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A95c06eaf76bc659b4cc7a74b2061091 暑假是電影的旺季,許多好萊塢大片都趁此時推出,今年尤以漫畫改編及科幻片為大宗,雖然這些電影本身的目的在娛樂大眾,在科學邏輯上並不那麼完美,但是偶而用科學的眼光來檢視一下,倒也能發現不同的趣味,國外網站便整理了近期上映的暑假大片,從中發掘一些有趣的科學問題。

問題一:一個人可以有多強壯?(超人:鋼鐵英雄)

劇情簡介:

一部具有75年歷史經典漫畫的最新改編電影,超人,一個平凡農夫之子,不但發現了他所擁有的超能力,而且阻止了來自氪星,一心想破壞地球的瘋狂惡棍:索德將軍與其黨羽費歐拉。

答案:

超人也許可以舉起巴士或鑽油平台,但是人類的力氣有相當嚴格的限制,首先是肌肉的本質,人類所能發出的最大力量,取決於我們的肌肉纖維如何運作,多年來,科學家們從不同脊椎動物取下肌肉組織並測試其能力,並從中得到一個經驗法則:每平方公分橫切面的肌肉,可以產生30牛頓的力(約6.75英鎊)。達拉斯南衛理公會大學的應用生理學家 Peter Weyand說「由於進化是一個保守的過程,因此這些肌肉的組成部分基本上相同。」

那麼,為什麼不在身上創造更多的肌肉?在某種程度上,人類已經這樣做了:我們的身體比500年前的人類更加強健。但是,運動分析師Geoffroy Berthelot說,「肌肉的增長是有限度的​​,因為還要取決於骨頭是否有辦法支撐,而每平方英吋的肌腱也有15000磅的拉力限制,Berthelot說,我們可能已經接近人類運動能力的上限了。

肌肉成分也限制了人類的表現。快肌纖維可以比慢肌纖維產生更多的力量。透過訓練,運動員是可能可以改變身體快肌纖維與慢肌纖維的比例,但研究表明,這差異主要還是透過遺傳所決定。

目前有一個方式能夠突破並超越人類力量的限制,就是以人工的方式去設計,一個完全不同的骨骼結構,可以提高某些運動的槓桿作用,例如,根據杜克大學進化人類學家Steven Churchill的研究,男性穴居人,在肘部彎曲時的力量,可能只有今天一般人的三分之一。不過,考慮到超人出身氪星,跟尼安德塔人一樣並非人類,而是具有人形的生物,所以適用於不同的規則。

合理的懷疑:

超人的衣服跟超人一樣一樣堅不可摧,漫畫作家曾解釋過這是因為超人周圍有一個力場,或是氪星紡織品的關係,才讓它如此堅韌,但大多流於空談。製作一件防彈衣的最好方式是用石墨烯這種材料來強化,它不但具有彈性、而且超薄,更比鋼鐵堅硬50倍。

問題二:為什麼要用心靈控制操作機器人?(環太平洋)

劇情簡介: 

巨大怪獸從太平洋深處冒出,牠們被稱作Kaijus,人類試圖用巨型戰鬥機器人加以抵抗,而駕駛員是透過神經連結的方式操作這些機器人。

答案:

當然你也可以使用其他靠得住的控制界面,就像是無人機。但大腦控制介面(brain-controlled interface, BCI)酷多了。以原理來說它也更好:任何玩家都知道,大腦信號傳遞到肌肉的速度,有生理上的限制,在跟kaijus作戰時,每毫秒都是關鍵。

大腦控制介面確實存在,科學家們已經嘗試用它們來控制機器人,不過目前它們仍很笨拙,從腦電波去取得清晰的控制信號是相當困難的,這導致錯誤頻繁發生與較緩慢的反應速度。英國埃塞克斯大學的一名生物工程學家Francisco Sepulveda,從事神經介面研究已經20年,他認為「我們在談到BCI時會非常小心,除非是在特定的情況下,否則它不會是一個獨立的解決方案,。」

更好的BCI,可能有一天可以讓四肢癱瘓者走動。但即使BCI可以達到這種能力,但它仍有所侷限,比起BCI,科學家可以更簡單創造出一個控制介面,來回應人們的語音命令或眼球運動,甚至他們根本不需要這種介面,當涉及到飛機或汽車(或2,700噸機器人)時,自動控制系統可能是一個更好的選擇。

但對於那些追求BCI的人來說,環太平洋展示出一個很棒的構想:駕駛員的大腦透過「神經元結合」,以兩人一組的方式來駕駛機器人,Sepulveda的研究小組剛剛完成了一個相同概念的實驗。參加者被分成兩人一組,透過軟體讀取兩個成員的大腦信號,讓他們試著操作飛船模擬器。藉由合併神經信號,BCI可以平均化一些雜音,讓飛行具有更高的準確性,結果證明,兩個大腦的確實比一個要好。

合理的懷疑:

根據劇組釋出的資料,Kaijus的血液是藍色的,這雖然奇怪,但並非前所未聞,像鱟就有著偏藍色的血,因為牠的血液細胞以銅代替鐵來攜帶氧氣,且牠的血液也容易凝結成塊,從中可推測,Kaijus應該具有傷口快速復原的能力。

(下一頁:星際爭霸戰的雷射槍與鋼鐵人裝甲是否可行?)

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