机器人的新进化

       随着3D打印技术和组织工程学的发展，生命与机械的界限已经被打破，动物的细胞、肌肉乃至心脏，现在都可以跟冷冰冰的机械相结合，创造出更灵活更有生命力的新一代机器人。

       依靠心脏细胞的机器鳐鱼

2016年7月，美国哈佛大学的科学家们推出了全球首个生物合成机器人——机器鳐鱼。这个机器人模仿自然界中的鳐鱼制造而成，长只有1.5厘米，重只有10克，其骨干由黄金制作而成，皮层由硅树脂制成，能以每秒3毫米的速度缓慢前进。神奇的是，其动力来源竟然是老鼠心脏细胞。

       机器鳐鱼的制动体由老鼠心脏细胞构成。这些细胞位于植入了特殊蛋白的有机矽制作的模板上，沿着模板的蛇形图案整齐排列生长，一周内的数量能繁殖到20万个，形成类似鳐鱼的肌肉纤维结构，靠收缩产生前进动力。

       那么，这些心脏细胞怎么知道什么时候收缩呢？

       事先，研究者们会往这些活体细胞的基因里增添对特定光谱敏感的基因，当特定光脉冲对其电击时，老鼠心脏细胞会沿着模板上的图案按序收缩，带动整个躯体前进。而且，机器鳐鱼两侧会对不同的光波敏感，如果只有一种光波刺激，将只能让鳐鱼的一侧收缩，这样鳐鱼就能完成转向动作，避开障碍物。

       由于鳐鱼游动时改变方向的方式与心脏跳动有相似之处，能有效防止倾斜或翻转，所以这项技术在未来会被用来制造人工心脏。

给机器划线肌肉

       当我们看到现在的机器人时，往往会觉得它们的动作很笨拙，这是因为它们的控制系统仍然使用常规的电机驱动，由刚性材料来连接，如果机器人也有像人一样的身体组织，动作会不会更协调呢？

       美国伊利诺大学仿照人体的肌肉骨骼模型，发明了一个只有两条腿的机器。这个机器的腿、“腰部”都是由3D打印的水凝胶充当，非常坚固，同时柔韧性也非常好，而一个环形肌肉会环绕骨骼提供动力来源。跟机器鳐鱼一样，它的环形肌肉也是由实验室培育的细胞生长而成，能由电脉冲控制收缩产生动力。

       未来这项技术，最终可能发展成一代生物机器人，用于药物递送、“智能”移植、制作手术机器人等。不过，也有可能这项技术会带来更糟糕的后果，比如像科幻小说中那样，出现肌肉、肌腱和皮肤跟人类一模一样，但骨骼、心脏等器官却是金属制造的冷血杀手——终结者（人型机械人）。

柔软的“八爪怪”

       哈佛大学的科学家们受到章鱼启发，发明了一种神奇的章鱼机器人——八瓜怪。科学家们没用活体细胞，然而八瓜怪身体柔韧性依然非常好，能钻进细缝中，能根据周围环境改变形状，能用触角安全操作水下易碎物体，是第一个能像无脊椎动物那样灵活的软体机器人。

       之所以这么柔软，是因为这个机器人体内没有任何的电池或者电线，完全采用化学反应驱动。其身体内有一套微小的化学反应控制部件，能利用过氧化氢与铂反应，生成氧气和水蒸气。这些气体经排放孔进入八爪怪的腕足后，会驱动章鱼的腕足变形运动。可以肯定的是，由于软体机器人能承受挤压，未来在医学、航空、探测领域都会大展身手。

（选自《大科技·科学之谜》2017年第8期，有删减）

纳木错湖为什么越变越大

王元红

    ①自本世纪以来，居住在纳木错湖畔的牧民们发现，纳木错的湖水在一点一点向他们的居住地靠近，甚至有的牧民一觉醒来，发现自己的家已经和湖水挨在了一起。对此，各种说法在牧民中流传。有人说，这是“天湖”之神被惹怒了。因为牧民不注意卫生，使得一直都爱干净的纳木错仙女发怒，才将湖水涨起来，把湖边的人家给淹没。还有人说，天上的神仙发怒了，下了大雨，下得太多，湖水自然就上涨了。

    ②纳木错的湖水上涨这一现象不仅引起当地政府和牧民的关注，也吸引了科学家的目光。中国科学院青藏高原研究所纳木错综合观测站的工作人员观测后发现，在1970-2009年的近40年时间里，纳木错湖水的水位上涨了7米，湖面海拔从4718米变成现在的4725米，整个湖水容量增加了近140亿立方米。

