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June 11 无线电能传输自从奔腾4以后, Intel和AMD的CPU主频速度之争渐渐淡出人们的视线, 取而代之的是多任务处理功能和CPU功耗的较量. 这几年Intel对迅驰平台的广告宣传可谓是铺天盖地, 而且随着技术进步, 笔记本的电池时间的确比以前强了不少. 但即使这样, 它最长也不过是几个小时, 仍然不能令很多同志满意. 如果电源能跟网络一样做成无线的就好了 ---- MIT最近的一样研究就很接近这个梦想. Marin Soljacic教授领导的小组成功的实现了由无线供电的方式点亮一盏60W的灯泡, 电源和灯泡的距离是7英尺, 没有电线连接. 甚至在中间放上障碍物或者有人在中间走过都没有问题(下图中研究人员就坐在电源和灯泡之间). 这样研究的起因, 可能是Soljacic同志的耳朵比较灵敏, 几年来他不断的在晚上被快没电的手机吵醒(对, 就是那个烦人的神出鬼没的滴滴声), 由此也激发了他玩命push实验室手下解决这个问题的斗志.
我们平时所说的无线电其实就是以无线的方式传输能量, 只不过它是面向四面八方的, 而且传递的距离很远, 所以必然造成一对一传输效率很低. 另外, 在变压器中, 电流在两个线圈不接触的情况下, 通过流过第一个线圈产生的电磁感应把能量近乎100%的传给另一个线圈. 但如果把变压器中的两个线圈分开一些, 效率也会明显下降. MIT的研究者的设计是使用两个磁共振的线圈, 由供电线圈发出特定频率的电磁波. 它的频率在10兆赫左右, 有30米左右的波长, 据说在第一个波长之内, 能量以磁场的形式存在. 接收线圈对此频率产生共振, 从而实现能量传递. 这里主要使用磁场而不是电场, 就避免了辐射产生不必要的能量损耗. 另外, 通过两个线圈共振, 就像士兵迈着整齐的步伐过桥, 由于频率刚好跟桥的固有频率相同而把巧震塌一样, 供电线圈把能量传递给接收线圈, 而且由于特殊的频率设置, 只有接收线圈能够接收能量. 最终整套装置的效率达到40%~50%, 还是相当不错. 最后需要提出的是, 各位在照片中可能也看出来了, 本试验中两个线圈的直径分别是60厘米, 设备的size还太大了, 所以此项研究还有不少的路要走. 当这项技术完全成熟了, 生活会变成怎么样呢? 刚刚走入家门, 包里的手机就开始自动充电; 在gym跑步时, 裤兜里的iPod不需要电池, 更轻更薄, 短裤被坠掉的可能性降低不少; 躺在床上上网时, 笔记本不需要连着讨厌的电源线了, Stone抱着本本在床上随便翻滚... May 27 燃料电池车Honda FCX从去年Al Gore的奥斯卡最佳记录片An Inconveniet Truth, 到Toyota电混汽车Prius的热销, 再到Travelocity在卖机票的同时提供Carbon Offset, 可以看出人们对Globe Warming越来越重视. 在各种替代能源中, 最新潮, 最不靠谱, 又最有希望的选择就是Hydrogen Fuel Cell(上次Stone就写过一篇). 虽然无论从氢气的生产, 储存还是利用都麻烦多多, 价格奇高, 但总是有很多同志对这条路很有信心, 比如本田Honda已经开发接近尾声的2008年款FCX汽车.
一般提起太阳能汽车或燃料电池汽车, 人们肯定会想起小小的车身和难看的造型. 看到上面这辆FCX的照片, 让Stone觉得非常惊讶 ---- 竟然能造的这么像一辆真正的汽车! 本田在1999年就开始制造以氢气为动力的原型车, 最近终于决定从2008年开始批量的试生产. FCX代表Fuel Cell eXperimental, 定位为中型车, 简单比较一下: 它的电动发动机有127马力, 跟Toyota Corolla和Honda Civic相当; 最大扭矩188 ft-lbs, 比Civic的128 ft-lbs高了一些; 车长187英寸, 比Civic长了10英寸左右; 其它的配置, 比如音响, 空调和其它的电子设备都很"正常". 也就是说, 把一辆FCX停在这里, 在汽车发动之前, 我们看不出任何特殊之处. 那它跟正常汽车有什么不同呢? 答案是有好也有坏. 一般Fuel Cell汽车由四部分构成: 储氢罐, 燃料电池, 锂电池和电动机. 大部分能源以高压氢气的形式存储在储氢罐里, 氢气通过燃料电池转化为电能, 进入锂电池, 然后电动机的由锂电池提供动力驱动. Fuel Cell汽车有以下几条特点: 首先, 发动机"点火"之后非常安静, 按USA Today的资深试驾员James Healey的说法, 声音小得让人不确定是不是已经有动力; 其次, 整套装置的能源效率达到60%, 远高于普通汽油引擎的20%和电混汽车的30%; 第三, FCX的"油箱"可容纳171升的氢气, 大概能够行驶270 miles, 已经达到普通汽车的水平; 最后, 他的尾气只是水蒸气, 绝对的无污染. 当然, 短期之内Honda FCX还不能像Toyota Prius那样一夜之间满大街都是, 因为它还有不少问题. 比如, 从前排座位中间延伸到后排座位中间是Fuel Cell的位置, 也就是说后排的中间不能坐人. 这还不算什么大不了的, 最主要的是它吓人的价格. 初步预计在50万美元左右, 所以Honda并不打算开始销售FCX, 而是以很便宜的价格租给加州和华盛顿的用户使用. 这个价格虽然还高的离谱, 但比起几年前动辄上百万美元的成本已经降低不少了. 随着技术的进步和生产规模提升, 我想价格肯定会成倍的降低. Honda FCX至少让人觉得Fuel Cell Vehicle离我们近多了, 不再只是个天方夜谭. April 18 霸王龙化石中的蛋白质2003年的时候Horner一帮人在蒙大拿州的Hell Creek发掘出一批霸王龙(T. Rex)化石, 当他们要"高高兴兴回家去"的时候, 发现化石太大了, 塞不进直升机. 这群"懒惰"的家伙不是想卡车等其它运输途径, 而是决定把化石锯成小块. "好心"的Horner还把"砍骨"过程中漏下来的"锯末"送给了芝加哥大学和北卡州立大学的朋友, 并附言说"听说恐龙煲很补啊, 我这有些恐龙骨髓, 送给你们熬汤喝吧."
