Существует ли предел человеческой силы?
По мотивам фантастического боевика «Человек из стали» (Man of Steel).
СЮЖЕТ. Фильм основан на комиксах о Супермене, которые появились 75 лет тому назад. У простого фермера был сын (Супермен), который вдруг обнаружил у себя сверхчеловеческие способности. С их помощью он хочет спасти планету от двух отмороженных негодяев - генерала Зода и его прихвостня Фаора. Эта парочка прибыла с планеты Криптон с маниакальным желанием испепелить все живое вокруг.
ОТВЕЧАЕМ. Итак, Супермен может поднимать автобусы, нефтяные платформы и тому подобные вещи. Но силы человека ограничены. В первую очередь - из-за структуры мышц. Максимальное усилие, производимое человеком, зависит от того, как работают его мышечные волокна. На протяжении многих лет ученые исследовали мышцы разных позвоночных, желая изучить их возможности. Выяснилось следующее: мышцы способны создавать усилие порядка 30 ньютонов (или 6,75 фунтов) на один квадратный сантиметр в поперечном разрезе. «Эволюции свойственна консервативность, то же самое по большому счету касается и мышечных волокон», - поясняет специалист в области прикладной физиологии Питер Вейэнд из Южного методистского университета в Далласе.
Тогда почему бы не нарастить больше мышечной массы? В какой-то степени люди этим занимались на протяжении всей своей истории, и сейчас человек в принципе физически более развит, чем лет 500 назад. Но, как утверждает спортивный аналитик Жоффруа Бертело, «нельзя увеличить мышечную массу сверх определенного предела, иначе кости человека не выдержат нагрузки». Не спорим, сухожилия отличаются довольно большой силой, но и для них существует предельная нагрузка при растяжении - 15 тысяч фунтов за квадратный дюйм в поперечнике. По мнению Бертело, человек уже постепенно подходит к верхней границе спортивных рекордов.
Читайте также: Есть ли предел человеческой скорости?
Человеческие возможности ограничены анатомическим строением мышц. Мышечные волокна делятся на две группы: медленно сокращающиеся и быстро сокращающиеся. Максимальную силу дает второй тип волокон. Однако соотношение между мышечными волокнами этих двух типов предопределено генетически, несмотря даже на то, что в ходе тренировок человек может это соотношение немножко изменить.
Что же надо сделать, чтобы увеличить предел силовых способностей человека? Для этого придется изменить генетические свойства человеческого организма, а это невозможно. Так, для увеличения подъемной силы мышц необходимо поменять костную структуру. Как полагает специалист в области эволюционной антропологи Стивен Черчилль из Университета Дьюка, если бы мы измерили силу мышц при сгибании руки в локтевом суставе, то мужчины-неандертальцы оказались бы на треть сильнее среднестатистического современного мужчины. Итак, Супермен - не нашего поля ягода, ведь он родом с планеты Криптон. С научной точки зрения Супермена лучше все-таки считать не человеком, а гуманоидом. А у гуманоидов свои особенности.
КРИТИЧЕСКИЙ ВЗГЛЯД. Одежду Супермена так же сложно уничтожить, как и самого человека из стали. Как полагали авторы комиксов, невероятная сила Супермена объяснялась тем, что на Криптоне сила тяжести во много раз больше земной, или тем, что его одежда была сделана из «криптонской ткани». Но здесь, пожалуй, авторы загнули, поскольку сделать костюм Супермена пуленепробиваемым возможно только единственным способом - усилить ткань гибким и сверхтонким графеном, который в 50 раз прочнее стали.
Управление роботом силой мысли. Возможно ли это?
По мотивам фантастического боевика «Тихоокеанский рубеж» (Pacific Rim).
СЮЖЕТ. Из глубин Тихого океана появляются громадные монстры-кайдзю. Человечество пытается защититься от них с помощью гигантских боевых ботов, управляемых штурманами. Управление происходит посредством так называемых нейрокомпьютерных интерфейсов (нейрокомпьютерный интерфейс (BCI), или интерфейс «мозг-компьютер», позволяет обмениваться информацией между мозгом и электронным устройством, в т.ч. компьютером – прим.пер.).
Также по теме: Восемь невероятных технологий, способных заменить суперсилу
ОТВЕЧАЕМ. Чем-то все это напоминает дистанционное управление беспилотниками. Но нейрокомпьютерные интерфейсы (BCI) намного круче. В общем, так и есть: любители компьютерных игр знают, что скорость передачи сигнала от головного мозга через нейроны к мышцам не беспредельна, она зависит от конкретных биохимических параметров. А когда борешься с монстрами-кайдзю, дорога каждая миллисекунда.