    ③纳木错湖水为何会突然上涨？研究人员认为，揭开问题背后的真相，需要综合考虑水循环的各个可能因素。

    ④在西藏地区，全球变暖导致的最为显著的变化就是冰川融化。我们知道，冰川是雪域高原的固体水库，在高原的水循环中发挥着极其重要的作用。在纳木错周围，有很多白皑皑的雪山，这些雪山实际上就是冰川。这些冰川每年都在融化，向下游补给水源，又在每年冬天的时候通过降雪补充冰川的消融量，最终形成一种动态平衡。然而，随着全球气候变暖的加剧，这种动态平衡被打破，冰川融化速度加快，而冰川通过降雪所获得的补给量远远少于融化量。这样一来，冰川不断退缩，冰川融化的水大部分注入纳木错湖中，最终造成湖水水位上涨。

    ⑤除此之外，纳木错湖水水位上涨还受其他一些因素的影响。

    ⑥纳木错周边地区的海拔高度基本都在4000米以上，属于高寒地区，地表在常年低温的作用下形成一层厚厚的冻土。中国科学院的研究人员挖掘后发现，这些冻土层中甚至有一层很厚的冰层，这也在一定程度上成为高原水循环的一部分。

    ⑦这些冻土在低温状态下，长期以冰的形态存在。气温升高后，特别是冬季气温加快上升，冻土开始融化。这些融化的水也会注入地势较低的纳木错湖中，造成湖水水位上涨。

    ⑧通常情况下，全球气候变暖会导致水体蒸发量加大，然而，研究表明，蒸发是一个受多种因素影响的气象要素，伴随气温的升高，水体的蒸发量不一定随之增加，它还与云量、日照、辐射等因素密切相关。

    ⑨笔者曾与中国科学院研究员、博士生导师康世昌谈起过纳木错湖水蒸发的问题。根据他们的分析和研究，在水位上涨的那几年，纳木错地区的云量，特别是低云量增加了，但纳木错地区的蒸发量相比之前反而减少了。

    ⑩这意味着，蒸发量的减少也是造成纳木错水位上升的一个原因，但与冰川和冻土对湖水水位的影响相比，这一因素要弱得多。

    ⑪说到这里，大家基本上就明白纳木错的湖水水位为什么升高了。归根结底，这种情况是由于气候变化所导致的。因此，关注气候、关注我们居住的地球，意义非常重大。

跳出地球“看”地震

    ①2018年2月2日，我国首颗地震电磁监测卫星“张衡一号”在酒泉卫星发射中心成功发射。“张衡一号”以我国古代著名科学家张衡命名，它的发射使我国在卫星地震电磁空间探测方面进入了世界先进行列。

    ②地球的板块、断层移动引发地震，同时也会在地震前后带来包括地球电磁场变化等很多信息。“张衡一号”能以标准手段对我国6级以上、全球7级以上的地震进行电磁监测，其工作原理就是通过实时监测空间电磁环境状态变化，研究地球系统特别是电离层与其他各圈层的相互作用和效应，初步探测地震前后电离层响应变化的信息特征及其机理，从而有效弥补了地面观测的不足。

    ③“张衡一号”卫星工程首席科学家兼副总设计师、中国地震局地壳应力研究所总工程师申旭辉介绍，受自然环境条件限制，在地面上，像青藏高原的极寒地区，现有的地震台网并不能完全覆盖，面积广阔的海洋也观测不到。目前我国对以青藏高原为主的近200万平方公里陆地缺乏地震前兆监测能力，在国境线和约300万平方公里的海域，地震监测能力也几乎为零。而跳出地球“看”地震，就能突破一些地震研究的限制，对我国及周边区域开展电离层动态实时监测和地震前兆跟踪。

    ④“张衡一号”不仅开辟了我国地震监测研究的新视角，成为我国构建天空地一体化地震立体监测体系的重要里程碑。同时它也集合了多项航天技术创新成果，其中最为显著的是卫星电磁洁净度的控制技术。

    ⑤卫星本体磁性对磁场测量的“影响不确定性”需控制在0.5纳特以内，这大约相当于地球表面磁场强度的十万分之一。为了达到这一要求，卫星平台的各个单机、系统都进行了无磁化的更改。但在这一过程中，却面临着许多难题：比如，去掉了有磁的红外地球敏感器，整个飞行程序都要改变；再比如，无磁化要求太阳能帆板不能转动，但为了保证卫星能源供应，又必须让帆板对日。如何找到平衡点？卫星研发团队想了很多办法，最终，科研人员打造出来的“张衡一号”整星，其磁洁净度达到了0.33纳特。