岂知John Asara和Mary Schweitzer两位同志疑心很重: 这块大骨头都在地下埋了6800万年了, 谁知道这是化石粉末, 还是恐龙骨髓呢? 万一越喝越肾亏怎么办? 自然, 他们就把这个任务分别交给手下的学生. 研究搞定之后, John Asara和Mary Schweitzer在舒心的喝着恐龙煲的同时, 还顺手在Science上灌了两篇水(文章1, 文章2 ). 虽然人们普遍认为有机体在10万年之内就会完全降解消失或成为化石. 但经过多重分析, 他们认为这些样品在经过6800万年之后仍然存有微量的有机物, 而且的确来自于T. Rex本身. 更惊人的发现是在T. Rex骨骼中提出的这些蛋白质跟现有的动物相比, 与鸡最接近. 也就是说鸡跟霸王龙当年即使不是一家, 也算近亲 ---- 本来嘛, 它们长得就很像.
当然, 在Science上灌水得有几条说道: 首先, 研究者用Atomic Force Microscopy(AFM)观察化石的骨纤维, 发现结构跟鸸鹋(鸟)的骨骼很像; 其次, 在除去各种矿物质之后, 他们把T. Rex化石中提取出的有机物(骨骼中的胶原质)跟鸡的胶原质抗体反应, 也得到positive的结果; 再次, 还通过质谱实验分析出其中氨基乙酸和丙氨酸的含量和其它几种微量的氨基酸, 结果也跟鸡的胶原质成分类似; 最后, 研究者甚至还把纯化后仅有的十亿分之一克蛋白测序, 得到七种缩氨酸的序列, 除了两个分别跟青蛙和蝾螈相同的序列外, 有五种跟数据库中鸡的序列吻合. 这下某些同志有福了, 比如Stone, 再有人问我属什么 ---- 鸡, T. Rex的后代! 至于为什么这些有机物被埋了这么久都没降解, 喝汤的同志们也提出一些理由: 有可能是一些离子引发了氨基酸的交联反应, 形成很稳定的高分子, 变为跟塑料袋一样的永久性白色垃圾; 也有可能是骨骼中的磷石灰和有机物附着在一起, 起到相互稳定的作用; 还有, 此化石被埋藏在多孔的沙石中, 各种能使蛋白降解的酶都漏到下面去了... (瞎掰) 作者还用类似的研究方法, 在一个50万年的幼齿象化石中发现了很多幼齿象独有的缩氨酸序列. 文中也指出, 由于T. Rex化石中可提取的样品太少, 很遗憾没能发现T. Rex独有的序列. 因此, Stone的最新目标是四处挖恐龙化石, 争取能提出T. Rex完整的DNA序列. 给它克隆出一群, 然后开全球联锁专卖恐龙汤, 肯定比脑白金赚钱. 欢迎大家提前入股! April 08 服了服了据说银饰都会跟空气中的二氧化硫反应形成硫化银, 然后慢慢变黑. 一个月以前Stone八成不相信, 还会辩解说"二氧化硫浓度那么低, 发黑的主要是污垢". 直到上次同志们去温泉"考察"了一趟, 才认识到sulfur对silver的致命打击力, 在温泉里泡了一会之后, 那银饰都黑的不能看了.
更出乎意料的是, 心属亚平宁的某同学使用祖传秘方 -- 锡箔纸, 食盐和热水 -- 把黑成那样的戒指手镯都给完美的复原了!!
更更出乎意料的是, Baker Girl随后就给出了化学上的解释, 还提出用苏打水的效果可能更好(见反应二), 还很神的建议把戒指扔到可乐里(易拉罐装)也能起到一样效果. 顿时让Stone佩服的五体投地, 真是美貌与智慧并存, 善良与正义同在 ...
Reaction 1: 3 Ag2S + 2 Al + 3 H2O --> 6 Ag + Al2O3 + 3 H2S
铝还原硫化银的主反应
Reaction 2: 3 NaHCO3 + 3 H2S --> 3 NaHS + 3 H2O + 3 CO2
碳酸氢钠消耗生成的硫化氢, 促进反应一
当然, 最出乎意料的是连Pre-oral还没做, 就自称PhD Candidate了 ...  March 05 [update]School bus与安全带 - Ask Yahoo! Episode V上个周末, 一辆搭载Ohio College棒球队的school bus在亚特兰大附近的高速公路上发生重大事故, 6人死亡. 其时是凌晨5:30分, 这辆school bus沿着高速公路的左侧行驶, 但有点特殊的是, 那刚好是一个exit, 沿着路慢慢上升到一个横跨高速公路的桥上, 然后在那里可以左拐或右拐离开高速路. 但显然司机并没有注意到他们已经上到桥上, 结果这辆大巴正撞到护栏上, 整个车身横过来打了一个滚, 掉到10米高的桥下, 还砸到了正在高速公路上行驶的两辆车.
