太空太陽能發電、智慧型義肢,這些新創科技恐怕還要再等等

太空太陽能發電、智慧型義肢,這些新創科技恐怕還要再等等
Photo Credit: AP/達志影像 
我們想讓你知道的是

為了這本書,我們調查了一大堆新穎的科技,其中有些根本無法實現,或至少無法以最令人心動的形式實現。但是在我們看來,即使在最理想的情況下,太空太陽能也不會受到歡迎。

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文:凱莉・韋納史密斯(Kelly Weinersmith)、查克・韋納史密斯(Zach Weinersmith)

這些科技恐怕還要再等等——失落章節之墓

當初想像這本書時,我們的想法是很快的介紹一大堆新興科技。有點像是專為超級阿宅準備的開胃小菜。我們愈寫愈覺得,如果章節篇幅限制在一口吃下的大小,那根本什麼新菜色都端不上桌。老實說,如果你只想概略瀏覽本書的任何主題,維基百科是個還不錯的地方。

我們希望端來的是更有深度,也更匪夷所思的詳情,以及更多的奇聞怪談(那些都是跟科學怪胎聊天,或閱讀鮮為人知的文章時遇到的)。有點像是開胃小菜,而且是專為「胃口比較大」的超級阿宅準備的。

由於我們延長章節篇幅,原先的主題大多早就刪除了。有些拿來湊成同一章,變成較大的主題。不過,有幾章我們寫了半天,而且很在乎,最後終究不得不忍痛割捨。

藉用書的結尾,我們想讓它們露個臉,暫時離開Google雲端硬碟文件夾的煉獄,在永恆的黑暗之前享受片刻的陽光。

為大家獻上:失落章節之墓。

一號墓:太空太陽能發電

太空太陽能發電的基本概念是:把陣容龐大的太陽能電池板擺在太空,然後這個太陽能電池陣列再將電發射到地球。

把太陽能電池板擺在太空,確實有些誘人的好處。太空沒有夜晚,所以不必儲存電力或在日落後切換成另一種能源。電池板可以很靠近太陽,好讓每單位面積獲得更多能量。

能量可以發射到地球上任何地方,隨你高興,只要那裡有接收器就行。而且它很環保,除非你把為了將所有電池板擺在太空,而燃燒掉的幾百萬噸火箭燃料算進去。

問題在哪裡?嗯,首先,它貴得要死。屋頂式太陽能電池板還算輕,重量約為9公斤。以目前的太空發射成本來算,送每片電池板上去就要花20萬美元。即使在有太空電梯的情境下,每公斤的運送費只要550美元,每片電池板仍然要花5,000美元,這還沒算建造可運作於太空電池板的成本。

在此同時,地球製造的太陽能電池板成本約為每片200美元,而且成本降得很快。

那為什麼還要慎重考慮太空太陽能發電這個概念?在《太空太陽能發電計畫》(The Case for Space Solar Power)一書中,作者曼金斯(John Mankins)認為,太空太陽能電池板每單位面積獲得的能量,可望達到地面電池板的四十倍左右。這是因為地面上有季節、日夜循環及天氣。

這樣的比較不太公平,因為太空有本身獨特的問題(例如太空岩石和輻射),但曼金斯先生只是試圖強調,太空太陽能說不定很有意思。還算公平啦。我們的問題是,假設太空獲得的太陽能量跟地面獲得的,真的是40比1(利用前面的估計),把太陽能電池板擺在太空的經濟效益還是很難說。

就算曼金斯先生最樂觀的數字是正確的,再加碼超級先進的太空電梯好了,以目前的比例來看,你付出電池板二十倍的價格,就可以得到四十倍的效率。這樣夠好了,但據我們猜測,等到我們有辦法建造99,500公里長的太空纜繩,那時候太陽能電池板的價格恐怕會下跌50%以上。

因此,即使未來太空發射可能相當便宜,在美國亞利桑納州建造四十片電池板,大概永遠比發射一片電池板到太空更便宜、更容易。

透過本書討論過的某些技術發展,或許我們會找到適當的機器人,但即使有了自動維修群體機器人,你還是寧可讓它們修理亞利桑納州的電池板,那裡有世界上最大的石化樹。

太陽能電池陣列的可能優點是,它們或許(在非常遙遠的將來)對於太空運輸很有價值。概念如下:從太陽附近的電池板蒐集能量,然後把能量發射到原本就在太空的飛行器。這或許真的是未來要走的路,因為太陽代表龐大的免費能源。但是等到我們有辦法發射載有維修機器人的龐大結構,據我們猜測,那時候又會有更好的選擇。

為了這本書,我們調查了一大堆新穎的科技,其中有些根本無法實現,或至少無法以最令人心動的形式實現。但是在我們看來,即使在最理想的情況下,太空太陽能也不會受到歡迎。假如我們的能源需求變得龐大無比,而且我們決定只使用可再生能源,或許有一天我們會真的沒有地皮可用。但這似乎不太可能。以目前太陽能電池板的效率來看,一座太陽能發電廠只要涵蓋不到10%的撒哈拉沙漠,即可符合全世界的電力需求。

