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你的学科出现过哪些最终失败的有趣研究? 第1页

  

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说一个不算完全失败的, 同时也是比较疯狂的研究计划。

冷战早期,美国人在太平洋进行了大量的核试验,其中在约翰斯顿环礁(Johnston Atoll,美国人爆兵建立的人工岛)附近进行了一系列的高空核爆试验,这被称为“压缩饼干行动”(Operation Hardtack)

高空核爆摧毁了爆点附近大范围的电离层,这使得依赖电离层散射(电磁波碰到电离层中分布不均匀的带电介质时,一部分电磁波就会产生散射返回地面)的高频通信[1](米波、分米波和厘米波通信,也就是超短波和微波通信)完全失效了,跨太平洋的空运航班因此不得不停止。如果是战时,特别是核战争时出现这种状况,那后果不堪设想。

为了解决这个问题,MIT的林肯实验室[2](MIT Lincoln Laboratory, 由美国国防部资助建设,MIT管理)在1958年提出,既然太阳风和核爆都能破坏电离层的电磁波波反射性,那么发射人工的地球轨道物体可能起到类似电离层的反射作用。此时恰逢人造地球卫星出现,证明了发射人造物体上天稳定运行可行性。进一步地,他们提出向3600千米的圆极轨道发射总重19.5千克的4.8亿枚半波偶极子天线(half-wave dipoles). 天线由铜制成,长度约1.78cm, 直径17.8或25.4微米。设计为支持7750 MHz ~ 8350 MHz频段的通信。(全双工)通信试验计划在加州的Camp Parks和马萨诸塞州的Westford之间展开。该计划因此也被称为Project Westford[3].

这些针形天线由一种萘粘合剂(napthalene gel)粘连成不同的小针团块共计约20万个,计划在太空中由旋转的轨道散布器利用离心力甩出,在轨道上平均0.3千米分布一个。萘粘合剂在真空中挥发,针形天线因此得到进一步的均匀释放。

显而易见地,这个疯狂的计划会在太空产生大量的,稠密分布的太空垃圾。为了说服国防部,林肯试验室解释道,只需几年,这些天线就会因为太阳风的存在而逐步降低轨道,直至接近大气层的边缘而快速落地或者被焚烧,从而不会产生太空垃圾[4]. 这个解释成功的说服了国防部。在经历了1961年的发射失败之后,终于在1963年5月9日成功。发射4天之后,通信试验展开,此时针形天线还没有完全散开,对电磁波的散射质量会比较好。通过使用18.5米的巨型抛物面天线,加州和马萨诸塞州两地进行了语音通话,通话质量被认为是“易于理解的”(intelligible). 实际的数据传输率仅有20Kb/s, 大约是2G时代的语音通信码率。随着针形天线的进一步展开,相互之间的距离变得越来越大,在轨道上的分布不再稠密了,通信的码率在6月18日就降低到约0.4Kb/s. 直到7月2日变得完全不可用而终止通信试验。

从技术上来讲,这个试验证明了“人造电离层”的可行,但是其成本显然是很高的,效能也低。发射一次仅能维持一个月左右的很有限带宽的通信。1962年成功发射的AT&T's Telstar 1通信卫星提供了另一种更为高效的方案,“人造电离层”方案被彻底终止,林肯实验室转而研究星间链路。虽说大量的针形天线在发射后几年之内就返回地球了[5][6],但仍然有相当数量的天线直到今天遗留在轨道上[7][8]

虽说理论上这些针形天线会越来越分散,但实际中部分天线会由于各种原因汇聚在一起,形成大的团块,这些团块不仅具有更大的碰撞损伤性[9],还对天文观测产生了影响[10][11](如同今天的starlink一样).

该试验虽然在技术上获得了有限成功,但可能产生了至今影响范围最大的一簇太空垃圾。这一事件的负面影响/破坏性促进了《外层空间条约》的起草和缔结[12].