当时那辆车已经行驶了一整夜, 但刚刚在一个小时前更换过司机, 很显然这位司机当时精神不太集中, 否则不可能一点都没注意到他们已经上了桥, 而且在公路上一点刹车痕迹都没有. 虽然正副驾驶员都系了安全带, 但可能是因为开始的正面碰撞, 他们两个全部蒙难. 但那些坐在车里的棒球队员们可没的选择 ---- 大客车的乘客位置都没有安全带. 为什么呢? 刚好Yahoo! Answer上有答案说:
根据National Highway Traffic Safety Administration的说法, 安全带不是大巴车上最有效的安全措施, 反而是那一排排的坐椅后背, 称作Compartmentalization. 这些密集排列的高背坐椅, 可以吸收碰撞是产生的冲力, 还起到保持整个空间完整性的作用. 但即使如此, 加上安全带岂不是更好吗?
这就涉及到麻烦之处了, 虽然安全带可以在大巴被侧撞 后撞和翻滚时起到更好的防护作用, 但如果school bus安装了就必须保证所有小孩都正确使用安全带. 让一车小孩随时都把安全带系上, 这个任务的确比较难, 所以大部分地区决定干脆就不装安全带了, 省得总被警察检查小孩们的使用情况. 然后再从交通法规的方面入手, 制定偏向于school bus的各种政策. 总体来说, 相对于各种汽车而言, school bus的安全系数还是非常高的.
不难想象, 这种情况下, 肯定还有各种组织, 比如National Coalition for School Bus Safety, 会通过各种途径呼吁school bus安装安全带.
说明: 这里讨论的以school bus为主, 至于城市里的公交车, 由于本来就会有人站立在车上, 再安装安全带就没什么意义了.
Update:
经美女提醒, 出事的不是school bus, 而是大巴车.
另外, 推荐一下美女的Flickr相册, 很多旅游的照片, 而且是pro级的账户呢. 我几次想把我的也升级了, 到现在还没舍得. February 22 氢气的生产制备虽然离实用还有一段距离, 但人们普遍认为以氢能源为基础的燃料电池(Fuel cell), 将会成为将来的主要便携能源之一. 美国总统Bush在去年的新春致辞中甚至专门谈到了所谓的"氢经济". 这是因为氢燃烧的产物只有水, 对环境无污染, 而且氢既可以来自于传统能源, 如石油和煤炭; 也可以借助核能 太阳能从水转化得到; 还可以来自秸秆等生物废料(Biomass). 目前困扰燃料电池发展的一个主要方面就是氢气生产的小规模化和转化效率. UIUC的Paul Kenis最近设计了一种高效转化丙烷为氢气的小反应装置(文章链接): 先用化学方法制成一个多孔的碳化硅小块, 它的总表面积非常高; 然后用物理方法把金属钌盐(RuCl3)附着在多孔结构的表面; 最后把这种催化剂封装在氧化铝制的外壳中, 一个小巧的反应器就制成了(如下图所示).
这个反应器的最大特点是能够承受上千摄氏度的高温, 且转化效率高. 他们实验用的气体是氨气(NH3), 因为氨裂解的产品只有氢气和氮气, 测试起来最简单. 但在真正应用中, 原料一般是丙烷甚至更长链的碳氢化合物, 如汽油或煤油. 这样在反应中就难免在反应器内造成炭堆积, 一般的反应器无法长时间连续运行, 只有通过高温才能除掉堆积的炭. 而且相比于其它支撑材料, 这种高表面积的多孔碳化硅还提高的钌的催化性能. 这种小型化的反应器将来可能在多个领域得到应用. 其实, 目前美国和日本的汽车制造商(GM, Honda等)都已经生产了几辆"燃料电池车", 外观看起来跟普通车没有任何不同, 它的动力系统主要由三部分构成: 电动机, 蓄电池和燃料电池. 在一般情况下, 汽车主要利用蓄电池的能源. 一次充电可以行驶50公里左右, 可以满足60%的人上下班的需求, 每天晚上插上家用电源, 给蓄电池充电就行了. 如果跑长途的话, 燃料电池会不断给蓄电池补充电力, 总共可以跑300多公里. 所以, 推广这种燃料电池车的前提条件就需要建立足够的"氢气加油站", 而Kenis的技术有可能降低建立加油站的成本, 使Fuel Cell的应用离我们又近了一步. February 15 纳米盘子和纳米杯纳米技术虽然离实用还离的很远, 但这丝毫不影响各个research group捣腾各种纳米管, 纳米线等等. 最近, Arkansas大学和和中山大学合作发表在无机化学上的一篇文章, 介绍了用一种简单的方法制作纳米盒子和纳米盘子.
这些结果将有可能应用在过滤分离, 离子交换, 催化等方面, 而且它们还具有特殊的光学和电学性质, 比如用在特殊的化学物质感应器或者太阳能电池中. 这些六边形的盒子和盘子制作方法也相对简单, 把醋酸锌溶解在蒸馏水中, 与一定溶度的正丁醇混合搅拌, 控制时间和加热温度, 再经过简单的清洗和处理后就可以得到可控纳米盒子或纳米盘子.
为了推断这些纳米晶体的生长过程, 研究者取出不同反应之间下的产品在电子显微镜下观测. Tian教授等发现了一个很有意思的结果: 首先生成的是六棱柱型的小晶体, 然后在小晶体的下部开始生长一个大号的六棱柱, 与此同时大棱住中心开始溶解出一个六棱柱空心, 最后中心一直溶解到接近外壳, 成为一个六棱柱型的盒子(示意图如下).