話說回來,很多優秀人才認為它是有機會的。我們仍對此存疑。

二號墓:智慧型義肢

什麼是智慧型義肢(advanced prosthetic)?它包含的範圍有點廣,但其實我們對任何義肢都很有興趣,只要它能超越硬邦邦的木頭或金屬的典型樣式,並在功能上更接近傳統的肉質肢體。這涵蓋許多很酷的東西,從既堅固又有彈性的先進材料,到肢體具有內建電腦可試圖預測動作,乃至我們在上一章接觸過的神經義肢。

非電腦化的現代義肢已經非常厲害了。有了先進的材料和設計,即使看來相當簡單的設備,也能兼具功能及美觀。而且,3D列印機都無論是用來量身定製義肢,還是為往往平凡無奇的大量生產義肢增添繁複的設計,都占有一定的地位。

電腦化義肢更厲害。如同我們提到的,有些人造腿試圖確認患者正在進行何種步態(慢跑、奔跑、跳躍、爬樓梯、月球漫步等),然後做出相對的回應。它們並不完美,但對硬邦邦木頭使用的舊方法來說,這是很大的改進。

電腦化義肢的缺點之一在於,它們基本上也是需要充電的裝置。對使用義肢的人來說這很明顯,但對我們來說有點意外。如果你身上有智慧型肢體,你必須每天晚上把它脫下來,插在充電器上充電,而且覺得那些抱怨必須給iPad充電的人很討厭。

改善義肢的難度極高。比方說,人類腿部的實際動作比你知道的還要複雜。木製假腿之所以很爛,部分是因為它只有一種硬度。

試想,對於你選擇的任何步態(假設你有兩條標準配備的肉腿),你的腿會自然而然處於某種硬度。打直膝蓋走路試試看。沒錯,這樣看起來超酷的,但走起來又慢又痛。現在,完全不用膝蓋走路試試看⋯⋯呃⋯⋯還是不要好了。萬一你真的這樣走路,摔得鼻青臉腫可別告我們。

從運用動作的角度來看,手還有一個問題。假如你失去一隻手(譬如你爸爸跟你決鬥時把它砍掉了),你會想要換隻新的。如同我們在上一章提到的,操作手指的肌肉其實在前臂。

假如你同時失去手和前臂,可以把機械式肌肉擺在義肢前臂裡,以便操作義肢手。假如只失去手,那麼機械式肌肉就必須擺在手裡面,也就沒多少空間可以塞進小電池和驅動器了。

這就是為什麼在「星際大戰」電影中,當黑武士達斯維達砍掉路克天行者的手時,一般觀眾覺得黑武士是大壞蛋,但可能察覺不到他比大壞蛋還要壞。黑武士砍掉路克的手而不是前臂,害路克需要更複雜的義肢。這就是「黑暗面」的力量。

義肢的未來很可能在於神經義肢,它會直接從大腦傳遞訊號到附屬肢體。如同我們在上一章也討論過的,我們正朝目標邁進,但距離不必太侵入即可運作自如的境界還很遙遠。有朝一日,替代肢體的動作或許可以像真正的肢體一樣自然,但就義肢的歷史看來,對許多人來說,小小的改善就能提供更好的生活。而且在令人驚嘆的未來,說不定我們會有額外的肢體或全新種類的肢體,也就是大家都有觸手!

那我們為什麼要殺掉這一章?部分是擔心義肢面臨的挑戰描述起來較偏技術性,會有點重複及枯燥。它在學術方面很吸引人,但我們認為,大部分的讀者對於「典型踝關節的自由度」恐怕興趣缺缺。

更重要的是,這個領域中最令人心動的發展,有很多其實和〈腦機介面〉中介紹的東西重複。神經義肢科技本身自成一格,但它其實是腦機介面的子領域。

所以,雖然遺憾在所難免,但我們還是為它送終吧。

相關書摘 ▶已經搶走許多就業機會的機器人,為何遲遲未取代鋪磚工人?

書籍介紹

本文摘錄自《拯救或毀滅世界的十種新創科技》,天下文化出版
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作者:凱莉・韋納史密斯(Kelly Weinersmith)、查克・韋納史密斯(Zach Weinersmith)
譯者:黃靜雅

意想不到的未來,就在眼前!

未來,這世界到底會變成怎樣?
為什麼距離首次登月已經這麼久了,我們還沒有在月球上建立殖民地?
為什麼許多我們期盼已久的科技,還沒有成真?

《拯救或毀滅世界的十種新創科技》帶你預見未來,細數十種眾所矚目的發展中新興科技,例如上太空要如何變便宜、我們要如何利用太空資源、醫學會不會走到為個人量身訂製的境界、3D列印有沒有可能解決器官移植的問題,我們能不能為大腦編寫程式,讓自己更聰明?

作者用逗趣的漫畫與幽默的解析,說明這些科技目前進行到哪裡,它們繞了哪些冤枉路、走了哪些死胡同,怎樣會把這世界搞得一塌糊塗,怎樣才可能讓我們的明天會更好!

拯救或毀滅世界的十種新創科技
Photo Credit: 天下文化

責任編輯:潘柏翰
核稿編輯:翁世航

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