好書推薦《#人慈》部落格文末抽書兩本
想像一下,如果有兩個星球,你認為自己住在哪一個?星球A:飛機墜機後,生存者禮讓最需要救援的人。星球B:事故發生後,生存者爭先恐後地往出口擠,不惜將他人踩在腳下。這個問題被用來問過許多學生,幾乎所有人都選了星球B。但事實是,我們住在星球A。這個世界真正面臨的威脅在於我們對人性太過悲觀。
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#這本書在說什麼?
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《人慈》這本書的作者是歐洲最著名的年輕思想家之一羅格.布雷格曼(Rutger Bregman),他是同時也是一位歷史學家、作家、記者。有鑑於報章媒體、政治宣傳、普羅大眾對於「人性」的偏誤解讀,他想透過這本書傳達一個核心訊息:「大部分的人在內心深處,其實是相當正派的」。
作者在書中旁徵博引,以詳盡的事實和深入的查證,說明了人類無論是出於天性、身為孩童時、在無人島上、當戰爭爆發、當危機來襲,對於自己「好」的一面,有著強烈偏好。如果你至今仍然認為,人類就是天生自私、貪得無厭、陰險狡詐,那麼這本書絕對會讓你大為改觀。
這本書讓我感到大為驚喜的,是作者既大膽、又謹慎的考證態度,他勇於對歷史上知名的眾多案例(例如《蒼蠅王》、《史丹佛監獄實驗》、《米倫格爾電擊器實驗》)提出反面看法,而且其證據令人信服。在媒體慣用人性「惡」的一面吸引眼球的世界裡,這是一本思想激進的書,只不過是偏向人性「善」的那面光譜。這種書很罕見,卻彌足珍貴。
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#人性本惡?三個精彩翻案
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人類有考據的數萬年歷史以來,充滿了大大小小的衝突和鬥爭,我們也從故事裡看到領導人無論為了私利、國家的經濟、民族的情節而發動戰爭。難道,人類不就是天性好鬥嗎?只要有誘因存在,人們就會甘願殺得你死我活嗎?從歷史的考據裡面,我們會發現人性跟我們想得很不一樣:絕大部分的人不願意傷害另一個人。讓我們先從書中三個精彩的翻案來找到線索。
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1.#蒼蠅王小說的翻案
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《蒼蠅王》是一本膾炙人口的小說,在我國中的時候,老師也放過翻拍的影片當作社會科學的教材。內容大意是在說,因為飛機墜機,六個英國男孩漂流到一座無人島上,在沒有大人的情況得自立求生。過程發生了許多權力爭執、失去理智、弱肉強食的情節,最後只剩下兩個孩童倖存的故事。這個虛構故事在感嘆「人心的黑暗」,也被列為標準的社會教材讀物。
作者把持著一個懷疑的態度,他深入瞭解了虛構的《蒼蠅王》小說作者威廉.高汀(William Golding)的生平。作者發現高汀是一名有憂鬱傾向的酗酒者,他還會打小孩,他也曾說過:「我瞭解納粹,因為本質上來說我也是那一類」,這才讓作者明白,原來寫出《蒼蠅王》的作家是一個多麼不快樂的人。
因此,作者根據事實為主,追尋了一條實際發生過的類似案例,六名少年在太平洋落難,漂流到阿塔島(`Ata)的真實故事。這則故事跟小說大相逕庭,六名少年在荒島上發揮團結的本領,協調出遇到衝突的處理方式,還彼此在受傷時互相照顧。受困15個月後,六人獲救時仍氣色飽滿,而且士氣高漲地不可置信。真實版的《蒼蠅王》,其實是一個友情和忠誠的故事。
發現阿塔島生存的船長彼得.華納(Peter Warner):「人生教了我許多事,其中包括了一個經驗,就是你永遠要尋找人的善良光明面。」