    ⑥“张衡一号”的主要载荷，是用于探测卫星轨道环境空间电场的电场探测仪。这也是目前国际上运行在太阳同步轨道功能配置最全的空间电场探测仪器。

    ⑦为了感知空间三维电场，探测仪通过伸杆向“张衡一号”本体外伸出4个传感器。这些传感器如同灵敏的触角一般，每个传感器都能准确感知周围等离子体环境电势，灵敏度极高，可以探测到非常微小的等离子体电势变化，相当于在数千米高的巨浪浪尖，分辨一粒小水珠。

    ⑧在卫星内部，有着探测仪的“大脑”———信号处理单元。这台高灵敏电子学测量设备，能把传感器探测到的微小波动细分成十几个通道，通过进一步精细处理，变成数字量，分成频谱，再传输到地面，供科学家研究。

    ⑨中国地震局局长郑国光表示，“张衡一号”卫星的发射和投入使用，使我国首次具备全疆域和全球三维地球物理场动态监测的技术能力，使我国成为世界上拥有在轨运行多载荷、高精度地球物理场探测卫星的少数国家之一。

    ①盥洗，这是每个人日常起居最先做的功课。早在西周时期，我们的祖先便已形成了这一习惯。《礼记·内则》云：“鸡初鸣，咸盥漱。”说明古人有早起盥洗、漱口的习惯。那时筷子还没有被广泛使用 ， 就餐时人们往往共享一个盛饭器，以手抓饭，所以饭前也需要洗手。除此之外，盥洗还是古代仪礼之一，用水使手洁净，以示对神对人的恭敬。那么，古人又是怎样盥洗的呢？有哪些细节可值得我们后人借鉴？

    ②古汉语“盥洗”一词，所指的范围较广，当然主要是指洗脸和净手，与我们今天使用的词义相近。不过，古人把盥洗用其归在礼器一类，故具有相应的礼仪性质。这一点，又与我们现在的生活习惯有着很大的不同。“盥”字甲骨文，是一上下结构的会意字。上面，是手的象形，下面，为一有水的盆。两者相合，像一只手放在盆里承水冲洗。造字表意就是在盆里洗手。金文与甲骨文字形相近，但又有所不同。上面，由原一只手变成两只手，而盆里的水则由水滴变成，像有水从上倒下，两手接水冲洗；下面（皿）是接水的容器。

    ③《说文解字》曰：“盥，澡手也。从臼、水，临皿。”徐中舒《甲骨文字典》云：“盥字的甲骨文字形从爪，在皿中，象于皿中澡手之形。”“盥”字初文反映其本义仅指洗手，后来词义扩大 ， 洗脸洗手均称为“盥”，如盥栉指梳洗，盥沐指洗脸，而现代的盥洗室，是既可洗手也可洗脸，爱美女性还可用来化妆的。

    ④从“盥”的甲骨文和金文字形，我们可大致知道古人是怎样洗手的。那时洗手的器皿主要有两件，且是配套的：一件叫匜（yí），用来往手上浇水；一件是盘，用来接洗手洒下来的水。匜和盘都是盥洗用具，前者注水，后者承水，两者相互配套。先秦时期，匜、盘多以青铜制作，十分精美，这在先秦乃至秦汉的墓葬中常有发现。匜最早出现于西周中期，流行于西周晚期和春秋时期，其形制有点类似于现在的瓢，底部常铸有三足或四足。青铜器中的盘最早出现于商代早期，到战国时才逐渐消失。

空间和传奇：昆明“一颗印”传统民居

朱净宇

①昆明“一颗印”民居始于明代，成熟、定型于清代早期，与福建围龙屋、陕西窑洞、北京四合院、广西干栏式建筑并称中国“五大特色民居建筑”。“一颗印”曾经是老昆明城内外最普遍、最常见的民居住宅，清代昆明民居住宅大多是“一颗印”“三坊一照壁”的四合院，一般为两层土木结构，甚至还有草房，不仅正街大道如此，背街背巷如此，乡村也如此，但如今已不可避免地衰落，甚至渐渐消失。

②明万历年间，《云南通志》中提到“民居皆四合瓦屋”，可见当时四合院民居已普及。直到民国时期，老昆明城和近郊民居结构仍多为“三间两耳倒八尺”的四合院形式：其正房两层，建筑较高，面阔三间，底层为一明间两次间，前有单层廊，又称抱厦，构成重檐屋顶，这叫做“三间”；两侧为吊厦式耳房，建筑较矮，为一层或两层，左右各两间，这又是“两耳”；楼梯两个，建在正、耳房左右连接处；房前有门廊，又称“倒座”，进深八尺，这就是“倒八尺”；正房、耳房、门廊组成四合院，中间围成院落，昆明人称“天井”。其平面方正整齐，如印章盖地，俗称“一颗印”。