不过, 话说回来, 虽然这个实验结果挺有意思的, 但其实也只算是现象观察而已. 所谓的"可控", 其实大家心里都明白, 还做不到真正随心所欲的"可控". 所以, 同一研究小组进一步研究合成超级长的二氧化钛纳米线, 他们制成的纳米线长到能用来织布的程度. 然后用生成的纳米布, 可以手工制作杯子盘子之类的任何东西. 看起来跟平常的白布或者白纸没有什么区别, 而且真的是可以用手和剪刀操作. 下图是他们制成的"宏观级的"纳米管和纳米杯.
这个虽然不能像文章开始提到的纳米盒子一样发表到专业杂志上, 但个人认为这个意义来的重要多了, 所以专门拿到这来给宣传一下. December 24 有趣的问题Stone小时候比较死板(当然现在还是), 属于那种没想象力, 不会问问题的小孩儿, 所以经常没事就看看别人在问什么. 在以前在本洞穴贴过一些有意思的问题, 比如下雨天的时候蝴蝶都藏到哪里去了? 再比如到底是谁发明了比基尼之类的, 当然了, 不管是谁, 兄弟们都对他(她)心存感激 既然现在大家都正在放假, Stone就不讨论蝴蝶和比基尼这样过于学术性的问题了, ScienceLine上有一个小孩儿问人为什么要接吻, 似乎更值得在节日期间讨论 (注: 下面的内容经过Stone"无意"曲解, 不代表原文作者观点). 一方面, Kiss似乎跟另外一件事情不一样, 它不完全是人的本能, 比如某些古老部落的人就不kiss, 据说能占到世界人口的百分之十. 因此, 这些不喜欢接吻的科学家认为, kiss是历史上从某些其他动作演化来的. 比如, 母亲把咀嚼过的食物送到婴儿口里, 在孩子能自己吃饭之后, 母亲还会通过这个动作来表示亲近. 也就是说, 那些经常抱在一起长时间互相啃的情侣中, 很可能有一方进食有困难. 另一方面, 世界上还有很多喜欢接吻的生物学家, 他们自然认为接吻是一种本能, 还举例说非洲黑猩猩也很喜欢kiss, 不管是情侣之间, party进行中, 还是打架之后, 甚至什么理由都没有的时候(就跟我们人类一样)都抱起来交换口水. 其他的哺乳动物也不乏通过接吻或碰鼻子来表达感情的. 所以说kiss是一种本能也并不过分. 新研究表明, 男女双方在接吻的同时, 也通过气味和脑电波等各种还不能完全解释的交流方式, 来判断对方是不是真正的"the one", 感兴趣的同志不妨在这些领域深入研究, 将来能提出什么理论也不一定呢. 其他的理论还有很多, 比如一位不愿透露姓名的来自utah大学的学者认为, 接吻背后的主要目的是为下一步行动提供铺垫 ... ... 好, 那我们现在就讨论"下一步行动". ... !#$%^&* ... (Scorp主编注: Stone文章的第二部分涉及限制级内容, 感兴趣的读者请向一亩二分地编辑部发函索取). 按理说故事到这里就应该结束了(当然, 也可能是一个长达300天的新故事之开始, 根据Friends里Ross的事例证明, 后者的概率至少在2%以上. 请读者谨慎尝试), 在这之后还有一个困扰大家的问题是, 为什么ML之后男人们那么容易睡着呢? 虽然女性也会有疲惫的感觉, 但这个现象在男性身上实在太明显了, 随之而来的鼾声把任何情调和感觉都破坏了. ScienceLine上某作者也提出了一些见解. 首先, 这个活动一般都发生在夜间的床上, 而且是比较耗费体力活动, 对男性来说有其如此 ---- 当然, 也不一定, 某些情况下, 比如女性 ... !#$%^&* ... (Scorp主编注: 请各位读者不要再发信索取这部分内容了, 本编辑部无法提供) 扯远了, 回到正题, 在这种情况下, 男性马上睡觉也很正常. 其次, 通过正子断层扫面(PET)发现, 达到高潮的条件之一是忘记所有的恐惧和忧虑, 这会导致全身放松, 也造成男性睡意十足. 再次, 在高潮过程中, 男性体内会分泌多种荷尔蒙, 比如男性的不应期的长短就与此有关, 某些荷尔蒙可能也促使男性通过睡眠来恢复精力. 综上所述, 虽然道理还没有完全搞明白, 但这背后还是有不少生理原因. 在相应的药物还没研究出来之前, 女同胞们只能忍耐一下了. 不过估计也不用等太久, 蓝色小药丸不也被辉瑞公司搞出来嘛, 没怎么打广告都赚疯了(似乎它从来没当过中央台的标王吧?). 哪家公司要出一个调节ML之后激素分泌的药, 估计也能赚不少. September 07 Touch & feel如今的计算机已经神奇到了一定程度, 不但能胜任各种机械式的任务, 连下象棋都能赢世界冠军了. 不过总有一些东西电脑还学不会, 比如人的触觉: 一双手不但可以感觉出物体的大小, 温度, 硬度, 还能区分出材质, 换一双机械手, 功能就差多了. 但在感到得意的同时, 我们又发现这种功能在某些时候会非常有用. 比如, 医生通过网络远程给病人做手术, 就需要一双敏感的机械手. 怎么办呢? 纳米. Stone认为(不代表一亩二分地观点), 基本上, 纳米除了不能用来量芙蓉姐姐的三围之外, 其他做什么都没问题. 至少Science, Nature上都这么说的. 目前设备的触摸敏感度在毫米级, 而人的手指能感觉到40微米的区别, 也就是头发一半那么细. Nebraska大学的Saraf教授的文章中提到一种新的技术, 把金属和半导体涂层加在电极上, 以达到接近于手指的触摸敏感度. 除了敏感之外, 这种新技术的最大特点是比较皮实, 易于加在已有的机械臂上面, 因此实现起来相对简单. 下面这个概念图模拟出一个应用这种触摸电极的三指机械手的原型.
