Ответы на самые мучительные, увлекательные и странные вопросы летнего киносезона.
Человек из стали
Насколько сильным может стать человек?
Вдохновленный Человеком из стали
СЮЖЕТ: В последнем ремейке 75-летней франшизы комиксов Супермен, невинный сын фермера, обнаруживает свои способности и спасает планету от двух безумных злодеев., генерал Зод и его приспешник Фаора, прибывшие с Криптона с целью разрушения.
ОТВЕТ: Супермен может поднять автобус или нефтяную платформу, но люди имеют довольно строгие ограничения на силу, первое из которых связано с природой мышц.. Максимальная сила, которую производят люди, зависит от того, как работают наши мышечные волокна. На протяжении многих лет ученые извлекали мышцы из разных позвоночных и проверяли их возможности. Возникло изящное эмпирическое правило: мышца может производить около 30 ньютонов силы (или 6,75 фунта) на каждый квадратный сантиметр поперечного сечения. «Поскольку эволюция является консервативным процессом, компоненты всех этих мышц в основном одинаковы», - говорит Питер Вейанд, прикладной физиолог из Южного методистского университета в Далласе.
Так почему бы просто не нарастить мышечную массу? В какой-то степени люди делали это веками: мы более физически развиты, чем даже 500 лет назад. Но, по словам спортивного аналитика Жоффруа Бертло, «вы не можете увеличить массу мышц сверх определенного предела, потому что ваши кости не выдержат их силу». Сухожилия, хотя и довольно прочные, тоже имеют пределы - 15 000 фунтов натяжения на квадратный дюйм в поперечнике. Бертло говорит, что люди могут приближаться к верхней границе спортивных результатов.
Состав мышц также ограничивает возможности человека. Быстросокращающиеся мышечные волокна производят больше энергии, чем их медленно сокращающиеся аналоги. Тренируясь, спортсмены могут изменить соотношение медленного к быстрому, но исследования показывают, что это в основном предопределено генетически.
Один из способов поднять предел человеческой силы - создать спортсмена, который, ну, в общем, превосходит человека. Другая структура кости может увеличить силу некоторых движений. Например, по словам антрополога-эволюциониста из Университета Дьюка Стивена Черчилля, неандертальцы мужского пола, сгибаясь в локте, вероятно, были на треть сильнее, чем современные мужчины. Так что при рассмотрении Супермена стоит помнить о его происхождении на Криптоне. Как и неандерталец, технически он не человек, а гуманоид, поэтому применяются другие правила.
ЗДОРОВЫЙ СКЕПТИЗМ: Костюм Супермена так же неразрушим, как и человек из стали. Авторы комиксов говорили, что его сила обусловлена силовым полем или криптонианскими тканями, но это всегда было пустым звуком. Единственный способ сделать пуленепробиваемый комбинезон - укрепить его графеном, который является гибким, ультратонким и в 50 раз прочнее стали.
Тихоокеанский рубеж
Зачем управлять роботом силой мысли?
Вдохновленный Тихоокеанским рубежем
СЮЖЕТ: Когда колоссальные монстры по имени кайдзю появляются из глубин Тихого океана, человечество пытается дать им отпор с помощью гигантских боевых ботов, управляемых пилотами, подключенными к нейроинтерфейсам.
ОТВЕТ: Ну конечно. Вы можете использовать проверенный временем интерфейс, как это делают пилоты дронов. Но интерфейс, управляемый мозгом (BCI), намного круче. И, в принципе, лучше: как известно любому геймеру, существует биохимический предел скорости передачи мозгового сигнала к мышце, а в битве с кайдзю каждая миллисекунда на счету.
Тем не менее, ученые далеки от этого. BCI существуют - ученые использовали их для управления роботами, - но они довольно неуклюжи. Трудно получить четкий сигнал из паттерна мозговых волн, что приводит к ошибкам и может замедлить реакцию. «Мы очень осторожны, когда говорим о НКИ, - говорит Франсиско Сепульведа, биоинженер из английского университета Эссекса, 20 лет работавший над нейроинтерфейсами. «Это не будет самостоятельным решением, за исключением особых случаев».
Более совершенные BCI, например, могут когда-нибудь позволить людям с параличом нижних конечностей передвигаться или помочь пилотам, обездвиженным сильными гравитационными силами. Но даже в этих возможностях BCI могут иметь ограниченную полезность; ученым было бы проще создать интерфейс, реагирующий на голосовые команды или движения глаз, или им вообще не нужен был бы интерфейс. Когда дело доходит до самолетов или автомобилей (или двух 700-тонных роботов), автономный контроль, вероятно, является лучшим вариантом.
