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知乎好问题:你所知道的最黑的黑科技是什么?

知乎日报 2019-08-09


题图:全景视觉


你所知道的最黑的黑科技是什么?

 

    

1

 

 

知友:SME情报员(1,500+ 赞同)

 

这款世界上最「黑」的黑科技,它实在是太黑了,以至于人类的眼睛无法理解看到的东西。形状和轮廓缺失了,只留下看起来像一片深渊的物质。


无论是怎样的光都无法照亮它。



这种材料名字叫 Vantablack S-VIS,能够吸收 99.8% 的光线,反射能力比哈勃望远镜上使用的超黑喷漆还要弱 17 分之一。


这种「超黑」涂层由碳毫微管组成,每个碳毫微管都只有人类头发的一万分之一细,凝视这种涂层是古怪的经历。用肉眼根本无法看到它。


你可以看看下面这个图感受一下,这块锡纸背后的空间好像深不可测有木有:



用强光扫过,材料的吸光性逐步升高自己感受一下这材料有多黑吧:



再用激光试试,注意中间的那个红点



由于是纳米材料所以还防水:



下面这个是它的微观结构,其实就是垂直组装的碳纳米管:



该材料由英国 Surrey NanoSystems 公司研发,该公司的 CTO 告诉我们, Vantablack S-VIS 可以用喷枪进行喷涂,有很大的应用范围。


比如说你可以用它做夜行衣,保证没人能看见你。



还能做面具:




它的实际用途更为严肃,可让天文照相机、望远镜和红外扫描系统运行得更加有效。还会有一些军事用途,不过该物质的生产商未被允许讨论这方面的用途。


Surrey NanoSystems 公司的首席技术官本·詹森(Ben Jensen)称,上一代的 Vantablack 涂料已经具有里程碑的意义,并对许多研发高性能设备的公司起到了至关重要的作用。


而在进一步的研发之后,这种新型可喷涂的材料又有了更大的应用范围。



改良后的版本将在更多领域得到使用,如在航天领域,它可以覆盖在更大、更复杂的形状和结构表面。


该公司表示,和其它光线吸收物不同,这种材料在多种视角和波长下都有着极其卓越的表现,而这一点对光学仪器和许多物体外观来说是至关重要的。


目前这种材料正在伦敦的科学博物馆展出,公众可以亲眼看看这种「世界上最黑的涂料」究竟有多黑。


而这种最黑材料简直就是低调人士的最爱啊,肚子太肥穿件 Vantablack 的 T 恤,正面完全看不出肚子的细节;出去打劫套上 Vantablack 的丝袜再也没有人认得出你了。


难道这还不是最黑的黑科技吗?

 

  

2

  

     

知友:Mandelbrot(14,000+ 赞同,格里菲斯大学计算机科学博士,天文学话题的优秀回答者,知乎编辑推荐)


世界上最快的摄像机可以让你看到光的运行。



试验场景是这样的:一小段激光脉冲从左边进入水瓶,高速摄像机记录下激光在水瓶中运动的过程。


图片来自 https://youtu.be/Y_9vd4HWlVA


这种摄像技术叫做飞秒照相,出自麻省理工学院的研究人员之手。成像速度达到骇人听闻的每秒 1 万亿帧。


仔细算算你可能会发现一个问题:光在真空中的速度是每秒 3 x 10^8 米,那么在摄像机产生一幅图片的时间内,光在真空中也只能走 0.3 毫米。为了生成一幅图像,摄像机需要进行大量的电子或机械操作。这样看来,莫非这个摄像机可以超光速运行?