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2.#史丹佛監獄實驗的翻案
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我讀過許多談到心理學的書籍,都喜歡引用一個知名的案例,那就是《史丹佛監獄實驗》。實驗主持人飛利浦.金巴多(Philip Zimbardo)教授把24名參加的學生隨機分成兩組,12人當囚犯,12人當獄卒,觀察人類當囚犯的反應,以及擔任獄卒的人施加權力的表現。整個實驗因為囚犯精神狀態快速崩潰、獄卒施加的處罰越來越過火,結果實驗到第六天就被迫中止。
這個實驗的結論彷彿要告訴我們:「當你給予人們權力,他們就會開始為惡,發展出一些不人道的規則」。作者深入考察之後發現,這簡直是一場天大的騙局。實驗並不是任憑12名獄卒自己決定如何處以,而是金巴多本人直接給獄卒灌輸思想:「你們要創造一種挫折感,製造恐懼,要剝奪他們的個體性…」,最後獄卒定的17條規則裡,有11條根本是實驗團隊給予的意見。這簡直是引導式的邪惡。
你或許也會好奇,那如果是實驗團隊「完全不介入」的狀況會怎樣?兩個英國心理學家2002年在電視節目上複製了一次同樣的實驗,但這次沒有告訴獄卒該怎麼管理、該怎麼懲罰。結果呢?節目無聊到不行。第二天,獄卒把食物分給囚犯。第五天,一名囚犯提議設立民主制度。第六天,獄卒跟囚犯一起抽菸。最後一集,大部分人一起坐在沙發上消磨時間。這麼無聊的故事,難怪我們都沒聽過。
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3.#電擊器實驗的翻案
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還有一個更出名的《米倫格爾電擊器實驗》,目的是為了測試受測者,在面對權威者下達違背良心的命令時,人性所能發揮的拒絕力量到底有多少。受測者身為「老師」,當隔壁房間的「學生」答錯題目時,就要按下電擊器,懲罰坐在電椅上面的學生。「學生」是由實驗人員假冒的,受電擊所發出的哭喊也是演出來的,但受測的「老師」並不知道,他們會「以為」這些電擊都是真的。
每一次學生答錯,懲罰的電壓伏特數就要提高,實驗主持人史丹利.米倫格爾(Stanley Milgram)教授會要求老師繼續施罰。120伏特時學生會開始喊痛,150伏特時尖叫並喊著退出實驗,200伏特時大叫大叫血管裡的血都凍住了!超過320伏特時開始撞牆並失去聲音。結果,有65%的受測者一路聽從指揮,開到了450伏特,幾乎是把學生電死的程度。實驗的結論幾乎告訴我們,只要有權威要求,連普通人都願意電死一個路人甲?
作者考核過後的翻案顯示了另一種事實。幾乎所有受測者都曾抗命,想要停手,但實驗方會加強壓力逼迫就範,從錄音檔聽起來更像是霸凌和脅迫。事後調查,只有一半的受測者認為隔壁的學生是真的在受苦,其他人覺得只是實驗效果。許多受試者也表示,因為他們真心「信任」米倫格爾教授的實驗對人類一定有幫助,所以即使當下不忍心,也願意咬著牙繼續做下去。
綜合以上三個翻案結果,大部分的人在內心深處,其實是相當正派的,但引用作者所說的:「如果你催促地夠用力,給予足夠刺激、又拐又騙,許多人確實是有能力做惡。但是邪惡通常不是在表面之下,它是需要費盡功夫才能扯出來的。」邪惡得要披上善良的外衣才行。
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#人怎麼會互相傷害?
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所以,人真的是天性好鬥、殺得你死我活的物種嗎?綜觀歷史大小戰爭,這個說法似乎成立,但是當我們把尺度放到人與人面對面的相處,就是另一種樣貌。舉戰爭為例,兩軍人馬大動干戈的時候,所有人一定都是拔刀互砍、舉槍互射吧?在那種生死存亡的關頭,不是敵死,就是我亡了,不是嗎?
