这些炫酷科技离我们远吗？

　　来源：【厦门日报】
　　春节假期《流浪地球2》热映，勾起了观众对相关技术的好奇与关注，即便看不懂《流浪地球2》设定中行星发动机所依赖的重核聚变、月球坠落危机时的洛希极限等硬核概念，影片中展示的太空电梯、量子计算机、外骨骼机器人等高科技设备也依然充满新奇。据了解，其中很多高科技产品都有现实基础，并且有望在不久的将来成为现实。
　　以上均是工作人员在测试穿戴外骨骼机械。（资料图/新华社发）
　　《流浪地球2》海报，电影角色韩朵朵穿戴机械外骨骼手臂。
　　机械外骨骼
　　观点:走向民用化或还要5年以上
　　原理
　　机械外骨骼涉及光电、计算机、传感器、动力、人机接口等多个领域。其中，机械臂、液压系统、电池、防护装甲等硬件构成了它的＂躯体＂；运行控制系统、人工智能系统、使用者生命体征监测系统等软件，则组成它的＂大脑＂与＂神经＂。
　　信息接收后，通过机器的计算能力与人体的思维能力进行信息处理，再通过机器的算法能力与人体的决策能力互相协调、优化判断后进行智能输出，将人体智能与机器智能相融合，从单向输出转为双向互动，形成更高效的人机一体化智能科学系统。
　　难点
　　傲鲨智能创始人徐振华表示，现阶段外骨骼机器人要实现大规模落地，仍存在阻碍，技术方面，需要更轻巧坚固的材料去做外部本体，需要有更好的软件去提高电机效率，把电池的容量缩到更小。
　　基础科学方面，电池的能量密度是不是能够提得更高，对外骨骼的续航、重量和成本都会有比较大的影响。
　　我国2015年
　　开始步入商业化
　　《流浪地球2》中多次出现的机械外骨骼颇为抢眼，而实际上，机械外骨骼技术已＂实实在在地＂走进现实。
　　机械外骨骼是模仿生物界外骨骼而提出的一种新型机电一体化装置，结合机械结构、控制、驱动方式、人机交互等关键技术，在为穿戴者提供诸如保护、协同动作等功能的基础上，还能够在穿戴者的控制下完成人类自身无法完成的任务，又被称为＂可以穿戴的机器人＂。
　　在民用方面，机械外骨骼针对有需要长时间行走与站立的人群或职业（警察、导游、户外活动等行业），老年人，行动不便人士研发，可以提供辅助行走帮助等。
　　同时，机械外骨骼可以帮助中风、脑瘫、偏瘫、截瘫、帕金森等行动能力受到影响的患者实现更有效的康复训练。
　　据了解，机械外骨骼起源于20世纪60年代，美国出于军事化目的开始研究，在经过一段时间的发展后被应用到工业及医疗等领域。
　　我国相关报告指出，国内机械外骨骼研究始于2000年前后。2015年左右，中国机械外骨骼行业开始步入商业化，赞助《流浪地球2》的傲鲨智能就是一家专注于助力助行机械外骨骼领域的企业。
　　国家政策支持
　　用于养老服务
　　今年1月18日，工信部等十七部门印发了关于＂机器人+＂应用行动实施方案的通知,明确提到了对发展外骨骼机器人的支持，积极推动外骨骼机器人、养老护理机器人等在养老服务场景的应用验证。
　　2022年2月，国务院印发《＂十四五＂国家老龄事业发展和养老服务体系规划》，强调加快人工智能、脑科学、虚拟现实、可穿戴等新技术在健康促进类康复辅助器具中的集成应用，发展外骨骼康复训练等康复辅助器具。
　　在傲鲨智能创始人徐振华看来，机械外骨骼落地普及是一个长周期的事情。＂近两年更多的应用还是集中在工业和医疗领域，逐步走向民用化可能还需要5年以上时间。＂
　　贯穿两部《流浪地球》的智能量子计算机MOSS。（电影剧照）
　　量子计算机
　　观点:达到电影里的水平至少要10年到15年
　　原理
　　量子计算机使用的量子比特以一种0和1复杂混合的量子态表示和存储信息，并利用诸如叠加和纠缠等量子现象进行计算。
　　难点
　　一位国内量子计算领域知名学者表示，当前国内外量子计算还处于早期探索阶段，相关核心技术还远未成熟，距离科幻电影中所展示的应用至少还需要10年到15年左右的时间。
　　实现超强并行计算
　　处理能力