③昆明“一颗印”民居一般以土、木、石、竹等天然材料和砖、瓦、石灰等初级材料建成，得来方便，既可建为独栋，也可连排建筑，可大可小，可增可减，可单层，可双层，可豪华，可简朴，“版本”不少，灵活多样，经济实惠。特别适宜昆明高海拔低纬度高原型地区的特点，无论城镇、村寨、平坝、山区都适合修建。

④老昆明城中，普通“一颗印”民居多为穿枋榫结、木梁支架、土基砌墙，青瓦覆顶，围墙厚实，天井较宽，如红花巷4号朱德旧居、节孝巷24号中共云南地下党建立故址等。其外封内敞，又多坐北向南，正屋高踞，冬天可多得日照，春天可避开风沙，夏天无日光暴晒，在院内营造宜人的小气候。早年官绅大户人家的“一颗印”，多建为外廊式大四合院，耳房外扩，成“三坊一照壁”的大“一颗印”格局，如今尚存的文明街马家大院、景星街懋庐、东寺街将军府等，结构装饰极为考究，门坊、楼顶、柱梁、门窗、栏杆常镂空精雕，饰以彩塑彩绘，或为历史故事，或为山川风物，或为绮繁图案，可见豪华。

⑤老昆明四乡民居也多是“一颗印”。因为多山，地势复杂，民居坐向也因地制宜，不拘一格。再因乡间多风，多用土基筑成厚重之墙。又因山多地少、雨多潮湿，又多建为楼房。而为阻隔风沙、防火防盗，仅在二楼外墙开小窗，内院则开有大窗，以利通风采光、保持室温凉爽。

（选自《昆明日报》2021年3月5日，有删改）

电从海上来

海风轻拂，“风车”转动，一座座海上风电机组源源不断送来电能，“电从海上来”的场景正在我国沿海不断出现。

自2007年建成第一台海上风电机组至今，我国海上风电实现了跨越式发展。海上风电装机容量从2015年的104万千瓦增至3650万千瓦，占全球海上风电装机容量的近一半，位居世界第一。2023年，我国风电机组、叶片、齿轮箱、发电机、固定式基础等产能占全球产能比重均超过60%。

能源是人类赖以生存的基础，构建新型能源体系是时代向我们提出的课题。作为优质清洁能源，海上风电是新型能源体系的重要组成。我国海上风能资源丰富，大力发展海上风电对保障我国能源安全、推进绿色低碳转型、实现碳达峰碳中和目标具有重要意义。我们为什么要走向海洋，发展海上风电?

为提升清洁能源供应保障能力。从自然条件上看，我国沿海5米—50米水深、海平面以上70米高度的海上风电资源可开发量超过5亿千瓦。海上平均风速比陆上高20%左右，海上风电年平均利用小时数超过2500小时，最高可超过4000 小时，平均比陆上风电高500小时左右。从区域经济上看，我国东部沿海地区经济发达，是重要的用电负荷中心，海上风电靠近沿海省份，就近接入，对保障东部地区能源电力供应、提高非化石能源消费比重具有重要作用。此外，海上风电还能与“西电东送”形成时间、空间上的互补，保障我国电力系统运行的可靠性和充裕性。

有助于推动海洋强国建设。发展海上风电能够带动海洋测风、海洋工程等相关上下游产业链联动发展，助力海上风能与海洋潮汐能、海上光伏、氢能、海上油气资源等协同开发，实现设施共享、联合运维，促进海上新型能源产业发展。海上风电还可以和海洋牧场、海洋监测、旅游服务等共同发展，实现“海上粮仓+清洁能源”立体开发，提高海洋资源综合利用效率。通过多领域深度融合，将有力推动海洋资源开发向循环利用型转变。

要在汪洋大海上建起“发电厂”，面临诸多技术挑战。海上风电场处在强风、大浪、成水腐蚀的复杂海洋环境中，风机基础要承受风、浪、海流等多种载荷，长距离的海底输电线路需具备防水、耐腐蚀、抗机械牵拉及外力碰撞等多重性能，机组安装还要利用大型海上专业施工船舶作业。因此，海上风电对装备设计、制造、建设、安装技术和建成后的机组运维、故障处理要求都很高。

近年来，我国海上风电核心装备技术水平快速提升，已具备大容量海上风电机组自主设计、研发制造、安装调试、运行检修能力，零部件整体国产化率达到90%以上，为解决上述难题提供了有效方案。

瞩目未来，海上风电将在能源转型中扮演更加重要的角色。随着海上风电技术进一步发展，相信会有更多机组挺立在大海之上，为经济社会发展持续注入绿色能量。