《大黄蜂》：会卖萌的硅基生命挡不住

2019-03-26秦建

知识就是力量 2019年3期

秦建

变形金刚形态

在电影里，大黄蜂有两种形态。一种是人形，两腿直立行走，比一幢房子还高;一种是汽车形，起初是大众甲壳虫，到电影最后是雪弗兰科迈罗。从人形到汽车形，或者反过来，从汽车形到人形，都只见大黄蜂全身耸动，各种金属组织来来回回，上下翻转，眨眼的工夫，就变形成功，看上去非常酷炫。这是变形金刚名字的来历，也是变形金刚系列的最大魅力所在。然而，在得到了极大视觉享受的同时，好奇的观众会追问：大黄蜂或者说变形金刚的变形，是怎么办到的？或者说，我们在现实里能否制造出大黄蜂来？

人形状态下的大黄蜂

车形状态下的大黄蜂及女主查莉

拥有三种变形形态的变形金刚

材料是关键

根据电影里变形金刚们的表现，尤其是在两种形态之间的自由切换，制造大黄蜂的材料至少要同时满足以下三点要求：坚硬、轻盈、形状能够改变。

有没有什么材料能同时满足这三点要求呢？还真有，就是大名鼎鼎的形状记忆合金。

1932年，瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆现象”。这种合金有一个初始形态，它的形状可以被任意改变——弯曲、折叠、盘绕，但一旦加热到一定温度，不管这个时候它处于什么形态，它都可以魔术般地变回到初始形状。这种形状记忆的特殊本领得到了科学家的青睐，纷纷投入形状记忆合金的研究中。迄今为止，已经发现了50多种形状记忆合金，广泛应用于航空航天、生物医疗、机械电子、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。

航空航天领域经常用到形状记忆合金。宇宙飞船用于通讯的天线通常很大，有的直径超过数米。这样的庞然大物当然不可能直接发送到太空。因此，科学家用一种形状记忆合金材料，先在其转变温度以上，做成天线的样子，然后降低温度，将它压缩成一团，体积小到可以轻松塞进宇宙飞船。等到了轨道上，将“天线团”置于阳光照射下，达到该合金的还原温度时它就会“记”起自己的本来面貌，慢慢舒展开来，变成一根巨大的天线。这整个过程有点儿像晾干的木耳在水里浸泡后的样子。

形状记忆合金

單程记忆效应（1-way）

双程记忆效应（2-way）（图片来源/ Wiki）

用弓形记忆合金丝来矫正牙齿

生物医疗是另一个广泛运用形状记忆合金的领域。有些小朋友牙齿不整齐，需要进行矫治。以前都是用不锈钢丝或钛合金丝把牙齿捆起来，非常麻烦，不仅时间漫长而且也很痛苦。现在很多医院开始使用弓形记忆合金丝来矫正牙齿。这种合金丝在低温时非常软，医生轻轻松松就可以把它捆到孩子的牙齿上。孩子离开医院后，合金丝的温度随着体温升高，到了还原温度，它就努力恢复原状，同时使牙齿的位置发生变化。弓形记忆合金丝的变化过程就是牙齿矫正过程，虽然缓慢，但无太大的痛苦。此外，血栓过滤器、避孕器、脊柱矫形棒、心脏修补元件、髓内针、脑动脉瘤夹、人工关节、接骨板、人造肾脏用微型泵等都用到了形状记忆合金。

对于形状记忆合金的研究和运用还在深入进行，比如以前的形状记忆合金只有一个还原温度，现在科学家已经发现了有两个甚至三个还原温度的形状记忆合金。相信随着科学技术的发展，对形状记忆合金的研究，肯定会更上一层楼。

除了形状记忆合金外，要制造变形金刚，液态金属、工程塑料、特种陶瓷、新型玻璃、可编程超材料等应该都能够派上大用场。

变形，出发

制造变形金刚，光有材料可不行，还得有极其复杂的机械和传动设计，才能实现在人形与其他形态之间的自由切换。以前这种事情是不可想象的，然而经过数百年的发展，从机械工程学的角度讲，这已经不是特别难的事情了。

挖掘机是工地上最常见的重型工程机械，逢山开路，遇水搭桥，各种本领，相信大家都见过。但会变形的挖掘机你见过吗？徐州工程机械集团研发的ET110型步履式挖掘机，底盘有四条机械腿，每条腿都能独立运转。机械腿的末端不是脚板，而是轮子。在驾驶员的操纵下，四条机械腿相互配合，可以像四条腿的乌龟那样“爬行”，又可以放下轮子，像普通车那样快速奔跑。因此，这使得ET110型步履式挖掘机的通过能力超强，不仅能在普通环境下作业，在高海拔地区、陡峭的山坡、沼泽地带等一般挖掘机到不了的地方，一样也可以自如地作业。另外，ET110型步履式挖掘机底盘上安装的工作臂也经过精心设计，尽管有十几米长，看上去很笨重，但在液压与电力传动系统的配合下，却能伸缩自如，完成极为精细与复杂的工作。看过ET110型步履式挖掘机工作的人都说，这根本就是低配版的变形金刚。

肯定有人说，挖掘机与变形金刚差距还是有点儿大，至少它是四条腿的。那就让我们再来看看人型机器人的最新进展。

两足行走一直是人形机器人进步的大障碍。因为两足行走对重心控制与动态平衡的要求很高，上楼下楼或者在自然地形奔跑，对我们来说是极其简单的事情，可对人形机器人来说，却是难上加难。但事情在这几年起了变化，不少机器人公司在双足行走上取得了巨大进步。其中，美国波士顿动力公司最为瞩目。该公司研发的人形机器人名为阿特拉斯。该公司发布的视频显示，阿特拉斯在凹凸不平的草地上奔跑，速度很快，步伐矫健而稳定。当一段摆在地上的木头拦住去路时，它竟然双足发力，一下跳了过去。除了自然地形奔跑之外，阿特拉斯还能轻松完成旋转、跳跃、后空翻等一连串高难度动作。它在一堆高高低低的木箱上，犹如黄飞鸿施展无影脚一般，连续跳跃三次的画面，震驚了所有人。

尽管视频里威风的是阿特拉斯，但背后却是无数科学家和工程师的夙兴夜寐、殚精竭虑。这其中就包含了机械设计、程序控制、环境感知与姿态控制等为数众多的现代科技知识。当然，阿特拉斯的运动能力与变形金刚相比，还差得很远。然而，“这是阿特拉斯的一小步，却是机器人的一大步”。变形金刚也不能一蹴而就，需要若干年的科技积累。

美国波士顿动力公司研发的人形机器人（图片来源/ Wiki）

电影里，大黄蜂不但会变形，还会卖萌，更会揣摩女主角的想法，帮她走出失去父亲的心理困境，这说明想要制造变形金刚，还有最为关键的一步，那就是打造一颗能和人脑媲美的硅基大脑，也就是现在最热门的话题：人工智能。经过数十年的研发，人工智能如今也已经从概念走向了现实。谷歌公司研发的程序“阿尔法狗”早在三年前就已经战胜了人类的围棋世界冠军。2019年1月，谷歌公司研发的程序“阿尔法星”与人类职业选手在经典即时战略电脑游戏《星际争霸2》对战中，取得了10比1的压倒性胜利，再一次震惊了世界。