Однако ученым еще предстоит здесь проделать большой путь. Устройства на основе нейрокомпьютерного интерфейса (правда, довольно громоздкие) уже существуют в наши дни, они используются для управления роботами. Проблема связана с трудностью получения четкого сигнала из электроэнцефалограммы. В результате возникают ошибки распознавания сигнала, а ответная реакция замедляется. «Когда речь заходит о [перспективах] интерфейса «мозг-компьютер», мы осторожны в оценках, - говорит биоинженер Франциско Сепульведа из Эссекского университета (Великобритания), который занимается проблемой нейрокомпьютерного интерфейса в течение 20 лет. - За исключением некоторых случаев, нейрокомпьютерный интерфейс пока не может работать в автономном режиме».
Когда-нибудь с помощью нейрокомпьютерного интерфейса парализованные люди смогут спокойно передвигаться, а летчики - управлять самолетами при высоких перегрузках (когда пилот фактически обездвижен). Однако возможности этих устройств будут все равно ограничены, поскольку эти интерфейсы могут реагировать лишь на голосовые команды и на движение глаз. Если говорить об управлении самолетом или автомобилем (или же какими-нибудь роботами весом 2,7 тысячи тонн), то здесь оптимальнее всего, наверное, использовать автономное управление.
Разработчики нейрокомпьютерного интерфейса наверняка увидят в фильме «Тихоокеанский рубеж» интересную для себя идею: пилоты могут попарно управлять боевыми ботами, при этом головной мозг одного летчика связан с мозгом другого при помощи «нейронного моста». Эту идею уже опробовала группа ученых под руководством Сепульведы, которая только что поставила эксперимент. Участники эксперимента были разделены на группы по два человека; во время управления тренажером космического корабля программное обеспечение считывало сигналы нейронов обоих членов группы, затем нейрокомпьютерный интерфейс обрабатывал оба сигнала, отфильтровывая шум; на выходе генерировался сигнал с минимумом помех. Вот уж действительно, две головы в буквальном смысле лучше, чем одна.
Читайте также: Парализованные управляют роботом мыслями
КРИТИЧЕСКИЙ ВЗГЛЯД. Обратите внимание, что в фильме «Тихоокеанский рубеж» кровь страшилищ-кайдзю синего цвета. Интересно заметить, что в природе у живых существ бывает и синяя кровь. Так, например, у мечехвоста в крови содержится не гемоглобин, а гемоцианин (медьсодержащий аналог гемоглобина). Кровь мечехвоста, как и у кайдзю, легко свертывается, в результате чего раны у этого членистоногого быстро заживают.
Станут ли «фазеры» реальным оружием?
По мотивам фантастического фильма «Стартрек: Возмездие» (Star Trek Into Darkness)
СЮЖЕТ. «Стартрек: Возмездие» продолжает фильм Дж. Дж. Абрамса 2009 года. Итак, после террористического акта в Лондоне идет операция по поимке предателя-агента Федерации, пытающегося скрыться на других планетах. Вспыхивает судьбоносная битва в космосе между кораблем, которым управляет злодей-перебежчик, и американским военным кораблем «Энтерпрайз».
ОТВЕЧАЕМ. С тех пор как «Звездный путь» (Star Trek) впервые появился на экране в 1966 году, так называемые «фазеры» полюбились фанатам сериала и прочно обосновались в Голливуде. Вполне возможно, что это лучевое оружие (или лазерное) вскоре действительно появится на настоящих полях сражений. Так, корпорация «Боинг», например, разрабатывает передвижную лазерную установку HEL MD (мобильную экспериментальную установку мощностью 10-киловатт) для обеспечения защиты от беспилотных летательных аппаратов, ракет или минометных выстрелов. Вместо того чтобы выбрасывать миллионы долларов на ветер, пытаясь сбить каждый беспилотник, ракету и так далее, военные теперь с помощью лазерного оружия будут уничтожать сразу несколько целей с высокой точностью. Плотная дымовая завеса - единственная помеха для лазерного пучка. Лазерное оружие не рикошетит, в результате сопутствующий ущерб снижается.