真實的戰爭傷亡統計很有意思,例如二戰英國陣亡的軍人死因中,10%是子彈和反坦克地雷;15%是詭雷、爆破和其他;75%是手榴彈、迫擊砲和空投炸彈。大部分的士兵都是隔個一定「距離」被殲滅的。真正喊著敵人是「害蟲」,一旦碰面就格殺毋論的,通常是離戰場最「遙遠」的政客和領導人。
根據研究,二戰的生存老兵超過一半從未殺過人,只有20%的軍人曾經擊發過武器。美國南北戰爭最激烈的蓋茨堡戰役中,回收的27,000把火槍,還裝有彈藥的比例達到90%。12,000把裝有兩顆彈藥,其中6000把超過三顆。但火槍設計成那樣,就是一次只能射出一顆子彈,那幹嘛裝那麼多顆子彈?因為大部分的士兵都『沒有』在試圖殺敵。人,打從心底不喜歡傷害另一個人。
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#如何改善?三種範例
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在這本書的下半部,作者有一則引述徹底震撼了我的思想。這句引言來自英國哲學家暨諾貝爾文學獎得主伯蘭特.羅素(Bertrand Russell),他給未來世代這個建議:「當你學習任何東西或者思考任何哲學問題時,只該問自己事實有哪些,那些事實證明什麼是真實。永遠別被自己希望相信的事、或者自以為如果別人信了就對社會有益的事所分心,只要專心一意去看事實是什麼。」
這個非常理性的觀念,一開始相當很吸引我,但作者及時把我拉了回來。他提到除了探究事實之外,你本身「相信」什麼,才是以改善世界的動力來源。
第一種相信的力量,叫做「畢馬龍效應」。科學家做過一種實驗,把兩群同樣普通的老鼠,分別標示聰明和愚笨。請不知情的學生照顧老鼠,然後進行迷宮遊戲,看哪一組比較快逃出迷宮。結果聰明的那組獲勝,事後發現學生「相信」這些老鼠比較聰明,給予比較好也溫柔的待遇。同樣的實驗在一群小學生上進行,不知情的老師對聰明組的學生更關注、更鼓勵,事後結算成績,聰明組的孩子其智力表現提高了最多。
第二種相信的力量,叫做「魔像效應」。曾經有科學家在美國做過一個不道德的實驗,他把二十個孤兒分成兩組,跟其中一組說他們是善於表達的人,跟另外一組說他們注定要變成口吃者。這個實驗結果害得許多口吃組的受測孩童,一輩子患有語言障礙。這種效應常導致貧窮學生更加落後、無家可歸者失去希望、已經被孤立的青年人更加極端。
一如正面的期待能夠引發好的結果,負面的期待也能夠讓惡夢成真。接下來介紹書中三個真實世界的例子,來看看如何運用「相信」的力量,來改善我們的工作、教育和民主運作。
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1.#論工作的內在動機
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研究發現,外在誘因例如紅利會減低員工的內在動機和道德標準。給予外在誘因會獲得相等的回報:按照工時給付,就會增加更多的工時(無論是否裝忙)。按照發表數目給予稿費,就會得到更多的發表文章(無論品質優劣)。按照手術量來給付,手術就會更多(無論是否必要)。
荷蘭的最大的鄰里照護平台「博祖克」(Buurtzorg)採取逆向而行的策略,這個組織沒有業績目標或分紅,沒有管理階層,沒有客服中心。運作的自主權下放給每一個十二人的團隊,團隊自己定行程表,自行雇用同事。省去的營運費用和會議時間都回歸到團隊本身。
執行長喬斯.德.柏洛克(Jos de Blok)是從最基層出身的人,他相信員工內心會選擇做「正確」的事。他說傳統的管理階層「喜歡憑空想像一些計畫給那群工蜂做」,還說「拿掉管理階層,工作還是照常進行」,他認為讓團隊自我導向、動手執行腦中想法,是最實際的做法。博祖克沒有人資部,被評為最佳雇主;沒有行銷部,卻獲得最佳行銷獎。
(延伸資源:在台灣有「台灣居護」引進了這套照護模式)
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2.#論教育的玩耍本質
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自古以來,愈是聰明的動物愈會玩耍,玩耍更深植於人類天性當中。創造力和學習力來自於自由地玩耍,孩子會自然地渴望探索這個世界。當社會工業化之後,學校的體制越來越制式化,學生的課表被排滿,家長連下課的時間也不放過。最近針對十個國家的民調顯示,監獄囚犯待在戶外的時間比孩子還要多。研究也發現一個趨勢,孩子愈來愈覺得「自己的生命被他人所決定」。這是一個快要忘記怎麼「玩耍」的世代。
荷蘭的「阿哥拉」(Agora,希臘語「市集」的意思)是一個沒有年級、班級、教室的學校,也沒有功課和成績,一組學生團隊就只有配一位「輔導員」,但自主權在學生身上,他們自己決定要學什麼。整個學校就像一個主題樂園,學生透過玩耍和探索,找到自己當下有興趣的題目攻讀,學校提供對應的資源給他們學習。相較於傳統教育把孩童當植物灌溉,這所學校將孩童當「人」看待。
在這裡,與眾不同是常態,一千個學生就有一千種學習路徑。這裡幾乎找不到霸凌的蹤影,因為不以年齡和能力區隔孩童,沒有誰的進度會落後,沒有誰的表現太過突出,每個人都在綻放當下最好的自己。作者引述道:「玩耍的相反不是工作,玩耍的相反是抑鬱。」問題不是孩子能不能掌控自由,而是大人有沒有勇氣給他們自由?我們是否問過自己,教育的意義究竟是什麼?
