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2021年10期
卷首 |
智慧交通任我行
在享有盛名的自然科学技术博物馆——德意志科学技术博物馆的交通中心展区里，有一段视频始终循环播放，为参观者们勾勒出智能交通带给未来城市的改变。视频中的主角是一辆可爱的蓝色纯电动小汽车“EO SMART”。按照该汽车的研制方——德国不来梅大学的解释，它既是可以搭载两个人的私家车，也是在城市中与人类相伴的智能机器人。因此，“EO SMART”的车轮装在灵活的机械腿上，再配合可以弓起来的车身，便可以自动停
特别策划 |
智慧交通的“破局”之路
20世纪末，随着汽车保有量增加，交通拥堵、事故频发等问题突出。因此，运用了信息技术、电子传感技术、卫星导航与定位技术等多种新技术的智能交通系统应运而生。它的本质是将人、车、路三者综合起来考虑，人是指一切与交通运输系统有关的人，包括交通管理者、操作者和参与者;车是指各种运输方式的运载工具;路指的是道路及航线。 智慧交通是在智能交通的基础上，融入物联网、云计算、大数据、移动互联等高新技术，给交通安装
特别策划 |
无人驾驶消扫车:整条街最靓的仔!
近日，一款无人驾驶消扫车亮相北京某社区。它形似小坦克，喷雾量大，每小时可以进行1万平方米消扫。车身上安装了雷达和十多个双目摄像头，能360度无障碍识别前方的障碍物，在行驶过程中，一旦遇到障碍物或者其他车辆，它可自动减速或刹车，俨然是整个社区最靓的仔。 解放人力的消扫神器 近几年，“自动驾驶”的概念方兴未艾，然而这只是未来车辆交通的冰山一角。 医院、社区、高铁站广场都是需要频繁消杀作业的区域。
特别策划 |
看L4无人驾驶汽车如何大显身手
智能汽车的等级分为L0到L5这6个等级。如今，L0至L3级都已经产业化，或者正在产业化，我们正在探索的L4级，也被称为高度自动驾驶，被通俗地称作“五哥”。这种汽车安全吗？答案是肯定的，因为“五哥”不喝酒，没有“路怒症”、也不打人，而且它最守规矩，不闯红灯、不逆行还不超速。 红圈部分就是自动驾驶汽车的“眼睛”和“耳朵” “五哥”是如何做到无人驾驶的？ 如果我们仔细观察路上的自动驾驶汽车，会发现
特别策划 |
未来都市历险记
“未来市”的智慧大道拥有强大的智能控制中枢，可随时获悉车辆信息，进行路面综合调度 科幻电影《我，机器人》中美国演员威尔·史密斯乘坐的无人车酷炫无比，车辆不需要人为控制就可以前往目的地。现在的城市和交通规则都是针对有人驾驶车辆设计制定的。在未来的都市里，无人驾驶车辆又将如何深刻地影响城市的形态和市民的生活呢？让我们和“未来市”的梁博士一起去看看吧！ 未来都市初体验 当我走出“未来市”的综合交通
特别策划 |
黑客能控制自动驾驶汽车吗？
嘀——汽车注意，黑客已瞄准 现实生活中，已有黑客入侵有人驾驶车辆的案例。2014年，黑客利用汽车的数字服务系统漏洞，远程打开车门，让220万辆汽车受到影响;2015年，黑客远程入侵一辆正在行驶的汽车，并做出减速、制动等操控，造成全球140万辆汽车被召回;2016年，黑客又通过汽车应用程序的漏洞，获取到司机的驾驶记录并将汽车电量耗尽，厂家随即禁用该应用程序，以防止黑客的再次入侵。 无线网络控
特别策划 |
自动驾驶的明眸慧眼
什么是雷达？ 雷达一词来源于Radar的英文音译，是英文“无线电探测与测距”的缩写。顾名思义，雷达的作用是发现目标与确定目标的“位置”，这和我们眼睛的功能是极为相似的。 那么雷达是如何工作的呢？举个形象的例子，当我们处于一个没有灯光的黑暗环境时，我们很难通过肉眼分辨周围的物体。此时我们打开手电筒，周围变得清晰并且可以比较准确地定位周围物体的相对位置。这个发现周围物体的过程可以分解为以下步骤：
特别策划 |
海洋探测“指挥家”
