诺亚方舟的建造与现代科技的启示

来源: 果壳网

发布日期: 2018-07-23

本文探讨了诺亚方舟的建造理念及其在现代科技中的应用,特别是通过OPPO Find X手机的设计和制造过程,展示了如何在现代科技产品中实现类似方舟的坚固、宜居和续航特性。

最近一周以来,雨神好像就没闲着,从北跑到南。北有京城积水潭“克隆大作战”,南有台风“山神”不务正业下(好几场)大雨。面对连降几天的大雨,在路上的朋友们见仁见智,或是把自己当成一座孤岛,或是把出门变成一趟浮潜之旅。来源:北京市气象局

要是大雨再绷不住,诺亚方舟就要被祭出来拯救众生了。本AI表示,这还真是个好主意!

当我们要造一艘方舟,我们需要造些什么?在不同神话和科幻故事的设定里,方舟的外形或许大相径庭。比如在电影《2012》里的诺亚方舟01号中国船是一艘长3.46千米,能容纳15万人和10万多种动植物的2800万吨的超级舰艇。

《2012》中的方舟(来源:Newtek Discussions)和美国Ark Encounter公园里的复原方舟(来源:dezeen)

但无论方舟的外形最终如何呈现,设计者的初心一定是要让方舟坚固、宜居、能够续航。如果诺亚今天对你说“锤子给你,你来造”,那你又将从何开始呢?

万全的防护结构相信大家都有轻轻将披萨向内“窝”一下的经历,这样的披萨就不会软塌塌,而是坚挺笔直地下肚了,但可能很少有人想过这样做的具体原因。

其实,“曲面更加坚挺“的现象早就被高斯(Carl Friedrich Gauss)注意到了,他根据弯曲程度(曲率)提出了Theorema Egregium,意思是“绝妙定理”——一个曲面可以随意被弯曲,只要你不拉长、压缩或者撕裂它,高斯曲率一定不会变。也就是说,通过让披萨在一个方向上弯曲,可以迫使它在另一个方向上的平直,但如果披萨表面破了,那整个直立系统将会被打破。

方舟也一样,将其做成一体化的弧形(近球体)可能是最理想的强化结构承载力,抵抗风浪的方法[1]。

吃披萨也能用“绝妙定理”(来源:wired.com)

而作为一个需要在水里乘风破浪的庇护之所,方舟的表面材料强度和防水性能是刚需。普通的钢铁或铝要么结实抗造强度很高但密度太大,要么轻巧耐用但强度不理想,还可能会被海水锈蚀,如果有钱的话,强度高、密度小、耐性强的钛合金大概是一个非常不错的选择[2]。而防水材料里又有高聚物改性沥青类、合成高分子类和纳米涂料等可以挑选,上帝大概需要祈祷诺亚不是一个选择困难症患者。材料科学(来源:图虫创意)

生命之舟的实用性

这是人类最后的一块移动绿洲,方舟不仅要能承载生命,还需要带着生命不断续航。这个时候,方舟自身就是一个生态系统,方舟内的生物应该有适宜的全部生活条件:从食物生产系统到生理代谢废物处理系统,还要维持完整的运动能力,如姿态调整和浮潜控制。要保证这一切的顺利运行,能源问题是重中之重。方舟是生物的最后栖息地(来源:图虫创意)

说来也巧,大家熟悉的钢铁侠胸口的能量来源就叫“方舟反应堆”,这个为钢铁侠供给源源不断能量的“心脏”其实也并非是Stan Lee老爷子臆造的。托卡马克(Tokamak)就是“方舟反应堆”的原型,最初是50年代由苏联人发明的,一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器,是核能的一种[3]。如果需要使方舟运行,现阶段的人类可能还只能求助于清洁高效却存在着辐射隐患的核能。

托卡马克用磁约束来实现受控核聚变(来源:Physics Stack Exchange)

合理的整体设计

理想情况下,诺亚方舟应该带走地球中大部分物种,加上各种模拟状态的生存环境以及功能分区,方舟应该足够大才好。然而并不是越大就越理想,而是应该有合理的比例、浮力调整水舱和控制系统,才能保证方舟在水里“稳重地”沉浮。潜艇中就有大量的水舱来调节重量(来源:Marine Insight)

总的来说,方舟的制造有诸多的选择与可能性,一万个诺亚就有一万个诺亚方舟。但如果非要追究最佳的方案,可能永远都没有一个标准答案,因为理想的诺亚方舟所需要具备的硬件设施与高效的空间利用或多或少是存在冲突的,一味的堆砌功能只会将船越造越大、越造越沉。

来源:图虫创意

优化登船体验

“掌上方舟”了解一下

不只方舟,手机往往也容易成为堆砌硬件的重灾区。十年前的电视购物广告里,全能的手机夹带着各种有用的、没用的功能,乍一看的确令人啧啧称奇。而十年后的手机工程师师们已经明白在各种材料与功能之中精挑细选,要么进行取舍,要么利用“隐形”的手段为手机提高一个维度。