(延伸閱讀:Agora: Meet the school with no classes, no classrooms and no curriculum,英文文章)
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3.#論民主政體的模樣
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作者提到,世界上愈來愈多的民主政體正遭受七種瘟疫侵襲:政黨持續腐化、公民不再信任彼此、少數人遭排除、選民失去興趣、貪贓枉法的政客、有錢人逃稅、人們發現當代民主充滿貧富不均(怎麼跟我住的地方這麼像!?)。但世界上有地方嘗試了解法,簡單到令人難以置信,卻很少上新聞(你應該猜得到為什麼)。
委內瑞拉的托雷斯市(Torres)的民選首長胡立歐.查維茲(Julio Chávez)選擇一種嶄新的信念,他相信:「每個人心中都有一位積極認真的公民」。他的競選政見只有一個,下放權力給所有托雷斯市民,而且他遵守了承諾。所有的政府集會邀請全體居民參加,不只是討論,還要決議城市所有預算的使用。
結果人們空前踴躍參與政治,在最需要的地方蓋起了住宅和學校,有效地鋪整馬路清掃街區。因為預算透明,大幅削減了貪污和權威的弊病。市民們還一起要求提高稅收,並且說道:「過去我們不瞭解市政稅要用來支付那麼多東西。」這個被稱為「參與式民主」的方式,深受民眾喜愛,卻鮮少在新聞上被提及。
(在台灣我還沒聽過類似的試營運模式,有人聽過嗎?)
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後記:#相信善的一面
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《人慈》是我今年讀過最意猶未盡的一本書,作者的大膽思想,配上嚴謹的查證,讓人讀來格外痛快。從這本書中,我也慢慢體認到,問題不是二元化的「人性本惡或本善」選擇題。反而,透過這些精采的正反論述,猶如偵探小說抽絲剝繭般的分析,我理解到的是人性真正的「複雜」。
如同現在人工智慧和大數據這麼發達,如果只讓電腦演算法來判決,那麼歷久不衰的《蒼蠅王》人心黑暗論肯定佔據上風;《史丹佛監獄實驗》和《米倫格爾電擊器實驗》無以計數的論文和書籍引用,肯定讓演算法覺得這才是人性的真理。無數對人性帶有扭曲和偏誤的描寫佔據了媒體的版面。然而,事實呢?