在“一切皆可AI”的背景下，自动驾驶技术被给予了前所未有的关注。其实，自动驾驶技术早已被运用到海洋领域实现运行，甚至成为海洋探测的好帮手，在探测过程中起到至关重要的作用。 当海洋探测遇到自动驾驶 先进的海洋调查设备与调查方法为人类现代海洋科学的发展立下汗马功劳。以物理声学为基础的多普勒声速测量、单波束与多波束测深，单道与多道地震勘探更是走航（驾驶移动工具，在范围内边行驶、边检测、边反馈）式
探索发现 |
玉米从彩色果粒中捕捉跳跃基因
现如今，玉米是世界三大粮食作物之一，地位仅次于水稻和小麦。这样的“光环”让我们忽略了这种植物在科学发展史上，特别是遗传学发展史上作出的突出贡献。毫不夸张地说，玉米的一些特性彻底改变了人类对于脱氧核糖核酸（DNA）的认识，这是一个怎样的故事呢？ 古老的美洲食物 人类种植和食用玉米的历史相当悠久，在史前时期，中南美洲的印第安人就开始种植和食用玉米了。可以说，正是玉米这种植物撑起了南美洲的人类文
探索发现 |
皇室小成员的快乐“玩伴”
玩具是儿童寓教于乐的重要器具。在清代，受工业革命影响，西方一些机械玩具传入了中国，并在宫廷里受到欢迎，成为皇室小成员的快乐“玩伴”。美国传教士何德兰所著《慈禧与光绪：中国宫廷中的生存游戏》中，就写到了载湉（光绪皇帝）小的时候很喜欢外国机械玩具。故宫博物院现藏有当年部分机械玩具，它们制作精美，集智慧与趣味于一身。接下来，就让我们走进机械玩具的世界，看看这些玩具中都有哪些奇思妙想的细节。 木制
探索发现 |
“舞火龙”的萤火虫
白天的雌光萤 晚上的雌光萤 5厘米的巨型萤火虫 我们平时所见的萤火虫成虫体长通常只有1厘米左右，即便是较大的，也不过2厘米。2021年6月19日，笔者在成都市都江堰赵公山采集到一条体长超5厘米的巨型萤火虫雌性成虫。 白天，雌光萤看起来酷似一条大号的黄粉虫，在夜晚却奇迹般地全身发出绿光，宛如披挂了几串小灯。其身体上的发光点多达30余个，而且不会闪烁，亮度远远超过普通萤火虫，甚至能够将周围数厘
探索发现 |
直升机：农林作业的“空中高手”
卡-26直升机由著名的苏联卡莫夫设计局设计制造 这些年，直升机已经成为农林作业的“空中高手”，喷洒农药、播种施肥、运输物资、护林灭火、人工增雨，样样拿得出手。这么优秀的作业高手，功夫可不是一两天就能练成的。 “直升机界的拖拉机选手” 农林作业是直升机很早就应用的领域之一，之所以这么说，是因为世界上第一款专门研制的民用直升机卡-26就是用来服务农业生产的。 20世纪60年代初，当时的苏联民航
科学微距 |
方便回收的可溶解智能手表
全球每年会产生数百万吨电子垃圾，通过回收，可以减少电子垃圾的数量。然而，回收小型消费电子产品通常在经济上不值得。因为它们的零件必须手工拆解，而且一些步骤，如露天燃烧或强酸浸泡，可能会导致健康问题和环境污染。解决这些问题的一个思路是发展可以按需分解的可溶性设备。天津大学生物医学柔性电子实验室的黄显教授团队研发了一种适用于电路的双金属纳米复合材料，当材料浸入水中时会自动分解。 研究团队在锌基材料的基
科学微距 |
机器鱼尾中的优雅数学
如果我们希望水下航行器可以在广阔的海洋中快速行驶，又可以在遇到珊瑚礁时减速运行，该怎么办？ 美国弗吉尼亚大学工程与应用科学学院的研究人员发现了实现此类多速任务的关键策略——推动机器人在水中前进的部件应该有多硬。鱼很可能通过实时调整它们尾部的刚度来解决这个问题。研究团队通过结合流体动力学和生物力学，推导出模型从而解决了这个问题。研究人员说：“令人惊讶的是，从所有的数学计算中得出了一个简单的结果：刚
科学微距 |
从海浪中提取两倍的能量