那么, 这个"纳米涂层"到底神奇在什么地方呢? 它核心是由金纳米颗粒层(厚度10nm)和CdS纳米颗粒层(厚度3nm)组成, 中间用高分子绝缘层分隔. 每一层都是在溶液中通过分子自组装形成的, Saraf教授实验用的纳米涂层有三个Au layer和两个CdS layer. 然后把这个涂层加在电极上, 在轻微的压力作用下, 由于电子隧道作用, Au和CdS层间会产生电流. 然后根据一些复杂的关系, 可以根据电流强度推断压力的大小, 抑或凸起的高度. 因此, 把这个2.5厘米见方的感应器压在任何平面上就可以探测出具体的画面, 精度可达40微米. 而且更神奇的在于, 这个涂层不仅根据压力产生电流, 电流通过CdS层的时候还能直接发光, 用一个CCD就可以接收图像, 而不需要任何转换.
上图就是把感应器放到一个一分硬币上直接发光的图像, 不但"Liberty"最后两个字母显示的清清楚楚, 而且林肯衣服的褶皱都探测出来了. 每个发光点的强度都于此位置所受压力成正比. Saraf教授的下一步研究计划是把温度探测和材质感应都结合到设备中去, 进一步模拟手指的全部功能. August 06 为什么陋习难改办事拖拖拉拉是Stone的光荣传统, 从小学的时候下午写作业, 到初中半夜才开始做题, 再到高中时早晨上课前抄别人的, 以致大学干脆不写作业了... 这种不拖到最后一秒不开始干活的毛病完全是愈演愈烈的趋势. 当然, 其中的主要原因是自我控制能力不足... ... 自我检讨五百字, 略 ... ... 最近在办一亩二分地这件事上, Stone在Scorp同志的领导下洗心革面, 前几期提前完成任务... ... 自我吹捧五百字, 欲听详情, 建议拨打免费咨询热线801-585-XXXX ... ... 直到今天Stone再次旧事重演: "要不, 我明天早晨早点起来写?"
不能这样下去了! 我要开始, 我要开始, 我要开始 ---- 开始给自己辩解.
根据MIT的Ann M. Graybiel发表在Nature上的研究显示, 我这种坏习惯很难改变, 即使一时改了, 也很容易由某种小小起因再次引发. (眼泪哗哗的)Scorp主编, 这么权威的文章都说不怪我了, 大人开恩啊~
Graybiel等为了证明习惯的形成跟小鼠脑子里的cortico-basal ganglia loops直接相关, 就设置了一个T型迷宫, 让小老鼠从T的末端到另外一遍找食物, 可能在左端, 也可能在右端(如图c所示). 他们把实验分成几个阶段(如图b所示): 在老鼠找食的过程中, 用铃声来告诉老鼠食物在哪边(称为学习过程Acquisition); 直到老鼠的正确率提高到最高(Over Training阶段); 然后在没有食物的情况下让老鼠听着铃声走(习惯消失阶段Extinction); 最后再把食物放回去让老鼠继续走(习惯重新获得阶段reacquision). 在整个测试过程中, 他们用多重四极管(?)测量老鼠的sensorimotor striatum(查了Merriam Webstery也没明白是什么), 并统计老鼠在各个阶段的成功率, 寻路用时和尝试次数(如图d e f所示).
他们测量结果发现, 在学习阶段, 老鼠基础神经中枢神经元在整个寻路过程中都非常兴奋, 因为老鼠在不断的接收环境信息 声音信息, 并做出判断. 在Over Training阶段, 当老鼠渐渐学会利用铃声来得知食物位置之后, 只有少量的神经元在开始寻路和找到食物的时候兴奋, 在老鼠走路的过程中保持平静. 这部分活动的神经元被称为专家神经元, 可以说它们就是一个"习惯". 在Extinction阶段, 食物没有了, 老鼠不能靠铃声来找到食物, 因此神经元又在整个寻路过程中保持兴奋. 随着时间持续, 老鼠完全忘记了铃声和食物位置的关系. 在Reacquisition阶段, 食物又放回去了, 老鼠脑中的神经元很快就恢复到以前的活动方式. 通过这些数据, Graybiel等完美的证明了cortico-basal ganglia loops跟习惯形成, 消失, 快速重新获得之间的关系. 尤其是"专家神经元"的发现解释的习惯形成的秘密. 这些发现除了可能对Stone改变临阵磨枪的坏习惯有用之外, 而且有可能帮助学习某些疾病的原理, 比如Scorp主编所患的obsessive compulsive mental disorder, 和将来可能会患的帕金森综合症等, 可能都是因为那个loops中形成了一些奇怪的"习惯". 救命啊, Scorp咬人啦!@#$%^&* 好歹留个活口让我看一下一亩二分地第四期上线啊 另, 在敲这篇文章的过程中, 我无数次的把"老鼠"打成了"老徐", 看来习惯确实难以改变. July 27 长眼睛的纤维如今的照相机、摄像机都离不开镜头，比较高级天文望远镜甚至需要组成大型矩阵。最近MIT的Fink等在Nature Materials上发表的一篇文章，他们研制出一种感光纤维并把它编织成网状。他们希望这种“感光网”能够替代体积庞大的各种镜头，甚至应用在军装上来帮助士兵察看周围环境。
这种感光网的特点是重量轻，而且能折叠成各种形状。比如，把这种网编织成球形，就可以探测周围所有方向，而所有基于镜头的光学探测都只能探测一个主方向（主光轴）。光线从球形感光网的某一点进入，从另一面射出，根据这两点的位置，还可以探测光源的方向。Fink等还制作的平面的感光网，把两张平行放置。这样，通过测量入射光线强度，能够在计算机上把放置在平行感光网前的图像显示出来。研究人员演示的是把一个大写字母“E”放在前面，经过一系列复杂的运算，这个字母被感光网“看见”，并显示在电脑上。
MIT制造的这种纤维直径大约是1毫米，中心是一种光敏玻璃，周围与四个电极接触，最外面附着一层透明的高分子材料作为保护（如下图）。来自任何方向的光线照射在纤维上都会产生电流，所以单根纤维不能提供光线的方向信息，但好处是把纤维编成网可以可以探测所有方向。
在此项研究中，进一步要解决的问题是如何让纤维变的更细和编织更密的感光网。当然，我最感兴趣的还是把这种感光网应用在游戏系统中，比如微软出个Xbox 720什么的，肯定比任天堂Wii的motion感应式的controller（推荐视频）还要酷。 July 07 蚂蚁回家很多动物都有认路的本领, 比某人去爬Timpanogos Peak的时候记路记得好多了. 比如, 蚂蚁出来觅食, 转来转去的找到食物之后, 它们能以近乎直线的方式回到家里. 也就是说, 它们可能记下了出门之后每一段路的方向和距离, 然后积分得到一条直线.