這本書中段的畢馬龍和魔像效應教我們的就是,人們「相信」的事情往往會發展成「事實」,更是一個令人驚醒的提點。無論是書中獄卒和囚犯的故事、老師和學生的故事、老闆和員工的故事、父母和子女的故事,一再說明了:「當你把一個人當人看,他就會表現得像一個人。」反之。讀完這本書後,你可以踏實地選擇自己相信的那一面。
瞭解事實,讓我們得以明辨是非。擁有信念,才能以行動改變世界。原來,關於人性,我讀過的許多論點幾乎都是錯的。永遠別被自己希望相信的事所分心。只管去看,事實是什麼。然後在事實背後,找出值得相信的事情,讓它成為新的事實。這絕對是一本必讀之書。
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美國工業電壓 在 大詩人的寂寞投資筆記 Facebook 的最佳貼文
「這裡是《蔡鈺·商業參考》,我是蔡鈺。
關於儲能系統的搭建思路,整個行業都在參照的一個巨頭,你肯定又熟悉又陌生:特斯拉。你一定知道特斯拉是全球最大的電動車製造商,但你不一定注意過,它同時還是全球最大的家用儲能系統製造商。
2019年,特斯拉儲能的全年業務量1.65GWh,1GWh就是100萬KWh。為什麼用這個指標來統計儲能業務量呢?因為在儲能行業里,包括電動車行業,廠商們都是按照1KWh的儲量多少錢來採購的。比如說,1KWh的合格儲能設備,我用0.7元來採購,我才不管你這個設備是用金子做的還是用紙殼做的。
特斯拉2019年這個儲能業績,同比增速接近60%,比它此前兩年的總量加起來還多。1.65GWh什麼概念呢?按照彭博新能源的預計,2019年,全球電化學儲能新裝設備也才10GWh,也就是說,特斯拉這一年就佔了全球儲能新增市場的16%。
《商業參考》有一位用戶叫姜永東,他在智慧能源領域非常資深。永東告訴我,特斯拉搭建儲能體系的思路,也是中國儲能產業的各個環節從業者特別關注的。原因有兩個,都很簡單:
第一,特斯拉的家用儲能業務在全球做的最大也最成熟;
第二,特斯拉做儲能的思路跟它做電動車一樣,回歸到了最簡潔、最本質的第一性。所以中國的各種儲能玩家,不管自己的思路如何,總要看一看行業老大是怎麼跑到最前頭去的。
但在儲能行業之外,特斯拉的儲能業務在中國的知名度遠遠低於它的電動車業務。不過你得知道,特斯拉的光儲充一體化超級充電站,現在在中國就已經有2座了。中國儲能產業也正在興起,而特斯拉在其中可能也是一條很大的「鯰魚」。
所以,《商業參考》有必要單獨用2講來分享給你。
做能源業務的動機
特斯拉公司有一個著名的戰略邏輯,分成四步走:
第一步,打造一款產量小、價格貴的電動車;
第二步,賣掉前面這種車,用賺到的錢開發一款產量大一點、價格也再便宜一點的電動車;
第三步,不斷重復第二步;
第四步,提供太陽能電力。
這是特斯拉的創始人馬斯克很早就寫在特斯拉的官網上的。
我們重點看第四步。電能已經是清潔能源了,為什麼特斯拉還要去苛求用太陽能電力呢?因為市場上這些年對電動車一直有一個詬病,剛好能夠回答這個問題,這種詬病說:電動車不過是把燃油車那種分散式尾氣排放方式,轉化成了發電廠的集中式排放。你的電動車用電確實是清潔了,但發電廠給你發電用的還是燃煤或者天然氣的話,不還是在排放二氧化碳麼?在這個詬病面前,特斯拉就乾脆也去做太陽能電力業務,從根源上去終結電動車的碳足跡。我的電動車用的是太陽能發的電,你總不能再說我還排放了吧。
那麼,關於能源業務本身,特斯拉這些年都在忙什麼呢?簡單用一句話來概括的話就是:搭建一套基於太陽能發電的離網能源系統,來幫家庭和企業用戶實現可再生能源的獲取、存儲和使用,並且把這一套產品在全球市場上去做規模化的銷售。
家用的清潔能源小生態
我們先講一講特斯拉的基本能源產品組合。
特斯拉的能源佈局分成兩個板塊:第一塊是儲能設備,第二塊是太陽能屋頂。
2015年,特斯拉發佈過一種名叫「能量牆」的家用儲能電池,英文名叫「Powerwall」。這種能量牆長130釐米,寬86釐米,厚18釐米,掛在牆上就跟中國北方的一套暖氣片差不多。這種能量牆有兩個型號,普通版本能夠儲存7KWh的電,也就是7度電,Plus版本能夠存10KWh的電(10度電)。特斯拉同時還宣佈,基於這個能量牆,它還推出了一種商用級的版本叫「能量包(Powerpack)」,一個能量包是內置10個一組的能量牆,能夠存100度電。
