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iPhone 5 的秘密 - 液態合金(Liquidmetal)

>> 2011年10月21日 星期五

液態合金 (Liquidmetal)是一種無固定形態的金屬,熔點為傳統鈦合金的一半。Liquidmetal 在常溫下是固體的,和金銀銅鐵之類的普通金屬沒什麼兩樣,對任何不知道的人來說,它除了色澤和常見的幾種金屬略有不同之外,並沒有什麼別的不同,但它的硬度卻比不銹鋼強達三倍之多。
純的金屬 -- 例如鐵 -- 裡面的原子大體上是可以自由移動的,因此都有一定的延展性,但是硬度不足。為了要加強鐵的硬度,我們會特別在其中加入一些雜質(通常是碳),讓鐵形成結 晶。不同的鐵結晶會有不同的方向性,當不同方向的結晶碰到時,就會形成一個相互鎖死的邊界,最後產生出一個網格狀的結構。經過這種處理的鐵,我們稱之為 「鋼」,在硬度上比鐵要強太多了。然而,鋼卻也有自已的問題,像是剛才提到的兩個晶體接觸的邊界沒有封死的話就容易因為金屬疲勞,產生裂縫,而且受力之 後,容易在晶體的邊緣斷裂,產生永久的形變。
傳統的解決方式(用極度簡化的方式說)有三種,一是加速冷卻讓結晶來不及長大到形成長的邊界,但這種方式極耗能量,而且產量不大;第二是用很慢的速度冷卻 它,讓裡面的結晶長大到沒有結晶邊界的地步,但這種方式非常花時間;第三是用工業生產的手段,例如冷軋或鍛造來封死細縫,但是這些技術無法應用到鑄造的產 品上。
因此科學家面臨的挑戰,就是要開發出一種能有極高的強度,但又不會受到晶體的物理限制所拖累的合金。經過加州理工學院多年的研究,造出來的金屬就有這樣的 特性:因為裡面一共是鋯(52.5%)、鈦(5%)、銅(17.9%)、鎳(14.6%)、鋁(10%)五種金屬的合金,裡面的原子有大有小,所以雖然不會形成結晶,但是結構上也不會滑來滑去,保有了相當的硬度。
因為是多種金屬混合的非晶型合金,Liquidmetal很多時候表現很像玻璃,兩都同樣都沒有一個固定的熔點(會漸漸軟掉),而且受大力撞擊時都一樣會碎裂,而不是變形。但是也是因為沒有晶體邊 界,Liquidmetal有高硬度、高彈性、高抗蝕性等額外的附加好處,而且Liquidmetal應用在鑄造產品上時,並不會像鋼那樣比處理過的金屬要差很多,因此有很多應用。其中一個主要應用是用Liquidmetal做高爾夫球桿的桿頭,利用它彈性好的特性,可以把球擊得更遠。歐米茄海馬腕錶也有使用Liquidmetal為無瑕光滑的錶圈環賦予非凡的抗磨損性和抗腐蝕性。Liquidmetal被使用在美國陸軍做能穿甲彈的彈頭、被 NASA 拿來做 Genesis 太空船上的太陽風收集器、被 BP 拿來做鑽油平台的鑽頭等。
前一陣子蘋果買下了 Liquidmetal 的專利使用權,而且已經應用到了 iPhone 4 的 SIM 卡退出針上。蘋果正打算為 iPhone5 採用一種耐刮、耐用的新金屬做外殼,Liquidmetal有著無序非晶體原子結構,這種非晶態結構使金屬與強化玻璃得以完美結合,而且等塊狀金屬玻璃的冷卻速度較慢,所以能夠用之製作厚度僅十分一毫米的零件。讓iPhone5可以設計得更精密,更抗磨,更完美。

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從另類搜尋引擎Wolfram Alpha說起到圖靈機(Turing Machine)

>> 2009年5月17日 星期日

Wolfram Alpha是一個很特別的搜尋引擎,這個搜尋引擎最近相當受到網路界的矚目,許多網路觀察家都期待這個產品會成為挑戰 Google 的明日之星,媒體也利用大篇幅來報導這個即將上市的搜尋引擎,大家期待的程度真可說是未上市先轟動。但其實Wolfram Alpha的功能一點也不像Google,更不能說上它是谷歌(Google)殺手。


一般來說Google,Yahoo, MSN Live Search等搜尋引擎的用途是以文字搜尋相關網站 (i.e. 你輸入一個keyword,搜尋引擎幫你從茫茫網站中找到和你的keyword相關的網頁),但Wolfram Alpha的真正用途是查找數據,並從找到的數據進行運算,最後用圖表顯示資料。