过去的研究证明蚂蚁根据太阳的位置判断方向, 那它们又是怎么计算距离呢? 来自德国的Matthias Wittlinger等以撒哈拉蚂蚁为研究对象, 试图解决这个问题(Science 2006, 312, 1965). 在炎热的沙漠上, 没有任何路标, 也很难留下什么痕迹或气味. 科学家曾经提出两种假设: 1. 能量测量法, 可以根据走一段路程消耗的体力估计距离, 节肢动物普遍采用这种方法. 但这不适用于蚂蚁, 因为即使蚂蚁带着不同重量的食物, 它们还能很准确的估计出距离. 2. 视觉感受法, 蜜蜂用眼睛看自己飞过的路, 等下次再有同样长度的路从眼前掠过, 就知道走了多远. 不过这还不适用于蚂蚁, 研究者让蚂蚁在黑暗中训练, 它们还能记住路的长度.
Wittlinger等采用的实验方法是, 在一个铺上沙子的轨道两头分别设置蚂蚁窝和食物, 相距10米, 让蚂蚁们不断的往返于两地之间进行训练. 一天之后, 他们在食物处抓住蚂蚁, 放到另外一个平行放置的长轨道上, 给它一块食物, 让它"回家". 蚂蚁就会一直"向回"走10米, 然后在那来回转着找家. 为了搞明白蚂蚁是如何测量这段距离, 研究者给一部分蚂蚁的脚上粘了一段猪鬃(俗称猪毛, 相信我, 是真的), 给另一部分蚂蚁削掉一段小腿. 也就是说, 让它们的脚增长1毫米或缩短1毫米, 然后再让它带着食物往回走.
研究者发现"长腿"蚂蚁走15米之后才开始四处找家, "短腿"蚂蚁只走5米左右就开始找家了. 因此, 他们认为蚂蚁很可能是通过计算走过的步数来控制距离的. 随后, 研究者把这些改造过的蚂蚁放回窝里, 等它们再出来觅食的时候, 再把它们抓到平行轨道上测量. 这次, 无论是长腿蚂蚁还是短腿蚂蚁, 都精确的走了10米就开始找家, 因为它们已经记住新的"回家步数"了. 这进一步证明它们靠步数测量距离的结论.
因为很难通过高速摄像机来统计蚂蚁一路上到底迈了几步, 所以研究者通过蚂蚁的体长和腿长来估计蚂蚁的步长, 经过几十次的统计结果发现, 这个估计值跟蚂蚁的实走长度基本成比例. 这篇文章最后得出结论, 撒哈拉蚂蚁很可能带着一个天然的计步器(Pedometer). 这里关键的是"天然"两个字, 计步器对hiker和runner的减肥计划, 训练计划都非常有用. 如何才能让我们的计步器也变成"天然的"呢?
研究者受撒哈拉蚂蚁的启发, 把计步器整合到运动鞋里, 并申请了专利, 这样无论如何也不会发生忘带Pedometer的情况了. Nike很快发现的这个商机, 并买下此专利的使用权. 他们设计出的运动鞋自带微型Pedometer, 电池寿命比鞋的寿命还长. 这种运动鞋与苹果iPod ---- 另外一个跑步的时候不会忘的东西 ---- 联合使用, 不但能够统计消耗卡路里 跑步时间和距离, 还能把资料上传到电脑上, 查看每时每刻的速度和强度, 以便于有针对性的制定训练计划.
因此, 本篇paper也被Stone评为"最快应用奖". 不过, 这种内置Pedometer的Nike鞋定价都在100美元左右. 撒哈拉蚂蚁又不要专利费, 他们怎么还卖这么贵呢? June 29 德阿大战 - Ask Yahoo! Episode IV不好意思, 本篇blog跟世界杯一点关系都没有, 起这个标题当然是为了吸引眼球. 其实本来想叫"惊爆Steve Jobs和张靓影亲密照", 后来想叫"伟大的意大利队, 张靓影灵魂附体", 最后还否决了"靓影不是一个人, 靓影立功了!" ... ... 总之, 本篇是Ask Yahoo系列之四: 金钱专题 (也是很吸引人的标题吧?)
June 25 纳米技术与海水淡化从十八世纪以来, 通过第一次和第二次工业革命, 人们的生活已经无法离开蒸汽机, 内燃机, 电动机等机械设备. 目前, 各种大小的芯片已经装进大到卫星 火箭, 小到球鞋 牙刷等, 所有能想得到的东西里面. 可以预见, 网络很快也会渗透到生活的每个角落, 而不仅局限于电脑和手机上. 因此, 二十世纪后期开始的信息革命, 将来很可能被广泛承认为第三次工业革命.