海浪中蕴含着巨大的能量——据估计，全世界每年沿海海浪的能量和全球每年的发电量相当。但是，如何有效地提取自然海浪的能量，并能承受恶劣的海洋环境成为一个相当大的挑战。 澳大利亚墨尔本皇家理工大学的研究小组创造了一种依赖于世界首创的双涡轮机设计的波浪能量转换器，其能量收集效率是迄今为止开发的任何类似技术的两倍。该设备会随着波浪自然地上下浮动，通过始终与海浪运动保持同步可以最大限度地收集能量。两个相互叠
科学微距 |
声音·数字·趣闻
银河系里面有千亿个太阳一样的星球，宇宙中有千千万万个银河系。人类的能力目前甚至还飞不出太阳系，更不用谈探索整个宇宙了。“仰望星空”的基础是“脚踏实地”，我们应该尊重科学事实制定目标、长期坚持。 —中国科学院院士 欧阳自远 近日，86岁的“探月院士”欧阳自远在《同上一堂公开课——百年科技强国梦》访谈中讲述了从“为国找矿”到“嫦娥奔月”的历程。他亲切地对青少年说：“孩子们，希望在你们身上。”
科学有料 |
自动驾驶遇难题
伊亚德·拉万（Iyad Rahwan）是叙利亚裔澳大利亚科学家，他的研究涵盖了计算机社会科学和人工智能所涉及的伦理规范等，处于计算机和社会科学的交叉领域，其中包括自动驾驶技术的伦理思考。 自动驾驶的道德困境假设 伊亚德·拉万在演讲中提出了自己的假设：在2030年的某一天，你和家人坐在一辆无人驾驶汽车里，悠闲地看着投放在车前窗屏幕上的电影。突然前方路口出现紧急情况，你的车根本停不下来。如左图，左
学海新知 |
氮气坚固的化学键，是如何被击破的？
氮（N），是地球上构成生命的必需元素，当两个氮原子以三键结合时，会形成在常温常压下呈气态的双原子分子（N2）。氮分子中的N≡N键很牢固，导致它们的化学性质非常稳定，所以大多数生物并不能直接利用这种形式的氮。那么，如何击破这种坚固的化学键，让氮为我们所用呢？ “冒险小精灵”的穿梭之旅 氮就像是爱冒险的小精灵，“伪装”成各种样子穿梭在天地间，最终又重新回到氮的形式，完成它的使命。 在雷雨天气
学海新知 |
齐天大圣的金箍棒来人间了?!
7月12日，中国科学院大气物理研究所开展人工引雷试验，一枚火箭弹向高空发射出去，在接触云层的瞬间，一根金色的光柱袭来，把天空都照亮成金黄色。网友们直呼，这画面太美，仿佛齐天大圣的金箍棒来人间了！ 雷电：天上“神仙打架” 我们平时看到的闪电大多为云中闪：正负电荷的碰撞好比“神仙大战”，虽然激烈，但是不会对地面上的人和物造成危害。但是，如果不小心“劈”到地面上，就是云地闪了，它是雷击事故的元凶
学海新知 |
自制木牛流马
熟悉《三国演义》的同学们，应该对书中描述的一种神秘器械木牛流马有印象。诸葛亮六出祁山，最后就是使用木牛流马大败魏军。 我们虽然不能重现木牛流马，但是只要掌握好物理学中重心和平衡的概念，就可以自制木牛流马模型。 实验原理 木牛流马模型之所以可以自己“行走”，在于模型本身的重量让其具有势能。模型所在的木板倾斜时，后“腿”着地、重心前移，模型移动;由于后“腿”是悬挂在“身体”上的，可以
艺术中的科学 |
纸上谈“科技”
纸作为最普通的材料往往会被人们忽略，然而纸在人类历史长河中扮演着重要的角色。那么，造纸工艺中究竟蕴含着哪些科学技术呢？ 纸——艺术品的“小帮手” 手工纸的传承与发展，离不开生活的需求。纸翻花、剪纸、纸灯、风筝、木版年画等传统工艺对纸的运用，体现出纸与生活的密切联系。在中国科学技术馆的“中国手工造纸的技·艺”展览中展出了形式各样的手工纸制艺术品，将这些传统工艺悄无声息地融入新的题材和形式，展现出
艺术中的科学 |
“金与火之歌”
花丝镶嵌又称为细金工艺，是“花丝”和“镶嵌”两种制作技艺的结合。作为“燕京八绝”中极其繁复的一项工艺门类，2008年6月，花丝镶嵌制作技艺被列入国家级非物质文化遗产名录。本期，知力记者专访北京花丝镶嵌制作技艺传承人程淑美，听她讲讲花丝镶嵌中的“花样年华”。 花丝工艺的由来 采金为丝——花丝工艺 花丝镶嵌中的花丝工艺是用贵金属（黄金、白银等）反复压制成条，拔成细丝，编结成型;镶嵌工艺则是把