能量牆這種產品什麼概念呢?我們做個類比,你要是手上有一個充電寶,容量是2萬毫安時、輸入電壓是5V,那你充滿它需要0.1KWh的電。特斯拉的能量牆你可以理解成一個大型家用充電寶,儲能容量相當於100個普通充電寶。
我們前面講北京的階梯電價的時候講過,北京最低一檔階梯是預設一個家庭每個月用240度電,也就是一天8度。放在特斯拉的語境里,要是停電了,一塊能量牆就夠一個普通的中國家庭撐一天。而一個能量包有10塊能量牆,就能夠在停電的時候幫小型工商企業撐2-4小時。
在2015年的當時,特斯拉並不是第一家推出儲能系統的廠商。當時就連中國的比亞迪和寧德時代起步都比特斯拉早。而韓國的LG化學,也是在特斯拉之前的2013年,就建起了全世界第一個儲能專用設施。
但特斯拉一髮布這個能量牆產品,當時就引起了全球市場的轟動。原因是,它的這種產品外觀又酷、質保壽命又長,售價還只要3000-3500美元,比起當時市場同類的工業級電池要便宜70%。所以能量牆這個產品發佈不到一周,就收到了3.8萬個訂單,它組合起來的能量包也收到了2500多個訂單。
特斯拉一看,儲能設備的需求被訂單給驗證了,於是2016年就又升級了產品,給第二代的能量牆加上了逆變器,把功率和容量提升了一倍。逆變器就是一種能夠把直流電變成交流電的電子器件,加逆變器有什麼用呢?你家的能量牆充滿之後,可以反向把電能賣給大電網。這之後,特斯拉的「能量牆2」就開始在北美的家用電池儲能市場上大殺四方,到了2020年,能量牆在北美的市場佔有率就超過了一半。
2016年還發生了另外一件事:特斯拉花了26億美元,收購了馬斯克個人投資的一家太陽能電池板工程的公司,名叫「SolarCity,太陽城」。這家太陽城公司是馬斯克在2006年鼓勵自己的表兄弟開的,在2016年以前,特斯拉就已經在不斷地勸說自己的車主們,讓太陽城公司把太陽能電池板裝到他們的屋頂上,特斯拉說的是,一塊電池板一天能夠給車補充80公里的續航電量,足夠他們日常通勤了。
但在能量牆發佈之前,這個思路存在一個問題:你想啊,特斯拉車主們畢竟不是夜行動物。電池板白天用太陽能發電的時候,汽車通常也在外邊跑,無福消受。這些屋頂發的電要是在家裡用不完,也不能並進電網,那就只能放棄太陽能發電了。
到了2016年,能量牆解決了儲能問題,馬斯克覺得妥了,所以才把太陽城公司整合進了特斯拉,變成了特斯拉的能源部門。
這個收購之後,特斯拉就推出了它的第二塊能源業務:太陽能屋頂(Solar Roof)。這個產品就不是在屋頂上裝電池板了,那個像打補丁,太醜。太陽能屋頂是直接給歐美家庭的大House提供整體的光伏發電屋頂,還能夠選顏色、花紋,還能選配通風口和天窗,就跟我們在《動物森友會》這樣的遊戲里捏房子似的。我查到一個數據,說特斯拉2019年出的太陽能屋頂產品,380平米以上的建築,一天能夠發電58-77度。
到這兒,特斯拉的儲能系統,就等於幫家庭和小型商業組織建立了一張太陽能微型電網。這個微電網可以先滿足房屋自身的用電,富余部分存儲起來,要是能量牆和能量包也充滿了,還可以把電能輸送給主幹電網。這些安排,在特斯拉的App里就能操作。
能量牆和太陽能屋頂這兩個產品都上市之後,特斯拉的離網系統能源戰略就實現了閉環:太陽能屋頂發電,能量牆存儲電能。而電動車業務線上的電動車們,還能夠負責使用電能。
這樣一來,特斯拉自己的能源業務跟電動車業務也就打通了,發電-儲能-用能。它就成了全球第一個完成了垂直整合的能源公司,在家庭客戶和企業客戶這裡,它確實就構建起了一個一個的清潔能源小生態。
前面我們講了,在停電狀態下,能量牆能幫一個家庭撐一天,能量包能幫小企業撐2-4個小時。你有沒有發現,特斯拉的這套儲能系統的產品設計出發點里有一個關鍵詞是「應急」。如果你之前對馬斯克稍有瞭解,你肯定知道他一直很關心一個命題叫「如何提高人類生存的確定性」,所以在特斯拉的能源業務里,用儲能去解決應急,確實也很符合他的個性。