有人说21世纪是纳米时代, 纳米催化剂, 纳米涂层, 纳米马达, 纳米汽车, 纳米登月电梯...... 类似的设想非常多. 虽然的是目前还没有什么真正称得上实用的产品, 但纳米技术会不会成为第四次工业革命呢?
研究者在一个2X2厘米的硅片上蚀刻了89个窗口的矩阵, 每个格子内的操作方法都是一样的: 通过electron beam deposition技术把由铝 钼 铁组成的催化剂附着上去, 然后使用CVD(chemical vapor deposition)让碳纳米管生长, 长度在1到5微米之间. 然后在碳纳米管之间气相附着氮化硅, 起到支撑和填充的作用. 最后再通过蚀刻把碳纳米管的两头都打开, 使水分子和某些气体能够从其中透过. 这样就做成了小型渗透膜, 成品如下图所示:
"渗透膜"矩阵放在一个quarter边上 为了对生长的纳米管进行研究, 他们还把他们溶到二甲基甲酰胺里用电镜观察, 统计出碳纳米管的平均直径是1.6纳米, 相当于大概7个水分子的宽度.
在气体和液体透过实验中, 他们提出一些貌似正确但看太不懂的讨论 @#$%^&*... 总之, 结论是在气体透过试验中, 因为纳米管的直径远小于气体分子的平均自由路径(mean free path), 分子与管壁的碰撞比分子之间的碰撞更重要, 因此应该用Knudsen diffusion模型计算透过速率, 而且这个理论值应用到其他微孔材料上证明是正确的. 但碳纳米管渗透的实测值是此计算值的几十倍. 更有趣的是, 在水分子渗透实验中, 因为什么什么, 所以应该用什么什么Hagen-Poiseuille方程计算. 结果, 实测速率是理论值的上万倍. 也就是说, 不需要施加很高的压力, 这些小分子就可以通过渗透膜.
研究者认为, 碳纳米管有如此高的透过率可能是因为纳米管偷用了玉兰油抗皱美容霜, 使它的内壁如丝般润滑. 因此分子与内壁的碰撞不再是无规律散射, 而更接近镜面折射, 从而提高穿透速率. 另外一种可能是水分子在碳纳米管内部, 由于某种作用而连成"水线", 因此能更顺畅的穿过. 这也很可能跟玉兰油保湿防晒霜有关.
最后, 随着人口不断增长, 对海水淡化技术的需求会越来越强烈. 同时, 纳米技术将日益成熟, 而能源价格不断上涨, 这种相对低能耗的纳米管渗透膜很可能应用在将来海水淡化工厂中. May 23 Naturally Born Caver - Ant这帮家伙懒得走路, 就在FSU附近的Apalachicola National Forest探洞, 还美其名曰那个地方的沙土比较好, 没有石块, 蚂蚁们可以不受限制的挖洞. 他们还长得比较胖, 钻不到蚂蚁洞里去, 就想了两个办法:
方法a. 在蚂蚁洞边上挖一个大坑, 像看一个截面图一样看洞的构造, 大小和走向. 这个方法虽然简单, 但不足之处是只能看到比较大的"地下室", 对连接各个"地下室"的坑道无能为力. 方法b. 向蚂蚁洞里灌石膏, 等石膏变硬之后再整个挖出来. 他们还根据蚂蚁洞的深浅和分支数量, 往里灌熔化的锌或者铝, 来给蚂蚁洞铸模.
他们发现这种蚂蚁洞的一个普遍特点是越靠近地表越复杂, 越靠近地表越宽敞. 他们还分别从蚂蚁洞的上部, 中部和底部抓了一些蚂蚁, 发现越深处的蚂蚁越年轻, 而且年轻的蚂蚁挖洞比老蚂蚁慢. 他们把这些蚂蚁混在一起, 放到另外一个地方, 让他们重新挖洞, 几天之后, 仍然是强壮的老蚂蚁在上部挖, 年轻的小蚂蚁在深处挖, 工作速度有明显的差别. 他们还认为这并不是因为老蚂蚁挖洞能力强, 而是年轻蚂蚁经常偷懒, 比如经常打会儿游戏, 泡个mm什么的. 不过好像没什么特别强的证据支持这个假设.
这些规则蚂蚁们估计理解不了, 研究者认为他们可能是靠二氧化碳浓度决定的. 蚂蚁洞底部的二氧化碳浓度是顶部洞穴的五倍. 年轻的蚂蚁拼命往下钻, 然后在干活的时候做呼吸困难状, 就可以偷懒了. 蚂蚁其实很聪明啊, 我以后也打算到实验室的basement偷懒去.
April 01 过节了 -- Ask Yahoo! Episode IIIMarch 29 大统一理论忘记当年在哪看到的, 宇宙中四种最基本的作用力是重力, 电磁力, 强相互作用力和弱相互作用力. 爱因斯坦等物理学家毕生梦想就是"大统一理论" (可见"统一"是人心所向啊, 连小爱同志都支持). 到目前为止, 三种作用力 ---- 电磁力, 强相互作用力和弱相互作用力 ---- 已经被认为是一种基本作用力的三个方面, 可惜由于广义相对论和量子力学的几个基本差异, 重力没法被统一进来.
欧洲航天局下属的两位科学家, Martin Tajmar和Clovis de Matos, 合作完成的实验和理论模型可能将大统一理论向前推进一大步.