还有一个问题:高速摄影中,每一幅图片曝光时间都非常短。在 1 万亿分之一秒内,摄像机接收到的光微乎其微,远远不足以生成一幅图片。


飞秒照相技术确实玩了一个小花招来避免上述问题。


你看到的视频好像是一小段激光穿过水瓶的过程,但实际上,他们向水瓶发射了上百万次激光脉冲,录制了上百万段视频。


当然,每一段视频包含的信息量极少,无法观看。然后电脑把所有视频合成为一个,集合了所有视频中的信息。


所以,摄像机不需要超光速运行(虽然摄像机的速度确实很高),错过了几帧也没有关系,下一次总会抓住的;每一帧光线太暗也没有关系,把一百万个视频合起来亮度就够了。


这项技术还有一些匪夷所思的应用,比如可以看见躲在墙角的人。


图片来自 https://www.slideshare.net


在上图的场景中,摄像机不能看见屋里的人。


于是,摄像机向门的不同位置发射多次激光脉冲。光子从门上发射,走向不同方向。有少量激光会落到人身上,再次反射。


部分激光会再次落到门上。其中少数比较走运的光子会进入摄像机的镜头,被摄像机看到。摄像机通过分析接收到光子的时间,大致判断目标在屋里的什么位置。


经过上百万次激光脉冲和成像,摄像机就能建立起一个大致的三维模型。


图片来自 https://youtu.be/Y_9vd4HWlVA


飞秒照相技术发表于 2012 年。从此以后,其他研究机构纷纷跟进,成像速度也得到了突飞猛进的发展。现在的最高纪录为瑞典隆德大学保持:每秒 5 万亿帧。

 

 

3

 

 

知乎机构号:PingWest品玩(4,100+ 赞同)


有了这个,别说 MacBook 了,就连 Chrome OS 和 Linux 都能玩!


2018 年,Google 上线了一个云端游戏服务 Project Stream。


看到这条新闻的时候,我感觉仿佛亲眼目睹一座游戏史上的新里程碑诞生了!


朋友们可能不知道为什么硅星人这么激动,首先我们得解释一下什么是所谓的「云端游戏」。


简单来说,就是把 AAA 大作变成「页游」……


大家知道,玩大型游戏得有足够的硬件支持,你得有一台主机,PS4、Xbox One 或者 Switch,或者一台显卡、CPU 和内存及格的 PC——否则最新的游戏不可能跑得动的。


这并不意味着咱们 MacBook 小白领和 Linux 程序员,就和这些主流游戏无缘了。技术上简单来说,云端游戏就是在远程服务器里开一个虚拟机, 在这个 VM 里跑游戏,然后玩家在自己的设备上可以访问 VM。



目前,索尼和英伟达都推出了自己的云端游戏服务,PlayStation Now (PSNow) 和 GeForce Now (GFN)。


这两者各有优劣势,PSNow 在庞大的 PlayStation 游戏库里尽情畅游,但是要求玩家有 Windows 10 PC 或者 PS4 主机(早年内测需要电视跟机顶盒);


GFN 是 PC 端,支持 Steam 和育碧 Uplay 上不少游戏,缺点是客户端很难用,单次连接限时四小时,而且 5 分钟闲置就自动断线。


而在 Project Stream 上玩了两周《刺客信条:奥德赛》之后,我可以负责任地说,这是我玩过的所有云端游戏当中最优秀,体验最棒的一个。


  • Project Stream 极其轻量,有 Chrome 浏览器就行了,不用安装任何客户端;


  • 你可以在任何安装 Chrome 浏览器的桌面平台上游戏——包括且不限于 Windows PC、Mac、Chromebook 和 Linux 电脑;


  • 它几乎不要求硬件配置,本质上只对网速/带宽有所依赖。


游戏体验:轻量、敏捷,无负担


Project Stream 是这样一款服务,它召之即来、挥之即去,在你的电脑上几乎没有任何存在感。


在注册参加公测短短 3 天之后,我就在邮箱里收到了激活码。打开 Project Stream 的网站,登录我的 Gmail 账号,输入激活码,绑定 Uplay 账号——注册就完成了,就这么简单。


如前述,Project Stream 的入口就是它的网站。登陆进去,它没有广告也没有任何多余的内容,只做一件事:帮你检查一下当前网络状况。



Google 的建议带宽是 25Mbps,实际要求 15Mbps、和服务器 40ms 以下延迟,以及不到 5% 的丢包率。


我用的是下面 Comcast 这个最便宜的渣服务,号称 55Mbps,实际常年 15Mbps 左右。用 Wi-Fi,玩的同时别人还在同一个网络下看 YouTube,基本不翻车。



检查完网络状况,同样没有任何废话,就可以直接进入游戏了!启动速度之快,确实让我惊讶,看动图:



相比之下,登陆 GFN 排队就得排个两三分钟,虚拟机出来了,还得再登陆 Steam/Uplay,而且 VM 的记忆力不好,经常得重新验证。而 Project Stream 因为浏览器和 Google 账号绑定了,一次登录之后,直接进游戏。


因为 Google 跟育碧这次有专门的合作,在游戏里的设置选单看不到服务器里用的是什么显卡、显存有多少,也调不了画面质量和分辨率,VM 会根据用户设备的全屏尺寸自动分配分辨率,长宽比暂时只有 16:9,某些太宽或者太「生产力」的屏幕会出现黑边。