　　《流浪地球2》中，有一被誉为＂全场最有价值道具＂的最高算力智能量子计算机MOSS贯穿始终，它可以满足数万座发动机协同运作，并支撑＂数字生命＂计划所需算力。
　　尽管在电影中，量子计算机只有手提箱大小、可单人携带，但现实中的量子计算机看起来更像一个形状复杂的吊灯，且必须在严苛的环境中运行。
　　事实上，量子计算机并非科幻。相对于传统计算机使用的二进制数字0或1，量子计算机使用的量子比特以一种0和1复杂混合的量子态表示和存储信息，并利用诸如叠加和纠缠等量子现象进行计算，能实现经典计算技术无法比拟的巨大信息携带量和超强并行计算处理能力。
　　我国具备量子计算机
　　整机交付能力
　　在量子计算领域，中国目前处于第一梯队。2020年12月，中国科技大学潘建伟教授团队研发的＂九章＂光量子计算机对在经典数学算法高斯玻色取样的计算中用200秒解决了超级计算机＂富岳＂要6亿年解决的问题。2021年，潘建伟团队又成功构建＂九章二号＂和可编程超导量子计算原型机＂祖冲之二号＂，中国也成为全球首个在超导量子和光量子两条技术路线上实现＂量子优越性＂的国家。
　　近日，安徽省量子计算工程研究中心的消息显示，合肥本源量子已研发出多台量子计算机，并成功交付一台量子计算机给用户使用。该量子计算机的成功交付使我国成为世界上第三个具备量子计算机整机交付能力的国家。
　　《流浪地球2》太空电梯海报。
　　太空电梯
　　观点:本世纪内有望成真
　　原理
　　《流浪地球2》的科学顾问王元卓如此描述太空电梯的建造过程:用一条长长的缆绳一端固定在地球上，另一端固定在地球同步轨道的平衡物，即空间站上。地球自转时，太空电梯缆索就会产生向上的离心力，而地球的重力将缆索向下拉，这样缆索可达到平衡。
　　难点
　　需要找到一种抗拉强度高、表观密度低，也就是比强度很高的材料，碳材料表现出了巨大的潜力，目前针对相关碳材料的研究已有一些成果。
　　能否搭电梯进太空
　　不少观众表示，《流浪地球2》中最令人热血沸腾的桥段，非太空电梯的镜头莫属。在科幻电影史上，还没有影片对太空电梯做出过如此全景化又细节饱满的呈现。
　　100多年前的俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基受到埃菲尔铁塔启发，提出过类似构思:在地面上建设一座直达地球同步轨道的铁塔，并在塔内架设电梯，让人搭电梯进太空。
　　2003年9月15日，在美国圣达菲召开的国际太空电梯研讨会上，俄美等国70多名专家对太空电梯进行了深入讨论，一致认为太空电梯有望在21世纪内变成现实。
　　碳纳米材料是关键
　　长达35786千米的缆索，是太空电梯的关键部件。
　　＂像这样一条垂直悬挂的超长绳索，光是自身的重量就可能把自己拉断。＂浙江大学高分子科学研究所所长高超教授说，＂需要找到一种抗拉强度高、表观密度低，也就是比强度很高的材料。这样一来，达到特定强度所需要的材料质量才能越轻。＂
　　高超介绍，碳材料在这方面表现出了巨大的潜力。其中，碳纳米管和石墨烯尤其突出。＂不过，碳纳米管和石墨烯的宏观制备出的材料强度远不及单位材料所能达到的理论值。＂
　　在实验室中，科学家们正竭力攻克宏观制备技术瓶颈，并已取得不少成果。碳纳米管研究方面，清华大学魏飞教授团队曾在2013年通过改进催化剂，制备出了单根长度超过半米，且具有完美结构的碳纳米管；在2018年又制备出了拉伸强度超过80000兆帕，逼近单管强度的碳纳米管管束。
　　而在对石墨烯的研究上，高超教授团队在2011年就实现了石墨烯纤维的连续制备。2020年，他们还实现了兼具高强度、优异电学和热学传导性的宏观石墨烯纤维，在石墨烯纤维的工程化制备上又前进了一步。
　　＂如果能突破材料的极限，建造太空电梯完全有可能。＂高超说。
　　本版文/综合新华社、央视新闻、中新网、浙江日报、中国青年报报道
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