艺术中的科学 |
建筑中的贝类智慧
贝类是无脊椎动物中较贴近人类生活的类群，与我们的衣、食、住、行密切相关。贝类为了保护柔软的身体和内脏，给自己盖了各式各样的“房子”，人类也从中得到启发，运用贝类的生存智慧创造出样式各异的奇妙建筑。 从悉尼港远眺，悉尼歌剧院就像一个个张开的贝壳，栩栩如生 贝壳立外形 贝类给自己造“房子”可是一件辛苦活，耗时耗力，而且“房子”并非越大、越厚重就越好，而是在有限的材料和能量的前提下打造“薄壳结构”
兵器与谋略 |
家国难 铁血扛
一座天心阁，半部长沙史。位于长沙市中心东南角的天心阁，由于占据长沙城内制高点，在长沙3次抗日会战中都成为中国军队布防的主要阵地 长沙会战，又称“长沙保卫战”，是指发生在1939年9月到1942年2月期间，中国军队与侵华日军在以长沙为中心的第九战区进行的3次大规模激烈攻防战。长沙会战的胜利，粉碎了日军消灭中国军队主力“以战迫降”的战略目标，有力地保卫了湖南广大地区和中国西南大后方的安全，稳定了湖南
行知天下 |
黄栌的秋日私语
北京香山是中国“四大红叶观赏胜地”之一 盛宴的主角 北京香山公园是中国“四大红叶观赏胜地”之一。香山红叶并非枫叶，其主要观赏树种为黄栌，栽植于200多年前的清代乾隆年间。当金秋十月，凉露惊秋时，10万余株黄栌就红满了天。在黄栌展现独特自我魅力的同时，更让著名的“三山五园”尽显了别样的风采。 黄栌属秋色叶树种，又称红叶、红叶黄栌等，为漆树科黄栌属落叶小乔木或灌木，其茎、叶、花都有较高的观赏价
行知天下 |
水下探访南京珍珠泉
一泉有“三景” 在南京老山（位于长江中下游地区的淮阳山脉余脉）脚下，静卧着一池蔚蓝色的池塘。池塘清澈见底，池底是白沙，其间还分布着大大小小由各种水生植物群落组成的豆绿色的斑块。一眼望去，蔚蓝色的池水中有大片白沙包围着一块块绿色，仿佛是一个微缩版的地球，无边的海洋包围着各样的大陆。这就是号称“江北第一游观之所”的南京珍珠泉。 在南京珍珠泉源头，泉水夹杂着气泡如成串珍珠从石缝中涌出，故而得名“珍珠
行知天下 |
天柱山
金色天柱山（摄影/吴东明） 见证地质变化的岩石 在天柱山新店地区，一块榴辉岩在阳光下散发着古朴深沉的光泽，随着地质锤的敲打，深藏其中的金刚石露出身影——这一发现是全世界第2例，证明这块岩石曾经抵达地幔，在高温、超高压的条件下完成神奇的变化，而后折返地面，成为天柱山古老地质运动历程的见证者。 在距今2.5亿～2.2亿年前的三叠纪，地壳运动活跃，扬子、华北板块间规模庞大的碰撞，造就了典型的陆-
科学起航 |
校园气象科普长出新“翅膀”
争做校园气象“小专家” 深圳市气象局在对本地中小学校本课程进行调研后，发现在气象防灾减灾问题方面留有大量空白。尽管学生本身对于气象问题兴趣浓厚，但要解答此类问题仅依靠学生及非气象专业老师的自主学习是不够的。努力推进各类气象科普进校园活动，及时提供多种互动交流平台，成为校园气象科普的首要任务。 近几年，深圳市气象台科普教育基地围绕气象知识、防灾减灾等社会热点，以及汛期天气、重大灾害性天气和气
生活解码 |
带你去看“星陨如雨”
流星雨：与地球撞个满怀的小精灵 太阳系中除了太阳、八大行星和它们的卫星之外，还有大量小天体。有时我们会听到“彗星”“小行星”这样的名词，这便是数以亿计的太阳系小天体。它们也围绕太阳旋转，在阳光和行星引力的作用下会在轨道上抛撒下一些碎屑，如同我们边走边吃面包时沿路撒下的面包屑。 假如地球轨道正好与这些小天体的轨道重合，那么当地球穿过这些碎屑带时，不少在太空中飘荡的小家伙就会和地球撞个满怀，冲
生活解码 |
直系亲属间能不能相互输血？
