運動強度的測量與應用
根據世界衛生組織 (WHO) 在2010年所提出的建議,每位成年人每週應有150分鐘以上的中強度運動或者75分鐘以上的高強度運動;同樣的美國運動醫學學會 (ACSM) 也發佈了類似的聲明,建議成年人一週要有五天的中強度運動或者三天以上的高強度運動。從這兩個組織的建議可以了解到,運動強度不只對於想要維持健康的一般民眾十分重要,更對於運動選手的訓練規劃具有極大的影響力。運動處方的FITT原則也將運動強度列入四大原則中,F為Frequency運動頻率;I為Intensity運動強度;T為Time運動時間;最後一個T為Type運動種類,而我們可以從中發現,這四個大原則之中,運動頻率、時間、種類都很容易的量測及安排,唯獨運動強度最不易被明確的量測。
不同運動的簡易強度指標
新的運動強度指標
所謂的運動強度是指在從事該項運動時身體活動消耗的能量,簡單來說就是身體在運動時的吃力程度。目前『攝氧量』以及『心跳率』是一般最常用來界定運動強度的指標,但測量攝氧量往往需要使用到實驗室的儀器才能進行,一般大眾以及選手較難去接觸到相關資源,因此通常都使用心跳率做運動強度的測量指標,而過去研究也發現心跳與運動強度呈現高度相關。目前市面上許多可以測量出心跳的產品都能應用在測量運動強度上,但測量心跳會有心律延遲反應的問題。例如,當我們進行快速而短暫的衝刺跑時,心跳率會在跑完之後才上升到最高點,而不是出現在速度最快的時候。針對個問題,過去台師大運科團隊已經發展出可以解決心率延遲反應的運動生物力學指標,這個指標最大的不同是,它所量測的是人體外在動作的表現,如初速度、加速度、功率、次數…等,而這些也是目前市面上許多相關的監測產品可量測到的,少數產品則甚至能夠測量出瞬間爆發力、衝擊力等相關力量數據,而這些產品不僅能放在手臂上測量,甚至也能放在訓練器材上進行量測。
發展新指標的核心價值
透過上述產品所測得之運動強度數據,不僅可以當作訓練的依據,亦能當作量化自我 (Quantify self) 的指標,這種自我監控的方式,可以讓消費者感受到數據的真實價值。舉例來說,若訓練一段時間後,發現在相同的運動強度下,本體自覺感受輕鬆許多,就代表體能有所進步;亦或在相同自覺努力下,測得之力量或速度變高了,這也是進步的表現。隨著越滾越快的科技巨輪,相信日後的測量技術與產品的測量機制都會更加專業、優化,然而,我們必須體認到一件事,真正的價值並非不斷鑽研測量數據的精準度,而是如何應用這些數據協助運動員達到訓練目的、強化訓練效果,甚至提升熱愛運動人們的運動品質。
碳纤维打印突破微重力环境,长征五号B火箭完成在轨3D打印
此次在试验船上搭载了一台我国自主研制的“复合材料空间3D打印系统”,科研人员将这台“3D打印机”安装在了试验船返回舱之中,飞行期间该系统自主完成了连续纤维增强复合材料的样件打印,并验证了微重力环境下复合材料3D打印的科学实验目标。航天科技集团五院529厂复合材料空间3D打印系统负责人祁俊峰:这是打印机本体,下面是供配电和控制区,我们开了个窗口,舱内的图像能实时(传)回来。这次打印的对象有两个,一个是蜂窝结构(代表航天器轻量化结构),另外一个是CASC标志。
3D科学谷Review
国际上,NASA和Made In Space公司开展了一项Archinaut TDM 项目,该项目的目标是在2020年将Archinaut 太空制造设备投入轨道空间建设中。Archinaut本质上是一个具有机器人手臂的3D打印机,可以自动地组装和打印结构件。通过测试的是用于组装空间站或探测车的大型梁结构件和其他部件。Archinaut已经能够制造复杂3D打印硬件和超空间结构,并在模拟环境下的外空间环境中成功通过了测试。
