问鼎娱乐 华高莱斯：航天科技民用化——接地气的航天科技（下篇）

作者：关婷婷

目录

航空航天技术与农牧业

航空航天技术在公共安全领域的转化应用

3. 航空航天技术与商业

航天技术转化在商业领域的例子还有很多，本文将主要介绍航天技术在“运动健康和出行”两个有趣的贡献。

1）康复设备：航天科技助力运动员快速恢复

美国宇航局开发了一种加压气室问鼎娱乐下载入口，通过模拟太空重力来帮助宇航员保持力量和骨骼密度，该气室经过逆向工程，创造出一种帮助运动员快速恢复的装置。

顶尖运动员需要顶尖科技为其保驾护航，航天科技作为顶尖科技的一种，转化为体育科技的历史源远流长，比如现在流行的气垫运动鞋的鞋底制作工艺，就采用了航天科技转化而来的“中空吹塑”技术。

随着这类分级技术的普及，更多先进的行业技术正在被运用在顶尖运动员身上。比如顶级篮球运动员科比·布莱恩特曾经左脚跟腱严重断裂，在康复期间，他使用了一种器械——Alter-G 的反重力跑步机。2013 年，科比在 Instagram 上发布了自己使用反重力跑步机的视频。那是在他左脚踝跟腱严重断裂后复出的一个月前。在反重力跑步机上跑步，不用担心影响刚刚痊愈的伤势，还能锻炼跟腱，缩短重返球场的时间。

Alter-G 反重力跑步机，图片来源：wikipedia@Ajglincher

反重力跑步机的专利气压差 (DAP) 技术源自 NASA 开发的最新技术。随着宇航员在零重力环境中待的时间越来越长，他们的体重和骨密度会下降。NASA 工程师找到了一种解决方案，即使用加压气室模拟重力，帮助宇航员在太空中保持力量和骨密度。

反重力跑步机的设计者们意识到相应降低重力会对人们带来重大益处，于是他们逆向设计了NASA的解决方案，创造出了反重力跑步机所用的差动气压系统。Alter-G的原理是利用气压将跑步者平稳地举起，而跑步者的下半身则固定在一个密闭的气室内，给人一种类似漂浮的感觉，膝盖和脚踝几乎感觉不到压力。一旦有人开始在上面跑步，Alter-G就会及时校准气压，这样即使是有伤病的人，也能通过跑步达到运动恢复的目的；肥胖者不用担心大重量对膝盖的压力，甚至不会出现应力性骨折；马拉松运动员可以训练速度和耐力，不用担心高强度长距离带来的漫长的恢复过程。

反重力跑步机可以提供高达80%的重力支撑，让使用者的下肢在较小的负荷下进行锻炼，对踝关节、膝盖、髋关节损伤的间接治疗也有帮助。想象一下，你站在这样的跑步机上，体重仿佛减轻了20、40磅甚至更多。悬浮在空中时，距离地面的高度最多也就30cm（包括跑步机离地面的高度）。同时，相比于类似原理的水中跑步，Alter-G跑步机的功能更多，能达到的效果也更多。速度/坡度可调，也不会像泳池一样占用太多面积。NBA运动员一直都是最先尝试新式训练器材的群体，很多运动员在伤病期间都曾使用反重力跑步机进行训练和恢复。

Alter-G 反重力跑步机，图片来源：维基百科@Antigravitytreadmill

目前，全球范围内拥有反重力跑步机的机构有很多，包括职业运动队、大学体育项目、康复机构和个人运动员，例如西雅图海鹰队、迈阿密热火队和美国奥林匹克训练中心。反重力跑步机也受到运动员的追捧，许多职业运动员都使用反重力跑步机进行物理治疗和训练。

2）出行方式：航天技术正在改变未来出行方式

火星探测器底层算法应用于无人驾驶技术

航天技术在人们的日常出行中也发挥着非常重要的作用。说到航天技术在出行领域的应用，大家可能会想到卫星定位导航技术。没错，卫星导航极大地改变了人们的驾驶方式，让自驾变得更容易，省去了识别和记忆道路的麻烦。

但你是否知道，一项曾经应用于航空航天领域的技术，如今正以加速的速度发展，并且很有可能在不久的将来给人们的出行方式带来翻天覆地的变化。没错，那就是无人驾驶技术，或者更准确地说，是无人驾驶的底层算法——运动规划与决策——“无人驾驶汽车的大脑”，也就是如何让无人驾驶汽车在不确定、动态的环境下做出正确的判断和规划。比如从A点到B点，全程100公里，如何确定远景、中景、近景的规划？

