常高，使用傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝進行制造是不可想象的。你可以減少50%的質量，同時保有原有的強度，這都是內部格狀結構的功勞。

問：那么，是研究指導設計，還是工程需要相關研究呢？

答：兩者都有。這是一個互相影響的過程。當人們遇到問題，他們會進入實驗室，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構，我們還要考慮強度問題。目前，工程師會采取哪些手段來提升材料的強度呢？

答：我們會嘗試加入納米管或新型的碳結構，又或者單原子層石墨、復合材料，它們都可以提升強度。我們現(xiàn)在還可在計算機上進行試驗，對新材料和新結構做數(shù)學模擬，整個過程更方便更快捷。再者，我們可以設計完整的高強度結構，例如利用3D打印來完成。隨著人工智能的引入，實際上你可以用計算機來設計人類無法想象的結構。輸入?yún)?shù)啟動程序，讓計算機運行一段時間，說不定你就會看到人類認知中尚沒有概念的新結構。

我們目前所看到的許多例子還處于試驗階段。諸如“材料工程”程序，許多研究者對新材料進行建模運算，同時預測陶瓷的性能，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算機中，然后等待著，看會有什么發(fā)生？

答：把具體要求輸入到建模程序中，然后這些程序就會給出有趣的格狀結構，而且它質量很小、強度很高。并不是每個人都會這樣做，但這種情形會出現(xiàn)的。軟件程序的價格會越來越低。如此，設計師沿著這個思路工作起來便不會那么辛苦了。

問：短期來看，這些科學研究的成果將會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動交通工具，提升大眾出行的電子化水平，增強其生態(tài)友好度。與此同時，傳感器功能越來越強；視覺識別不久就會橫空出世。所有這些進展加上高速運算能力，我們馬上就能擁有自動駕駛交通工具了。

另一個方向是高速信息交換。車內的眾多傳感器能夠保持即時交互通訊。如果我們能夠在汽車間構建出一套更加穩(wěn)健的高速對話系統(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。本質上來說，飛機、火車和汽車的進步都是由科學界日新月異的技術突破所推動。

[資料來源：Wired][責任編輯：彥 隱]