就像移动的电荷能够在周围产生磁场, 根据广义相对论, 移动的物质能产生gravitomagnetic field(重力磁场. 就像电场与磁场相对应, "重力场"与"重力磁场"相对应). Tajmar和de Matos通过实验首次测量到gravitomagnetic field的强度. 按照我的理解, 他们将一个超导环高速旋转, 然后根据超导体的某种特性, 用某种方法测量周围的重力加速度的变化. 虽然他们测量到的数值只是地球本身重力加速度的万分之一, 但这个数值是广义相对论的理论计算值的十的二十次方倍(一万亿亿倍).
相对于电流产生磁场, "物流"产生"重力磁场"
Tajmar和de Matos最初连自己都不相信这个结果, 在花了三年时间改进和论证之后, 终于决定把文章发表出来. 他们在另外一篇文章中还讨论了graviton(重力子, 即重力场的波色子, 与光子 ---- 电磁场的波色子 ---- 相对应)的质量问题. 如果这些结果能够得到确认, 这将是联系广义相对论和量子力学, 以及完成大统一理论的重要突破.
梦想中的统一离我们越来越近. January 30 中国人的耳屎和美国人的耳屎I don't think earwax is a common topic in blogsphere, nor in everyday life. So, although it isn't regarded as a secret like salary, I've never seen how my friends' earwax looks like, never wanted to.
Amazingly, some scientists from Nagasaki University/长崎大学 Japan successfully conducted a research about human-earwax gene. They identified a single gene that decides what type of earwax people have. Interestingly, they found that all Chinese and Koreans have dry earwax, which is yellow colored and powder like. While nearly all Europeans and Americans have wet earwax, which is brown and sticky. Southeast Asians and Indians have various percentage of dry or wet earwax. The discovery is reported on Nature Genetics (PDF).
(stone 洞穴)
I remember, when I was in high school, in biology class, I learned something about dominate gene and recessive gene. For example, double eyelid is a dominate gene, let's say, 'A'. Single eyelid is a recessive gene, as 'a'. In an exam, a typical question is like: If both my father and my mother are double eyelid with gene 'Aa'. Is it possible that their child is single eyelid?
Becuase as their son I need to get half gene from both of them. There is 75% chance that I'm double eyelid with 'AA', 'Aa' or 'aA'. Bad luck enough, I could still be single eyelid with gene 'aa'. Similarly, dry earwax is a single recessive gene, 'g'; wet earwax is a dominate gene, 'G'. It's strange to me a recessive gene dominates 1.3 billion Chinese.
Anyway, another interesting result is 30% of native Americans have dry earwax, much more than American (European descent) and European, 1% and 0%, respectively. It can be considered as another support of the theory that native American was from northeast Asia. January 15 Science 2.0这年头WEB都2.0了, 咱Science也不能落下啊. 尤其还有那么多帅哥美女为WEB 2.0摇旗呐喊, 比如李老大和老徐的博客, 可了不得, 页面上的计数器分别是两百多万和六百多万, 跟我这个位数差别咋就这么大呢?
变成给她们做广告了, 没法子, 谁让人家是美女又更新的很勤劳呢. 现在接着说咱的Science 2.0. 既然是2.0了, 就要强调用户参与, 有社会和草根之类的标签才行. 当然, 还得有影响力, 有吸引力, 简单说就是cool.
这次我们请NASA和Berkeley同时出山, 于1999年发射的"星尘"号探测器在取得彗星样本后, 今天掉到Utah的沙漠里. 一切进展顺利, 唯一的问题是收集到的星际灰尘将是如此之小, NASA可能要花20多年才能把他们找出来. 难度相当于在足球场里找几只蚂蚁, 而且每次只能看5X5厘米的一块地方.
NASA和Berkeley的研究人员估计, 在全世界天文爱好者的帮助下, 七个月之内就能把大概45粒尘埃找出来, 作为回报, 有贡献的志愿者将可以在论文上署名. 参与的方法是到这个网站注册, 下载一个特殊软件, 然后就可以连上NASA实验室加入这个项目. 虽然, 一张一张的看显微镜照片老土了一点, 跟NASA和Berkeley合作怎么也是Science啊, 还是2.0版呢.
同志们赶快努力, 帮NASA发现个小黑点, 或者用自己电脑算出来个最大素数什么的, 也算在Science 2.0史上写下浓重一笔啊. January 05 Unbelievable Radar Scope今天在网上闲逛, 看见一篇新闻, 说某某公司刚刚发明一种手持设备, 能够探测30厘米的墙壁以及其后17米范围内人的动作, 可以用在伊拉克战场打击恐怖分子什么的, 还附上了照片, 写得像回事似的.
当时我就想, 肯定是电影看多了. 一般情节是某电脑天才在某大厦门口外一个破井盖上面停一辆面包车, 车里各种先进装备连跟线到下水道里, 然后整个大楼的全息图像就出来了. 不但能监视所有摄像头, 还能控制大楼的电梯, 照明和美女. 这里这个只是探测墙后的人的动作, 想象力太一般了.
当然了, 既然我都写这篇blog了, 那东西八成是真的, 尤其是我点进去发现那篇文章来自United States Department of Defense, 域名竟然以".mil"结尾的, 够酷啊.
最酷的还是这个"Radar Scope", 这年头, 牛X东西的玩艺不在于能完成什么复杂任务, 电脑/机器人什么不能干啊, 牛就牛在能跟变魔术一样实现"简单功能", 比如看透水泥墙之类的. 而且发明Radar Scope的公司, DARPA, 新的proposal是设计一个新玩艺, 能够"看透"多重墙并标记出所有人和武器在楼里的位置. 真的跟电影里演的一模一样, 只是不需要在井盖上停面包车了.
Hollywood的导演和编剧得加油啦, 等NASA, 国防部或者Princeton的牛牛们把时光机器, 瞬间移动什么的都研究出来了, 就没人去电影院了. 我真替他们着急. |
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