近十年来，无人驾驶汽车主要应用于军事和航天领域，比如火星探测器。NASA的火星探测器在运动规划算法中，采用了D*Lite算法的优化变体。最早研究无人驾驶汽车“运动规划与决策”的斯坦福大学教授塞巴斯蒂安·特龙（Sebastian Thrun）2007年加入谷歌担任副总裁，并创办Google X（Google Research）领导无人驾驶汽车项目。无人驾驶汽车领域的探索进入谷歌时代。2015年，谷歌无人驾驶汽车在加州城市街道测试中，实现了30万英里无重大事故，完全超越了保险公司定义的最安全驾驶员群体的平均驾驶记录。

对于火星探测器来说，运动规划算法面临两大问题：

第一，必须节能。节能主要是因为火星探测器上的太阳能电池板比较弱，只有太阳垂直照射，偏差不超过十几度，火星探测器才有足够的动力前行。所以不可能把所有的电能都放在CPU上去计算路径，而且这个算法必须非常节能。

美国宇航局火星探测器，图片来源：commons.wikimedia@NASA/JPL-Calech/亚利桑那大学、Corby Waste

第二：计算要快。火星表面不像城市的道路，如果每次遇到坑洼、路面有石头等情况，火星车都要停下来计算，那火星车的运行效率就太低了。为了解决这两个问题，运动规划算法也取得了很大的进步。

对于无人驾驶汽车来说，运动规划与决策的难点主要在于两点：

首先，计算量非常大，搜索空间呈指数增长。

第二，不确定因素很多，整个运动规划和搜索结果要随着信息的变化而不断变化。比如在高速公路上，无人车沿着一条车道行驶，突然发现有鹿在过马路，这时候如何在毫秒之内以最安全的方式调整之前规划好的路线和速度，将是一个非常困难和关键的技术。

这里主要用到的技术有：基于增量搜索的算法、基于抽样的规划算法等。在运动规划领域，基于增量搜索的算法主要指A*、D*、D* Lite、MT-D* Lite等算法。这种算法解决的是在未知、不确定、动态的环境下，如何从A点到达B点。在实现上，就是通过新的信息来更新搜索空间，在较短的时间内保持那些不需要改变的信息和计划，对那些危及生命健康的计划只进行部分修改。基于抽样规划的算法：简单来说就是通过抽样把比较复杂的操作简化，加快了搜索和运算的速度。但是这种算法的问题在于会牺牲最优性。两种算法用在不同的系统中。

自动驾驶汽车已经走过了很多年的发展历程，从2004年DARPA（美国国防科学技术委员会）为推动自动驾驶汽车的发展而举办的第一届自动驾驶汽车拉力赛（无队伍完成挑战），到2015年左右谷歌的自动驾驶汽车完成了30万英里的道路测试，没有发生过重大事故。自动驾驶技术的底层算法在这其中起到了至关重要的作用。

谷歌自动驾驶汽车，图片来源：commons.wikimedia@Steve Jurvetson

4. 娱乐：太空技术也可以很浪漫

用于探索和科学研究的立方体卫星用于运送人造流星雨的原材料

至于航天科技的娱乐化，我们还停留在很基础的层面，比如科技馆里的展示，对航天科技也没有什么深入的体验。但现在航天科技可以实现这些。一个有趣的例子就是人造流星雨。日本创业公司Ale开发了一项人造流星技术，根据客户的需求问鼎app官网下载安装，发射不同数量、不同颜色的流星，每颗售价100万日元（约合5.9万元人民币），整个项目预计耗资约3亿美元。

人造流星雨发射示意图，图片来源：star-ale.com

这项人造流星项目名为 Sky Canvas，由创始人兼首席执行官 Lena Okajima 主导。该公司将利用一颗 23 英寸立方体卫星，将约 300-400 个豌豆大小的金属球运送到距离澳大利亚约 500 公里的高空问鼎娱乐下载链接入口，然后在合适的时间发射回地球。这些金属球将在约 15 分钟内抵达日本广岛上空，并在进入大气层时通过与空气摩擦燃烧，发出类似流星的光芒。