中國在過去這幾十年里,基礎設施的覆蓋能力很強,各種設備器材又正值壯年,要是你再身在內陸,可能不太容易體會歐美社會對極端自然環境的敏感和焦慮。就在我們錄音的9月初,美國又被「艾達」颶風禍害了,連紐約都沒能扛住暴雨災害。
特斯拉在2018年還專門在它的App里增加了一個名叫「風暴預警」的功能。乾嘛用的呢?你家裡的能量牆,周邊環境一旦發生山火、颱風這類的自然災害,風暴預警功能就會提醒你有停電風險,並且自動把能量牆充滿電候命。
也正是因為馬斯克這種對自然災害的憂患和敏感,又推動著特斯拉的能源業務進入了公用事業領域。」
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人工肌肉重大突破登上《Science》,多國科學家聯合實現全新驅動機理
作者 雷鋒網 | 發布日期 2021 年 02 月 11 日 0:00 |
2021 年,機器人已經「成精」了,公然吵架、組團熱舞再也不是人類專屬。在許多人心裡,機器人還是僵硬、機械甚至冰冷,即便如此,技術日新月異,柔性機器人快速發展,我們對機器人的刻板印象也該打破了。
科學家設計的軟體機器人外形可謂五花八門,比如:
磁場驅動的軟體機器人,看上去像花瓣。
會奔跑、能游泳、能舉重物的「小獵豹」。
可用於軍事行動的隧道快速挖掘機器人。
其實,軟體機器人的設計往往與一種智慧材料有關:人工肌肉。最近這領域中國科學家聯合美、韓、澳等多國學者有了新突破。
相比傳統人工肌肉,這次設計出的人工肌肉有無毒、驅動頻率高(10Hz)、驅動電壓低(1V)、高比能量(0.73~3.5J/g)、高驅動應變(3.85~18.6%)、高能量密度(高達 8.17W/g)特性。
奈米碳管線為何物?
2021 年 1 月 29 日,題為「Unipolar-Stroke, Electroosmotic-Pump Carbon Nanotube Yarn Muscles」(單極衝程、電滲泵奈米碳管線肌肉)的論文發表於著名學術期刊《科學》(Science)。
論文出自哈爾濱工業大學(複合材料與結構研究所)、江蘇大學(智慧柔性機電研究所)、常州大學(江蘇省光伏科學與工程協同創新中心)、美國德州大學達拉斯分校、伊利諾大學厄巴納香檳分校、南韓漢陽大學、首爾大學、澳洲臥龍崗大學、迪肯大學等團隊。
論文題目有個看起來高深的詞「奈米碳管線」(Carbon nanotube yarns)。談研究細節前,先來解決一個問題:奈米碳管線為何物?
奈米碳管線源自奈米碳管,這是具特殊結構的一維量子材料,徑向尺寸為奈米量級、軸向尺寸為微米量級、管子兩端基本都有封口。外形上,它是由呈六邊形排列的碳原子構成的數層同軸圓管,層與層之間的固定距離約 0.34 奈米,而圓管的直徑一般為 2~20 奈米。
據了解,奈米碳管為一維奈米材料,重量輕、有完美連接結構,因此有獨特力學、電學、化學性能。基於這些特性,奈米碳管線也應運而生。據字面意思可知,這是透過拉伸和鬆弛、碳基奈米管纖維製成的緊密絞合線。
不同於普通線,奈米碳管線其實是種超導體,還可當電池使用。早在 2011 年,德州大學就與美國企業展開合作,致力將奈米碳管線推向市場。
2017 年,德州大學達拉斯分校又研製出名為 Twistron 的奈米碳管線。
研究團隊的李娜博士受訪時表示:
這些線本質上是種超級電容器,但無需外加電源充電。因奈米碳管與電解質的化學電勢不同,當線浸入電解質時,一部分電荷會嵌入。線拉伸時,體積減小,使電荷相互靠近,電荷產生的電壓增高,從而獲得電能。
2014~2016 年,哈爾濱工業大學博士生楚合濤至德州大學達拉斯分校接受訓練,正是自那時起,哈爾濱工業大學冷勁松教授課題組與德州大學達拉斯分校 Ray H. Baughman 教授課題組,開始了有關奈米碳管線人工肌肉的研究。
這次正是博士畢業生的楚合濤為論文共同作者之研究。
人工肌肉性能達到新突破
那麼,奈米碳管線和人工肌肉之間,又有什麼關係?