近亲输血很“要命” 输血，在医学中属于移植的一种，会伴随着一系列免疫反应。输血相关性移植物抗宿主病（TA-GVHD）就是其中的免疫反应之一，是一种极严重的输血并发症。 几年前，一部影视剧中的小男孩需要输血，男主角本想挺身而出，却因“直系血亲间不能输血”被阻止。不得不说，这个编剧还是下了功夫的，因为TA-GVHD这个可怕的输血副作用在亲属间发生的概率远高于非亲属。尤其是一级亲属，即父母与子女
青春密语 |
拿出“野蛮”生长的勇气
最近，一部纪录片《小小少年》引起热议。导演在跟拍了一年半后，亲眼见证了那些看似无用的兴趣如何改变了主人公的人生。一个兴趣虽然不一定能让我们成功，但是它有可能让我们获得不一样的人生。 你有自己挚爱的兴趣吗？ 你有自己的兴趣吗？你是否真正享受其中并因此获益呢？ 在《小小少年》中，在猪肉铺跳芭蕾舞的9岁女孩小云儿，痴迷于机器人的少年组合陶启泽和张宇晨，在家饲养了200余种昆虫的小昆虫家殷然，用
青春密语 |
见微知著的“3D跟踪术”
脚本/周亚丽 绘图/扶摇星工作室 如今在田径赛场上，裁判们已经有了全新的助手——3D运动员跟踪技术。这项技术结合了计算机视觉技术与人工智能深度学习算法，通过多个标准摄像机来捕捉和记录信息，实时分析和精准提取运动员在比赛时的数据和姿态，比如身体关节的位置等。即便只有几秒钟的时间，它也能清晰、详细地提供运动员速度、身体角度、加速度、步长等数据，实现对运动员3D形态的数据提取。 3D运动
青春密语 |
奇妙的“温居”体验
脚本/熊霜 绘图/扶摇星工作室 通过使用增强现实（AR）技术，可以将智能家居设备设想为可爱的角色，台灯、衣柜甚至是垃圾桶，任何物品都可以变身你喜欢的卡通人物，让原本呆板的居住空间迸发生机，在人与居住环境之间建立起情感纽带，而且可以随时按照自己的想法更换样式哟！
科幻空间站 |
太空清道夫
我们的X-33B型空天飞机要离开地球，去水星运送矿物。玛格丽特的小集装箱已经放到摩托艇上，摩托艇则藏在巨大的船腹里。船员只有三人，除了船长和我这个新手外，还有一个32岁的男船员，叫奥尔基，乌克兰人。7个小时后，船长说：“到了，放出摩托艇吧。” 奥尔基起身要去船舱，索罗摇摇头说：“不是你，让徐放小姐去。她一定会面带微笑地把货物送到那个可怜的老人面前—而且终生不渝。” 奥尔基惊奇地看看船长。船长嘴
科幻空间站 |
未来气象工作者的一天
现在是公元2070年，世界已然发展成一个不同于以往任何时候的模样。这模样令我们欣慰，令生活在地球上的人们感到幸福怡然！ 大家好，我是一名气象工作者，就在半个世纪前，气象工作还不会引起大家的重视、更别说有什么能出彩的地方。然而，就在几十年前，环境恶化导致气候发生翻天覆地的变化，人类的日常生活因此受到不同程度的影响。除了改善环境以外，各个国家纷纷投入大量人力、物力资源进行气候的研究与保护，在科研
科幻空间站 |
未来的颜色由你决定
工业革命初期，随着社会生产力的爆炸式增长，人们探索世界和改造世界的能力空前增强。较早完成工业化的西欧国家，通过坚船利炮建立起全球殖民体系和贸易网络，积累起巨量的社会财富。社会财富的增加激发了更多的“精神需求”。一时间，各种各样或真或假的“冒险家”开始受到人们的追捧，那些异域冒险故事频繁地被刊载在报纸杂志上，成为人们茶余饭后的谈资。而正是因为看到冒险故事中的商业潜力，法国出版商赫泽尔与一位在当时
编读互动 |
“见字如面·对话未来” 书信征集活动优秀征文
在科幻电影中，各式各样的交通工具、驾驶方式、智慧道路等给我们留下深刻印象。从超级高铁、地下隧道到空中巴士，我们对未来的出行方式总是充满想象。2035年，我们的出行会有哪些变化呢？你是不是也充满期待与好奇？ 由中国科学技术馆、北京市委教育工委、北京市教委主办，中国科学技术馆展览教育中心、北京教育新闻中心、中国数字科技馆、《知识就是力量》杂志社承办的“见字如面·对话未来”主题活动，带领中小学生走近科