参考

  1. ^ Al'pert, J. L. (1973). Radio wave propagation and the ionosphere (Vol. 1, pp. 61-77). New York: Consultants Bureau.
  2. ^ https://www.ll.mit.edu/
  3. ^ Overhage, C. F. J., & Radford, W. H. (1964). The lincoln laboratory west ford program—an historical perspective. Proceedings of the IEEE, 52(5), 452-454.
  4. ^ Shapiro, I. I., & Jones, H. M. (1961). Lifetimes of orbiting dipoles. Science, 134(3484), 973-979.
  5. ^ Shapiro, I. I. (1966). Last of the West Ford dipoles. Science, 154(3755), 1445-1448.
  6. ^ Shapiro, I. I., Jones, H. M., & Perkins, C. W. (1964). Orbital properties of the West Ford dipole belt. Proceedings of the IEEE, 52(5), 469-518.
  7. ^ http://stuffin.space/?search=westford%20needles
  8. ^ Wiedemann, C., Bendisch, J., Krag, H., Wegener, P., & Rex, D. (2001, October). Modeling of copper needle clusters from the West Ford Dipole experiments. In Space Debris (Vol. 473, pp. 315-320).
  9. ^ Levin, T. J. (2000). Contaminating space: Project West Ford and scientific communities, 1958-1965 (Doctoral dissertation).
  10. ^ Liller, W. (1961). Report on the effects of Project West Ford on optical astronomy. The Astronomical Journal, 66, 114.
  11. ^ Liller, W. (1964). Optical effects of the 1963 Project West Ford experiment. Science, 143(3605), 437-441.
  12. ^ Terrill Jr, D. R. (1999). The Air Force Role in Developing International Outer Space Law. AIR UNIV MAXWELL AFB AL.

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我大计科怎么能少得了PROLOG人工智能语言的故事?

今天的人工智能讲什么?当然是卷积神经网络CNN,训练、学习。。。

当年的人工智能哪家强?当然是我日本!经济腾飞,科技也要跟上!

1981年10月,日本正式开搞第五代计算机(第五世代コンピュータ),其中的程序设计语言就是PROLOG。

满地烧脑的回溯,仅适用于逻辑推理的语言,当年一个班里PROLOG课挂科率 80%

现在PROLOG已经是小众得不能再小众的语言。


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我来说一个食品科学领域挺有意思的失败案例:代脂。


大家在生活中经常见到代糖、代盐之类的食品添加剂,它们添加到食物里面,可以降低糖含量或者降低钠的含量,让我们吃起来更加健康。

但脂肪呢?你们有没有想过,为什么大家很少听到「代脂」这个东西?

作为能量密度最高的食物组分,脂肪如果能被无能量但口感相似的东西替代,那不是太爽了?像薯片,炸鸡,巧克力,冰淇淋这些高脂肪食物,可以瞬间变成「比较健康的食物」,就算敞开来吃,也不用怕摄入过多脂肪变胖啦。

你别说,人类的科技树早在 50 年前就已经触碰到了这个问题的边界。

对,这种「无能量,但口感跟脂肪极其相似」的东西真的被制造出来了。


1. Olestra 的诞生

跟其他很多研究一样,这种「代脂」的发现也完全是一场巧合。

时间推回到 1968 年,那时,F. Mattson 和 R. Volpenhein 是宝洁公司(P&G)的两位食品科学家,他们当时的任务是创造出更有利于婴儿消化吸收,能量利用率更高的脂肪替代品。

大家知道,脂肪分子是由一个甘油「骨架」连接三个脂肪酸基团构成的(就像下图这样)。而脂肪酸是提供机体能量的主要部分。

一个很自然的想法是,如果我们换一个「骨架」,让这个「骨架」可以连接更多的脂肪酸分子,那么这种东西的能量密度不就更高了?而且在被人体消化过程中,酶催化脂肪酸从「骨架」上断裂的速度也会更快,换句话说,消化率可能也会更高。

根据这个思路,F. Mattson 和 R. Volpenhein 用蔗糖作为「骨架」,把每个蔗糖「骨架」都连接了8个脂肪酸基团。制造出了一种看起来有点奇怪的分子,它长这样:

两位科学家很快发现,自己之前完全想错了:这货跟脂肪比,根本不能提高消化吸收率和能量利用率,因为我们消化道中的酶根本无法分解这种东西。

它们甚至完全不会被消化吸收,无法给婴儿提供任何能量!

虽然研发「能量更高的油脂」的努力失败了,但是宝洁公司从此嗅到了新的商机。因为这种物质看起来,闻起来,尝起来跟油脂都没有太大区别,也完全可以用它来煎炸东西。是不是可以作为一种零热量的脂肪替代品呢?

从此,一扇新的大门被开启了!

人类历史上第一个零热量「代脂」产品诞生。它的名字被称作「Olestra」。


2. 小小的「副作用」

一开始,宝洁公司想把 Olestra 作为一种药物来申报审批,作用是降低血胆固醇。但是 FDA 经过了大规模的临床实验,并没有发现明确的药效。Olestra「铩羽而归」。

既然药物不行,Olestra 作为食品添加剂总可以吧?