刚刚上市的OPPO Find X在设计过程中就遭遇了“升维”所带来的重重挑战。在平板手机当道的时代,Find X的工程师为实现真正的全面屏,引入双轨潜望的结构,把前后置摄像头、听筒等关键元器件通过滑动机构隐藏在手机内部。全新的设计不仅对设计本身提出了高要求,生产线的模式也进行了更新——增加了预生产环节,引领了行业的巨大变革。

来源:OPPO

“掌上方舟”的实用性

而既然开了这个脑洞,相信从滑盖手机时代走过来的人们都会明白,Find X的双轨潜望结构担负着升降,解锁、拍照甚至信号接收(天线)等任务,它的使用频率会是非常高的,所以结构的寿命就会是一个关键的问题。

所以,对于意外事故(如跌落等),工程师为滑块设置了自动收回机制,手机跌落时在重力的感应下会自动收回滑块,起到关键性的保护作用;而对于平日的日常损耗,工程师则是在结构与缓冲的材料上下足功夫,让滑块具有超过30万次滑动的耐久性;同时还对结构件材料精挑细选实现缓冲的柔性连接,让双轨潜望结构于机身的结合不是死板的,受到冲击时可以起到有效的缓冲保护作用。

Find X天线分布图(来源:OPPO)

合理美观的整体设计

要想保证一台手机可以用着爽,美学因素也应该被pick。为了保证拍照性能和整体的轻薄表现,Find X使用了0.3毫米盖板玻璃(供应商表示:臣妾做不到啊)。仅这一个小小的部件就需要繁琐的工艺,从热弯成型到抛光,再到根据影像的效果去反复打磨,根据“绝妙定理”(忘了的同学往前翻),在打磨过程中的应力不均导致玻璃破裂率超高,所以需要不断调整相关参数直到合格,可以说是精雕细琢之典范。

来源:OPPO手机美是一回事,自己美才是更切实际的追求。早在两年前,OPPO就已经开始3D结构光的研发工作,经过了三轮硬件的迭代,四版DOE的验证,以及10轮共计一万台以上的真机可靠性测试,Find X最终才实现了OPPO FaceKey 3D结构光技术。

而为了训练OPPO FaceKey 3D结构光的识别精度,OPPO还进行了超过7万人次每人100张图片的魔鬼训练课程,共计超过700万张的3D人脸图片以及超过100万次的训练次数,最终才达到百万分之一的识别精度。

3D结构光中的15000个物理点(来源:OPPO)

3D结构光通过15000个物理点和100万分辨率的点阵结构,能达到0.6毫米的3D精度,毫秒级的人脸识别速度。这样的结构光,在美颜功能上的应用是相当智能的。自然精确的3D美颜效果(来源:OPPO)

万全的防护结构

既然说是方舟,当然在物理上也要能经受住每天的“蹂躏”,又要让自身的高性能得以续航。OPPO Find X防护方面也下了一番苦功夫,抛弃了传统外部加固的密封方式,而是采用了“里应外合”式的防护措施——手机整体的外部防护使用了大量的密封强化措施,就连Type-C充电接口和扬声器也装有密封橡胶圈和精密滤网,隔绝外来异物,保护机身内部元件整体稳定性。日常雨水,不在话下(来源:OPPO)

通过不断的排线和元件位置的更新尝试,工程师们也精确地加入了盖板和泡棉,每一个元件仿佛都被装上了精巧的保护机关。在质量检测流程中,Find X更是经历了双层考验——国家防尘测试标准为8小时,而OPPO Find X则采用了16小时的防尘标准。在炼丹炉一样的沙尘试验机内和冷热冲击试验机内,研发人员“心狠手辣”地对手机的显示屏、摄像头、光感区域、电声区域进行16小时不间断防尘验证。

在如此超纲的情况下,这个精密的双轨潜望结构也顽强的生存下来,在追求酷炫的同时,实现了“内心纯洁”的品质。

16小时灰尘实验后仍可正常使用,不用担心进灰问题国家标准是8小时(来源:OPPO)

虽然只有一艘但我最终造出了方舟

据圣经记载,诺亚方舟的建造花了120年。而OPPO Find X这样一台解决了整机堆叠难题的手机,不仅面临着将全面曲面屏、双轨潜望摄像头,滑动式天线系统和3D结构光元素融于一体的难题,还有来自供应商协调和生产模式转变的挑战,据悉仅整机堆叠研发周期就是普通手机的3-4倍。

来源:OPPO

OPPO仿佛就是希腊神话中不断推着石头向上攀登的西西弗斯。但和那个悲催的国王不同的是,虽然出发时面对未来仍有太多的未知因素,但经过一次又一次的尝试和坚持,它终于把大石推上了山顶,也将自己打造成为了一艘飞向未来的“科技方舟”。

UUID: af601f51-0a0f-458b-889b-edd3d78edff1

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/果壳公众号-pdf2txt/2018/2018-07-23_我是诺亚,我想造一艘方舟,但这也忒难了点.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0081 元