可能你沒聽過Wolfram Research這間公司但或許會聽過Mathematica這個有名的數學軟件,Wolfram Alpha就是出品Mathematica的天才創辦人斯蒂芬·沃爾夫勒姆(Stephen Wolfram)的另一傑作。

斯蒂芬·沃爾夫勒姆(Stephen Wolfram)是廣泛地認為是當今科學和技術計算中最重要的革新者。他1959年出生於倫敦,先后在伊頓公學,牛津大學和加利福尼亞理工學院學習。他15歲時發表了他的第一篇學術論文。20歲就在加利福尼亞理工學院獲得了理論物理的博士學位。Wolfram早期的科研工作主要在高能物理、量子場理論和宇宙論方面,包括幾個當今著名的結果。Wolfram 從1973年起開始使用計算機,並且很快成為正在形成的科學計算領域中的領導者。1979,他開始構造SMP——第一個現代計算機代數系,並於1981年開始商業化發行。

由於早期在物理和計算方面的科研工作,1981年Wolfram成為最年輕的MacArthur獎學金獲得者。1981年後期, Wolfram 開始了一個雄心勃勃的新的科學方向:發展本質復雜性的一般理論。 Wolfram的關鍵思想是使用計算機實驗來研究稱作細胞自動控制的簡單計算機程序的行為。1982年,他首先獲得了關於復雜性原因的一系列令人吃驚的發現。Wolfram的關於細胞自動控制的論文的發表導致了科學思維的較大的轉變,並提出了一個新的科學領域的基礎,Wolfram稱該領域為『復雜系統研究』 。

20世紀80年代中期,Wolfram繼續進行復雜性的研究,發現了大量的計算和本質間的基本聯系。提出了諸如計算不可化簡性的概念。Wolfram的工作導致了廣泛的應用——提供了稱為復雜性理論和人工生命的流行運動的主要科學基礎。Wolfram本人使用自己的思想開發了一個新的隨機生成系統和計算流體動力學的新方法——這二者現在被廣泛的使用著。在他的復雜系統研究的工作之後,Wolfram於1986年創建了該領域的第一個研究中心和第一本雜志。接著,在非常成功的學術生涯——首先在加利福尼亞理工學院,然後在普林斯頓高級研究學院,最後在伊利諾斯大學作為物理、數學和計算機科學的教授。其後Wolfram 開辦了Wolfram Research公司。

Wolfram於1986年后期開始開發Mathematica。Mathematica第一版於1988年6月23日發行,作為計算領域的主要進步,立即得到了熱烈歡呼。在隨后的幾年中,Mathematica的流行度迅速增長。Wolfram Research公司成為世界軟件工業的領導。被公認為在技術和商業兩方面都是優秀的。在Mathematica第二版於1991年發行後,Wolfram開始將他的時間分配到Mathematica開發和科學研究兩個方面。從Wolfram Research公司建立起,Wolfram 一直是 Wolfram Research公司的總裁和執行總裁,並且仍然自己負責Mathematica核心系統的設計

2002年,Wolfram出版了一本書"A New Kind of Science"《一個種新科學》,書中他設定了一種特殊的圖靈機(Turing Machine):反復運用最簡單的法則,最後會發展成為一個可解釋宇宙現象的復雜模型。(圖靈機是英國數學家阿蘭·杜林(Alan Mathison Turing)于1936年提出的一種抽象計算模型,其更抽象的意義為一種數學邏輯機,可以看作等價于任何有限邏輯數學過程的終極強大邏輯機器。)

2007年5月,Wolfram 2,3圖靈機研究獎設立,獎勵給証明它是普適的或不是普適的人。2007年10月來自英國伯明翰的一名 20 歲大學生 Alex Smith 已經証明 Wolfram 2,3 圖靈機是通用的。Alex因此獨得了 Wolfram圖靈機研究獎的 25000美元獎金。你可以在這裡閱讀証明的 PDF 版本。現在我們可以確定地球其實可以用一台超級電腦來模擬。

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固態風扇( Solid-State Fan )

>> 2008年3月25日 星期二

Thorrn Micro Technologies Inc 的 Dan Schlitz 和 Vishal Singhal 經過多年努力, 研發出RSD5,是一種不同於傳統風扇的固態風扇( Solid-State Fan ),兼具省電、安靜、體積小、容易維護等多項特色。

正如其名,固態風扇上頭並沒有任何一個會動的元件,自然就少了風扇通常會有的惱人噪音。然而沒有會轉動的東西該如何讓空氣流動呢?簡單來說,RSD5 用不帶電的半圓柱狀導電板圍繞著一系列的電線,當電線通電時,電線與面板之間所產生的強大電場,便會帶動離子碰撞當中的空氣從電線往導電板方向移動,進而產生科學家稱之為「日冕風( Corona Wind )」的效應。
至於日冕風(Corona Wind)是什麼, 看看這個示範就知:

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