你别说,食品添加剂也需要长期的研究来验证安全性。涉及到食品安全和健康,FDA 自然顾虑重重。一方面是怕大家知道这东西「没能量」之后开始狂吃油炸的东西,最后均衡膳食结构被破坏。另外一方面是,作为「代脂」,这东西在最终食品里含量太高了。万一是有一些慢性毒性、蓄积毒性或者致癌性,那可是要出大事。真的马虎不得呀。

这种事情,只能通过大规模的动物实验,才能有比较靠谱的结论。最终,经过的漫长的实验过程,宝洁公司获得了一个好消息和一个坏消息

好消息是,这东西本身几乎没有任何毒性,不会对人体造成健康上的危害。

坏消息是,这东西有两个小小的「副作用」。

第一个「副作用」是拉肚子。这很好理解,Olestra 长得像油,又不被消化吸收,那只能是吃多少拉多少。而大量油状液体排出的过程,我觉得不用再过多解释了,大家可以自行想象。如果想象不出来,可以看看这个问题。

第二个副作用是,这货能够溶解你吃的食物里的所有脂溶性维生素(维生素A,D,E,K),因为它不被消化吸收,所以维生素一旦溶解后,就直接被带出体外了,这样你吸收进身体里的脂溶性维生素就会变少。长期吃 Olestra 的话,有维生素缺乏的隐患。

好在如果摄入量不多的话,拉肚子的情况不会那么明显,而且维生素的损失可以通过「在食品里额外添加维生素补充剂」的方式解决。所以总的来说,这两个副作用还不算涉及「食品安全问题」。

在宝洁公司的游说下,FDA 最终在 1996 年允许将 Olestra 添加到食品里面。但是有一项「附加条件」:必须在食品包装上显著标明「本产品含有 Olestra,可能引起胃肠道不适反应,而且有可能阻止一些维生素的吸收」,作为给消费者的提醒。


3. 上市

在 1998 年,第一款含有 Olestra 的产品在美国上市了:乐事的「Wow!」系列薯片。这款薯片以「吃不胖的健康薯片」作为卖点,当时卖得非常火爆,仅仅一年时间,销售额就达到了 4 亿美元。

但是,在卖爆的同时,很多人表示出现了拉肚子的症状,而且这种「喷油」式的拉肚子是不分场合的,有时甚至会导致非常尴尬的状况发生……

虽然宝洁公司一再重申「少量摄入不会拉肚子,而且拉肚子的也只是少数人」,但其实并无卵用。消费者的口碑已经开始崩盘了,到了第二年,销售额直接「腰斩」,宝洁公司只能忍痛把生产 Olestra 的工厂卖掉了。

后来,市场上添加 Olestra 的产品越来越少。现在在美国,Olestra 依然存在。但即使是添加了 Olestra 的产品,也只是在油炸的时候用它来代替「一小部分」的油脂,而几乎没有商家敢用它来代替大部分或者全部的油脂了。


4. 新型「代脂」

为什么 Olestra 现在面临被淘汰的结局?

拉肚子当然是一方面,另外一个不可忽视的因素是,随着食品科学的发展,食品科学家们发现了越来越多的,可以代替脂肪的解决方案。

比如,采用热风干燥的生产工艺,可以达到与油炸食品相似的酥脆表层。空气炸锅就是这个原理。

再比如,一些胶体(瓜尔胶,卡拉胶)和膳食纤维(纤维素等)等复配使用,添加在食品中,可以代替一部分脂肪实现润滑,多汁的口感。

在乳制品和蛋黄酱中,使用一种特殊改性的乳清蛋白(Simplesse)也可以模仿出脂肪醇厚顺滑的口感。

我相信,在未来「代脂」的方案会越来越成熟和丰富。到那一天,吃货们就会有更多不同的选择啦。

但是,Olestra 作为食品科学里经典的失败案例,它时刻提醒着我们:在研发新产品时,不能在解决一个需求的同时创造另一个不可忍受的痛点。不然消费者不会买账的。


欢迎关注微信公众号「技术型吃货」


Reference:

1)Sciencedirect - Fat Substitute

2)Position of the American Dietetic Association: Fat replacers".Journal of the American Dietetic Association.105(2): 266–275. 2005

3)Wikipedia - Olestra

4)OLESTRA: A LEAKY HISTORY

5)Olestra - OU Kosher

6)Wikipedia - Simplesse


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中国的平头老百姓是啥都不懂的、啥都做不了的、啥都不想做的贱民吗?

英雄的老百姓关心美国,因为它就横亘在面前。

“Because it's there.”

因为山就在那里,所以英雄的老百姓就想征服一下呐,人类的天性而已,家畜或许不能理解。


全世界所有厉害的东西,中国的平头老百姓都关心:上至国际空间站,卡西尼,奥陌陌,旅行者;下至下水道油布包,煮饭仙人,圆珠笔尖,还有猛禽,幽灵,高精狙,福特号,电磁炮,可燃冰,盾构机,大豪斯,大牛排,电瓶车,鸟语花香,老虎大象,GPS,NMD,M1p,RTX,诺贝尔,太平洋。

我想要的不多。你给不了,我就自己想办法。

不允许吗?




  

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