Корпорация «Боинг» уже испытывает устройство малого размера под названием Tactical Laser System (тактическая лазерная система). И хотя ему еще далеко до размеров кобуры, его уже можно устанавливать на военных судах наряду с пулеметом Mk 38. Tactical Laser System предназначена для защиты от нападения нескольких беспилотников или даже небольших кораблей. Система будет способна полностью их уничтожать или же с помощью лазерных пучков низкой мощности ослеплять экипажи и создавать помехи для аппаратуры.
Также по теме: Самолет на солнечных батареях
Лучевое оружие не сможет действовать на малом расстоянии. Однако «Боинг» уже ведет разработки переносной лазерной установки мощностью 2 киловатта, которая способна уничтожать некоторые цели (о характере целей компания информацию не раскрывает). Но даже и такое малогабаритное оружие не достаточно мало для того, чтобы заменить привычную и надежную винтовку, ведь для его переноски нужны два солдата. Эффективнее всего использовать лазерное оружие для проведения разведопераций, поскольку оно действует на большом расстоянии, является практически бесшумным и не создает ярких световых помех.
Самой большой проблемой при создании переносного лучевого оружия является потребляемая энергия. Так, лазер мощностью 100 кВт потребляет пинту дизельного топлива за четыре секунды работы. Конечно же, это дешевле, чем запуск ракеты. Но для создания противопехотного лучевого оружия общего назначения потребуется топливо с такой высокой плотностью энергии (т.е. количеством энергии на единицу объема - прим.пер.), о которой ученым пока остается только мечтать. «Мы к нему еще не приблизились», - говорит инженер по исследованию материалов Сувин Матадху из Исследовательского управления армии США. По его мнению, для создания подобного оружия «необходим гигантский прорыв в области термоядерного синтеза».
КРИТИЧЕСКИЙ ВЗГЛЯД. В одном из эпизодов фильма Спок пытается затушить вулкан каким-то огромным кубом, высеченным изо льда. По мнению вулканолога Эрика Клеметти из Университета Денисон, чтобы остановить извержение вулкана, надо перевести магму в твердое состояние. Для этого потребуется мгновенно охладить огромные массы истекающей огненной лавы; при недостаточном охлаждении образуется гигантское облако пара, которое еще больше активизирует извержение вулкана.
Смогут ли экзоскелеты летать?
По мотивам фантастического фильма «Железный человек - 3» (Iron Man 3)
СЮЖЕТ. Международному террористу по кличке Мандарин не терпится отправить на тот свет Тони Старка, миллионера-изобретателя, супергероя и парня хоть куда. Террорист наносит ракетный удар, подсылает киллеров в нанобронежилетах и так далее, но Старку чудом удается выжить.
Читайте также: Глобальное научное и технологическое будущее ВВС США
ОТВЕЧАЕМ. В фильме «Железный человек» мы видим на Тони Старке невероятно крутые «латы» - это и есть экзоскелет. Он представляет собой портативную боевую систему, которая может опрокидывать автомобили и давать фору любому истребителю. На самом деле, в ней соединены две технологии: реактивный ранец и экзоскелет (причем последний - более перспективная штука). Экзоскелет - это чудо техники, обладающее гигантской силой. Он вряд ли появится в ближайшее время, хотя нечто похожее уже используется в качестве вспомогательных устройств для реабилитации инвалидов. Cкажем, компании Argo Medical Technologies и Ekso Bionics создали экзоскелеты, которые могут в прямом смысле слова ходить за своих владельцев - это вам не инвалидные коляски. Экзоскелеты могут применяться и в других сферах. Исследователи NASA пытаются интегрировать экзоскелет со скафандром. Подобное устройство уже было разработано. Оно позволило бы астронавтам совершить длительную прогулку по поверхности Марса (затраты энергии при этом небольшие).
Теперь пара слов о реактивном ранце. Работа по его созданию находится в некотором тупике. В предыдущем десятилетии были разработаны несколько моделей, в том числе H202 Jet Pack International и ТАМ Rocket Belt. Но все это оказалось, скорее, хорошим пиар-ходом, не больше. Разработчики пытаются заставить эти системы парить в воздухе в течение некоторого времени, опорожняя топливные баки менее чем за минуту. Но экзоскелет не вписывается в такую конструкцию, поскольку утяжеляет весь аппарат.