其他选项倒是应有尽有,除了键鼠之外也支持 Xbox 和 PS4 手柄。根据论坛里其他用户的反馈,Project Stream 对手柄的热插拔支持特别好,直接开游戏是键盘:



插上手柄就直接变成手柄了:



虽然大家一直以来开玩笑说 Chrome 吃内存太厉害,是个很卡的浏览器,但在 Project Stream 的实际体验当中,画面还是很精美的:视野最大,粒子全开,物理光影、水体柔和;游戏也是比较顺滑的,帧率 30fps 左右。


以下几张截图来自 Project Stream 实际游戏,设备是 Pixelbook。



用 Wi-Fi 有时候画面会比插网线模糊一丁点,但差别是细微的,无论有线无线,《刺客信条:奥德赛》丰富多样的画面都可以相对准确地呈现在屏幕上。


后台服务器的性能似乎相当不错,迷雾、体积云、环境遮挡和阴影贴图等等设置都全开了,精美程度上弥补了只有 30fps 流畅度问题。



另外,这是一款实时渲染无 CG 的游戏,在过场动画/对话时经常在全景、场面和人物特写之间切换,此时后台服务器的性能就体现出来了,切换迅速且没有瑕疵。



延迟可以忽略不计,画面上看到敌人出刀,按下格挡就能实现完美防御/一闪。


为什么说在 Project Stream 上玩《刺客信条:奥德赛》是无负担的?因为这项服务对于玩家的各种意外情况是有所照顾的,游戏闲置超过 20 分钟才会自动断线,对于大部分人来说 20 分钟足够处理一些突发的 AFK(离开键盘)状况了(相比之下 GFN 闲置 5 分钟就断线。)


这还没完。如果你在游戏过程中遭遇了突发状况,比如说断网,或者电脑死机,也是在 20 分钟之内,重新登陆 Project Stream 是可以找回之前的游戏状态的——注意是状态,不是存档。


就算你之前正在一关任务中,正在攻打堡垒或大战场作战(无法存档),都不会丢失进度。


当然,作为一款开放世界游戏,《刺客信条:奥德赛》本身也较前代优化了存档机制,只要不在作战/高威胁区域,游戏都会 autosave。



无需客户端,端游变页游;启动速度快,节约玩家时间;闲置不断线,断线不回档,这就是我评价 Project Stream 轻量、敏捷、无负担的理由。


跨设备高可行性:秒切设备、全平台支持


Project Stream 真正的厉害之处还在后面。


想象这样一个场景:你正在台式 PC 或者 iMac 上玩游戏,突然临时需要在这台电脑上完成一些工作。


你掏出了笔记本电脑——任何一台笔记本电脑都行。登录 Project Stream。神奇的事情发生了:刚才的游戏自动切换到了笔记本上!


换台电脑,续写你的古希腊传奇!


其实云端游戏完全没有必要有这样的设定。讲真,我这种没有主机也没有专门游戏 PC 的人,能玩上游戏,分辨率视觉效果 OK,延迟不高,已经很欣慰了,我没有任何额外的要求。


而且我相信这个跨设备接管,并不是个随便加进去的功能。索尼没有这个功能,英伟达也没有,这可是两家成天跟游戏和玩家打交道的公司啊,它们都没做——甚至连 Google 旗下的 YouTube 都没做这种跨设备播放进度同步的功能,为什么 Project Stream 就实现了呢?


这是想要表达对玩家的体贴吗?还是纯粹的炫技,为了做而做,证明自己可以的?不管是哪一种,我都想要对 Project Stream 的产品经理和程序员同学们说一声:佩服。


得益于这个功能,办公桌前用 Windows PC,回了家换 MacBook,沙发上一躺再换 Pixelbook,甚至程序员朋友爱用的 Linux 都能玩——反正都是「页游」,开个浏览器就够了。


(也许是错觉,感觉在 Chrome OS 上玩丢包的次数比其他平台更少。)



有了 Project Stream,完全不用担心离了家里的主机就玩不了游戏,出外也不用搬一台游戏笔记本了。轻薄至极性冷淡到爆的 Pixelbook 都能变成游戏机,在符合你个性的同时提供优质的娱乐体验。



游戏偶尔会一些小的 bug,比如二人对话镜头切换时其中一人的头发渲染不出来,以及下面这种整个任务完全 bug 掉……



总体上来讲,Project Stream 在我测试环境的各个平台上游戏体验是出乎意料的:


游戏画面精美,流畅度尚可,长达数小时的连接里延迟都能保持在较低水平,对玩家 AFK 以及对网络状况的宽容度高。而且,能够随时切换设备是巨大的加分项。


如果 Google 有计划将目前还是 beta 状态的 Project Stream 正式上线,这项服务还是有很大的改善空间的:首先,在网络允许时提升到用户显示设备支持的分辨率;其次,提高帧率;以及,最后,加入更多的游戏,并且支持内购买 (microtransaction)。


必须要注明的是,对于 Google,以及英伟达,云端游戏都还只是一次技术上的尝试而已。


负责任地说,我们不必将 Project Stream 和 GFN 看做是这两家公司未来业务必然的发展方向。今年我采访了英伟达的黄教主,他表示云端游戏是一项很极端的技术,技术栈的复杂度、对计算力的要求之残酷远胜于在线视频和直播。


就连英伟达对云端游戏都没有具体的商业计划,就更别提 Google 了。


但不管怎样,我相信在未来,随着计算技术的进步和云端游戏的流行,AAA 大作的「页游」化会成为游戏领域的重要趋势之一。

  

  

4

 

 

知乎机构号:《科学世界》杂志(4,700+ 赞同,知乎编辑推荐)


几年前,科学家们为一名 7 岁的叙利亚男孩进行了超大面积的换肤手术。这名男孩因一种可怕的遗传缺陷导致全身约 80% 的皮肤脱落,伤口无法愈合。所幸,再生医学的疗法最终改变了这名男孩的命运。



由于失去了 80% 的皮肤,男孩身上尽是无法愈合、甚至已经感染的伤口,只能依靠吗啡暂时缓解疼痛,这已经是其在德国的主治医生尝试过多种治疗方法未果后唯一的选择。


这种罕见的遗传疾病名为大疱性表皮松懈症(EB),因基因 LAMC2、LAMA3 或 LAMB3 发生突变所致。这三种基因能生产层粘连蛋白,这种蛋白质能使皮肤的表层和真皮层粘连在一起。


因此,不幸祸患此病的患者会因为极其微小的碰撞和摩擦而浑身长满水泡,以致破损溃烂。据资料显示,40% 的患者会在患病1年内死亡。


主治医生曾想过从男孩的父亲身上取下部分皮肤进行移植,但因各种排斥反应方案以失败告终。


作为最后的希望,医务人员不得不向意大利科学家——再生医疗领域的先驱 Michele De Luca 求助。


Michele 领导的团队曾在实验室条件下成功将基因编辑后的皮肤再次移植至部分躯体,比如腿部的一小部分皮肤。


「但如此大面积的换肤手术,还是第一次」,Michele 心里也很忐忑,「患者几乎失去了所有的表皮。」



首先,医生取下一小部分男孩身上尚存的正常皮肤作为样本,利用基因编辑技术在皮肤细胞核中修正 LAMB3 基因。


由于皮肤中有对应的干细胞,我们的皮肤表皮一直在不停地更新,大概每个月就能完全更新一遍,医务人员正是利用这一点,在实验室中通过小部分的表皮样本,再生出了足够换肤术所用的皮肤。


2015 年秋天,在经历了两场手术之后,新的表皮终于被成功地移植至男孩的身体,如同拼布一般包裹住了患者的整个躯体。一个月之后,植入的表皮就和更深层的皮肤融为一体。


几年过去了,我们不仅等来了论文,还迎来了另一个好消息:到目前为止,男孩的皮肤十分健康,已经回到学校上课,甚至还能参加课外活动踢足球。如果因意外皮肤受伤,也能同正常人一样自己愈合。



但是,研究人员同时指出,利用基因编辑修正皮肤细胞也有潜在的风险,比如有可能增加患皮肤癌的风险。


因此,这种再生治疗是否能长期安全有效还需进一步经受时间的考验。但科学家们坚信,这种治疗方法一定会在将来治愈更多的严重皮肤问题。


基因编辑在广义上属于包括转基因在内的基因修饰技术。除了体外培育基因修饰过的皮肤外,近日美国加州大学旧金山分校还完成了首次体内编辑治疗,通过病毒运载锌指蛋白和正常基因进入肝部,治疗一位亨特氏综合征患者。


该疗法如果能证明成功,今后的基因治疗将不在需要体外编辑培养细胞,而是可以直接编辑人体自身细胞。那时,基因疗法或许会成为常规的医疗技术。


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