Для тех, кто занимается BCI, пилоты Тихоокеанского рубежа предлагают полезную идею: они управляют своими боевыми ботами парами, а их мозги связаны «нейронным мостом». Группа Сепульведы только что закончила эксперимент над этой концепцией. Участники были разделены на команды по два человека, и программное обеспечение считывало сигналы мозга обоих членов команды, когда они пытались запустить симулятор космического корабля. Объединив нейронные сигналы, BCI усреднил некоторый шум и летал с большей точностью. Оказывается, две головы действительно лучше, чем одна.
ЗДОРОВЫЙ СКЕПТИЗМ: Судя по производственным кадрам, кровь кайдзю голубая, что странно, но не неслыханно. Мечехвост среди других членистоногих имеет голубоватую кровь. Его клетки крови используют белки из меди вместо железа для переноса кислорода. Его кровь также легко сворачивается, что позволяет крабу и, предположительно, _kaijus быстро восстанавливаться после ран.
Звездный путь: Возмездие
Будем ли мы когда-нибудь менять совершенно смертоносное оружие на причудливые фазерные пистолеты?
Вдохновленный Звездным путем: Возмездие
СЮЖЕТ: В продолжении фильма 2009 года Дж. Дж. В фильме Абрамса взрыв террористов в Лондоне вызывает охоту на изменчивого агента Федерации по планетам и решающую космическую битву между кораблем перебежчика и USS Enterprise.
ОТВЕТ: С момента своего дебюта в 1966 году _Star Trek_phaser оставался материалом голливудских отделов реквизита и конвенций Trekkie. Но скоро на поле боя может появиться оружие направленной энергии. Компания Boeing, например, разрабатывает 10-киловаттный HEL MD (мобильный демонстрационный образец высокоэнергетического лазера), устанавливаемый на грузовике, для защиты от полчищ приближающихся дронов, ракет или минометных снарядов. Вместо того, чтобы запускать ракету стоимостью более миллиона долларов для каждой угрозы, специалисты по обороне могли бы использовать лазеры для точного уничтожения нескольких целей. Хотя дым может ослабить интенсивность луча, лазеры не должны учитывать скорость ветра или дальность действия, и они не рикошетят, ограничивая любой побочный ущерб.
Boeing также тестирует устройство меньшего размера под названием Tactical Laser System. Хотя он все еще далек от размера кобуры, его можно было установить на военно-морские корабли вместе с пулеметом Mk 38. Цель состоит в том, чтобы защититься от роев дронов или флотилии небольших лодок, либо путем их полного уничтожения, либо с помощью лучей меньшей интенсивности, чтобы ослепить или поджарить датчики (или глазные яблоки).
Лучевые пушки становятся неработоспособными в меньших масштабах. Например, Boeing работает над портативным лазером мощностью 2 кВт, способным уничтожать неуказанные цели (в подробности компания вдаваться не будет). Но даже это оружие недостаточно маленькое, чтобы заменить надежную штурмовую винтовку; для его переноски требуется два солдата. Лазер был бы наиболее полезен для стелс-миссий, поскольку его можно было установить на место и запускать дистанционно, с минимальным светом и звуком.
Самая большая проблема в создании портативного оружия направленной энергии - это сама энергия. Лазер мощностью 100 кВт может потреблять две чашки дизельного топлива за четыре секунды. Это выгодная сделка по сравнению с запуском ракет. Но для универсального смертоносного луча пехотного масштаба потребуется топливо с такой плотностью энергии, о которой сегодняшние исследователи могут только мечтать. «Мы не близки», - говорит Сувин Матаудху, инженер-материаловед из Исследовательского бюро армии США. Чтобы создать это, говорит он, «потребуется крупный, крупный прорыв на уровне технологии термоядерного синтеза.”
ЗДОРОВЫЙ СКЕПТИЗМ: В одном из моментов фильма Спок пытается потушить вулкан чем-то вроде суперкуба льда. Однако, чтобы погасить извержение, вам нужно сразу затвердеть всю магму, говорит Эрик Клеметти, вулканолог из Университета Денисона. Это потребовало бы мгновенного охлаждения в массовом масштабе; что-то меньшее только создаст много пара, что только усилит извержение.
Железный человек 3
Будут ли когда-нибудь летать экзоскелеты?
Вдохновленный Железным Человеком 3
СЮЖЕТ: Лихой миллиардер, изобретатель и супергерой Тони Старк сталкивается с серией нападений, включая воздушный удар по его дому и борцовские поединки с вооруженными нанотехнологиями головорезами. международным террористом, называющим себя Мандарином.