关于航天科技集团五院529厂的复合材料空间3D打印,在3D科学谷看来 用高性能工程塑料替代金属是实现航空航天领域实现轻量化的途径之一 。复合材料领域,对于制造业来说最重要的一个领域就是碳纤维增强材料,可以提供与金属相当的强度,又非常轻,碳纤维在需要考虑重量与强度比的行业包括航空航天、汽车、电子产品等领域都有广泛的应用前景。
根据3D科学谷的市场观察,进入2020年,国际上关于碳纤维3D打印的一个明显发展趋势是3D打印碳纤维复合材料的市场开始发力批量制造。 利用革命性的连续碳纤维增强功能使得产品更轻、更坚固、更智能,不仅是空间在轨制造,在工业、消费电子和汽车制造领域,连续碳纤维的3D打印都有着广阔的应用空间 。在这方面,国际上有不少的创业企业,将碳纤维的3D打印定位与制造领域。
根据3D科学谷的市场研究,成立于2017年的Arris Composites在短时间内A轮+B轮融资高达5850万美元(超过4亿人民币)。硬件、软件、材料、应用开发各种要素具备,Arris Composites吸引资本市场的原因来自于面向生产的解决方案, 管理团队来自UCLA加州贝克利分校及麻省理工、耶鲁的顶级校友资源,以及创始人团队先前的Arevo和TNO的工作经历。
来自美国硅谷的Arevo Labs不仅提供碳纤维工业级3D打印机,还提供3D打印的新型碳纤维和碳纳米管(CNT)增强型高性能材料,而且使用其专有的3D打印技术和专用软件算法可以使用市场上现有的长丝融熔3D打印机制造产品级的超强聚合物零部件。Arevo Labs正在进行将碳纳米管或其它纳米填料与纤维填充聚合物组合以生产具有优良的机械、电和热性能的3D打印材料。
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如何测量突破的强度
返朴的博客
时间都去哪了?时间从哪里来!我的时间怎么测量?
现在的司机们已经很少会遇到在路上迷路的窘境了。只要打开手机导航,就算是一次也没去过的城市也可以轻松的找到路线。十几年前想成为好司机还需要好的记性的日子已经一去不复返了,这一切得归功于全球卫星定位系统 (GPS) 。这便是精密测量在我们日常中大放异彩的典型案例。为了能满足我们日常的使用,定位的精度在几米量级就已经足够了。几米对我们来说可能并不算很小的长度,以至于我们很难把他和精密测量联系起来。实际上,GPS系统是通过接受不同卫星的时间戳信号,根据不同卫星的信号接收时间差推算出位置的。假设理想情况,信号按照光速传播,如果希望达到米量级的定位,则需要测量的时间差在10e-9s量级,要保证不同GPS卫星时间同步,GPS卫星的计时误差还要更小!这对测量标准的制定提出了很高的要求。
如下图表示的是铯原子跃迁频率、普朗克常数、阿伏伽德罗常数、单色光源的发光效能、玻尔兹曼常数、电子电荷、光速和7个基本单位秒, 千克, 坎德拉, 开尔文, 安培, 米,摩尔的定义关系。箭头表示头部的量是由根部定义的。比如米,是由光速和秒定义的。不难发现除了秒之外的6个基本物理学单位中,有5个的定义都和秒离不开。
量子精密测量技术实现对微波场纳米级分辨率的重构
配图:实验原理示意图。激光用于测量钻石探针的量子状态,读出拉比振荡的频率。高频振荡的电流在一根22微米直径(人的头发丝直径约为80微米)的铜丝中传输,产生了高频振荡的微波磁场(红线代表磁感线),磁场穿过金刚石与大气的边界,辐射至钻石探针上(黑色箭头)。