Каковы перспективы использования экзоскелетов? По мнению инженера НАСА Криса Бека, в настоящее время на базе моделей типа X1 (которые Бек разрабатывает) на свет могут появиться поистине фантастические системы. «Мы не шутим. Экзоскелет, который нами разрабатывается, или его адаптированный вариант, вполне можно будет применять для увеличения силы человека, - говорит Крис. - Экзоскелеты позволят человеку летать, правда, не на реактивный тяге». «А что получится, если совместить сверхлегкий самолет и наши технологии автобалансировки?» - задается вопросом Ларри Ясински, генеральный директор компании Argo, чья экзосистема ReWalk, позволяющая пациентам ходить, уже продается в Европе и Израиле. Вы не увидите в ней кресла пилота, а система управления будет расположена совсем необычно; летчику придется просто залезать в интегрированный скафандр-самолет, вот и все. «Пилоту придется всего лишь накренять туловище то влево, то вправо, а экзоскелет сам уже будет совершать за него полет», - говорит Ясински.
КРИТИЧЕСКИЙ ВЗГЛЯД. Обувь Железного человека - сапоги на реактивной тяге - работают и под водой, но это противоречит фактам, ведь в реальности под водой реактивный двигатель не работает. Помнится, в 2008 году агентство DARPA (это агентство в свое время разрабатывало Интернет – прим.пер.) принимало заявки на разработку конструкции самолета, работающего под водой, но данный проект, похоже, заглох.
Также по теме: В полете на Марс экскременты астронавтов защитят их от радиации
Могут ли люди выжить в орбитальном поселении?
По мотивам фантастического фильма «Элизиум: Рай не на Земле» (Elysium)
СЮЖЕТ. Год 2154-й. Самые обеспеченные земляне могут позволить себе припеваючи жить в райских условиях на орбитальной станции «Элизиум». Дабы спасти бедных людей, еле-еле выживающих на истощенной и страдающей от эпидемий Земле, один из героев фильма пытается похитить технологии жизнеобеспечения, которыми владеет верхушка общества на «Элизиуме». Он начинает с себя.
ОТВЕЧАЕМ. Несмотря на райскую жизнь на орбите Земли, созданную режиссером фильма, реальная жизнь в космосе очень сурова. Из-за слабого гравитационного поля мышцы дряхлеют, а кости становятся ломкими. Космическое излучение, обычно блокируемое магнитосферой Земли, снижает продолжительность жизни. Возникает вопрос: как можно выжить на космической станции «Элизиум»? Выходит, сибариты платят огромные деньги за то, чтобы ослабеть на орбите и подвергнуть себя риску заболевания раком?
Конечно же, в фильме за деньги лечат все. Здравоохранение на «Элизиуме» вне конкуренции: на орбитальной станции излечиваются все болезни, включая рак. Все опасности, связанные со слабым гравитационным полем, преодолены, ведь станция «Элизиум» построена по принципу Стенфордского тора, впервые предложенного в 1970-х годах в качестве прообраза будущих внеземных поселений. Он представляет собой обычный тор, который вращается вокруг своей оси, создавая искусственную гравитацию за счет центробежной силы.
С точки зрения науки, использование тора - идея неплохая, но построить его, скорее всего, невозможно, поскольку для этого понадобится доставить на околоземную орбиту миллионы тонн грузов. «Легче колонизировать Луну, чем построить этот самый Стенфордский тор», - считает Джон Б. Чарльз, курирующий научно-исследовательские программы НАСА. Кроме того, в орбитальном пространстве очень сложно будет защитить людей от угроз их здоровью, связанных с проживанием на периферии земной магнитосферы. К примеру, астронавты, несущие вахту на борту Международной космической станции, поглощают в сравнительно короткие сроки объем вредного излучения, рассчитанный по нормам на 2-3 года. По словам Чарльза, чтобы организовать постоянную среду обитания в околоземном пространстве и спастись от губительного космического излучения, придется использовать сточные воды. Одним словом, чтобы сохранять и поддерживать жизнь на станции, нужно было бы сделать очень и очень много чего.
КРИТИЧЕСКИЙ ВЗГЛЯД. Нам понравилась рельсовая электромагнитная пушка (размером с винтовку), которую использует герой Мэтта Дэймона: около 100 тысяч ампер на один электромагнитный выстрел - совсем неплохо для орудия дальнего радиуса действия. Эту штуку имеет смысл использовать в качестве корабельного оружия. Его разработкой займется ВМС США. Хотя на небольших дистанциях вполне сгодится и традиционное пороховое оружие.