論文介紹,滲透離子(不論正負)會影響著長度、直徑的變化,因此奈米碳管線可用作電化學致動器。據悉,奈米碳管線人工肌肉是典型的智慧材料,主要透過熱、電化學兩種方式驅動,兩種驅動方式有差別。
根據熱力學定律,熱驅動受卡諾循環效率(Circulation efficiency in Kano,一高溫熱源溫度 T1 和一低溫熱源溫度 T2 的簡單循環)制約──比電化學驅動能量轉換效率更高,有更廣闊的應用前景。
基於這點,研究團隊構建全固態肌肉(all-solid-state muscle)。透過向線滲透帶電聚合物,纖維開始部分膨脹,隨著離子損失長度會增加,增加肌肉的總衝程。
哈爾濱工業大學表示,研究人員首次發現透過聚電解質功能化的策略,可達成人工肌肉智慧材料的「雙極」(Bipolar)驅動轉變為「單極」(Unipolar)驅動(如下圖),同時發現人工肌肉隨電容降低、驅動性能增強的反常現象(Scan Rate Enhanced Stroke,SRES)。
研究人員發現這些效果:
做到單一離子嵌入、嵌出的「單極」效應,解決「雙極」效應反向離子的嵌入、嵌出引起的性能降低問題,提高工作效率與能量密度等性能;
人工肌肉隨掃描速率增加,驅動性能增加,解決了傳統人工肌肉驅動性能的電容依賴性問題。
哈爾濱工業大學認為:
此重要突破解決了人工肌肉驅動性能的電容依賴性問題,為後續設計具有無毒、低驅動電壓的高性能驅動器提供新的理論基礎。
值得一提的是,此突破在空間展開結構、仿生撲翼飛行器、可變形飛行器、水下機器人、柔性機器人、可穿戴外骨骼、醫療機器人等領域有巨大的應用潛力。
關於作者
早在 1990 年代初,哈爾濱工業大學複合材料與結構研究所就確立智慧材料與結構的研究方向。哈工大在這領域的探索離不開一個名字──冷勁松。
冷勁松畢業於哈爾濱工業大學複合材料專業,2004 年起擔任哈工大航天學院複合材料與結構研究所教授、博班導師。
1992 年起,冷勁松就開始開展智慧材料系統和結構的研究,主要研究方向包括智慧材料系統和結構系統、光纖傳感器、結構健康監控、複合材料結構設計和工藝技術、可變翼飛行器、結構振動主動控制、光纖通訊和微波光電子器件、微機電系統等等。
另外,冷勁松也在 International Journal of Smart & Nano Materials 擔任主編,《Smart Materials & Structures》和《Journal of Intelligent Material Systems and Structures》等國際雜誌擔任副主編。2006 年入選中國教育部新世紀優秀人才計劃,2007 年入選長江學者特聘教授,2018 年當選歐洲科學院物理與工程學部外籍院士(Members of the Academia Europaea)。
論文通訊作者之一正是冷勁松。
2020 年 3 月 4 日,冷勁松教授團隊與美國馬里蘭大學 Norman M. Wereley 教授團隊的共同研究成果發表於國際著名期刊《Soft Robotics》,展示受象鼻啟發、可伸展/收縮的氣動人工肌肉基礎上設計的新型彎曲螺旋可伸展/收縮氣動人工肌肉(HE-PAMs / HC-PAMs)。
這次研究,將使團隊在人工肌肉方面的探索更深入。
資料來源:https://technews.tw/2021/02/11/unipolar-stroke-electroosmotic-pump-carbon-nanotube-yarn-muscles/
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