ОТВЕТ: В «Железном человеке» костюм Тони Старка невероятно мощный, носимая система оружия, которая может швырять автомобили и перехитрить реактивные истребители. На самом деле это синтез двух технологий: реактивного ранца и экзоскелета, который является более перспективным из двух. Что касается экзоскелетов, то в ближайшем будущем никто не будет жать бьюики, но ряд систем уже существует в качестве вспомогательных или реабилитационных медицинских устройств. Такие компании, как Argo Medical Technologies и Ekso Bionics, предлагают моторизованные устройства, предназначенные для инвалидов, которые, по сути, могут ходить за своими владельцами, предоставляя пользователям более универсальную альтернативу инвалидным коляскам. У экзоскелетов могут быть и другие применения. В НАСА исследователи работают над тем, чтобы включить их в космические скафандры. Они разработали устройство, которое в конечном итоге позволит астронавтам путешествовать по Марсу на длительные расстояния, загруженные снаряжением, при этом затрачивая мало энергии.
Тем временем разработка ракетных ремней (технический термин для реактивных ранцев) находится в относительном застое. Несколько моделей дебютировали за последнее десятилетие, в том числе H202 от Jet Pack International и Rocket Belt от TAM, но ни одна из них не стала чем-то большим, чем пиар-ход. Системы изо всех сил пытаются оставаться в воздухе в течение полезного времени, опустошая топливные баки менее чем за минуту. Дополнительный вес экзоскелета только усугубит проблему.
Что касается будущего экзоскелетов, инженер НАСА Крис Бек говорит, что сегодняшние системы, такие как разрабатываемый им Х1, приведут к сверхчеловеческим системам завтрашнего дня. «Мы не просто пускаем дым. Такой экзо, как наш, или его адаптированную версию можно использовать для увеличения силы», - говорит он. Экзоскелеты тоже могут летать, только не с реактивными ранцами. «Что, если вы объедините сверхлегкие самолеты и наши методы автобалансировки?» говорит Ларри Ясински, генеральный директор Argo, чей ReWalk exo продается для личного использования в Европе и Израиле. Вместо кресла пилота и традиционной схемы управления летчик может просто втиснуться в интегрированный костюм самолета.«Вы можете буквально наклоняться влево или вправо, а компоненты экзоскелета будут управлять за вас».
ЗДОРОВЫЙ СКЕПТИЦИЗМ: Реактивные ботинки Железного человека работают под водой, что игнорирует тот факт, что реактивные двигатели, основанные на горении, тонут при погружении. DARPA искало предложения по подводным самолетам в 2008 году, но этот проект, похоже, заглох.
Элизиум
Смогут ли люди выжить в постоянной орбитальной колонии?
Вдохновленный Элизиумом
СЮЖЕТ: В 2154 году самые богатые люди живут на шикарной орбитальной станции под названием Элизиум. Один человек пытается использовать спасательные технологии верхних слоев земной коры, чтобы спасти бедных, страдающих от болезней людей, все еще живущих на Земле, - начиная с себя.
ОТВЕТ: Несмотря на захватывающий вид, жить в космосе тяжело. Микрогравитация истощает нашу плоть и кости, а радиация, обычно блокируемая магнитосферой Земли, может сократить продолжительность жизни. Таким образом, предпосылка Elysium представляет собой загадку: почему самые изнеженные обитатели планеты должны платить за проживание в орбитальных средах обитания, которые делают их хрупкими и раковыми?
В фильме ответ заключается в том, что деньги лечат все. Здравоохранение на станции превосходит все, что есть на Земле, благодаря устройствам, которые устраняют почти все физические недуги, включая рак. Что касается опасностей, связанных с низкой гравитацией, Элизиум представляет собой стэнфордский тор, конструкция, впервые предложенная в 1970-х годах, где обитатели живут внутри гигантского вращающегося колеса с центробежной силой, обеспечивающей перегрузку, эквивалентную Земле.
Теоретически тор является научно обоснованным, но построить его может быть невозможно. Для этого потребуется доставить на орбиту миллионы тонн материала. «Может быть, в буквальном смысле проще колонизировать Луну, чем построить этот стэнфордский тор», - говорит Джон Б. Чарльз, руководитель программ исследований человека в НАСА. Также может быть сложно внедрять инновации для устранения угроз здоровью, связанных с проживанием на краю магнитосферы Земли. Современные астронавты могут поглотить радиацию за два-три года на борту Международной космической станции за несколько остановок, прежде чем их посадят на землю. По словам Чарльза, более постоянная среда обитания, скорее всего, будет использовать доступные материалы, такие как сточные воды, для отражения излучения. В конце концов, чтобы не зачахнуть, потребуется много работы. Надеюсь, это зрелище того стоит.
ЗДОРОВЫЙ СКЕПТИЗМ: Рейлган Мэтта Дэймона размером с винтовку должен вызвать удивление. Преимущество подачи около 100 000 ампер на выстрел с электромагнитным приводом заключается в большей дальности. Это может иметь смысл для корабельного оружия, подобного тому, которое разрабатывается ВМС США. Однако для перестрелок, которые не простираются на мили, порох более удобен.