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(资料图)

关于本文作者

Mamdouh Refaat

Altair 首席数据科学家

在商业和工程应用中从事ML（机器学习）和AI（人工智能）领域有超过25年的经验。

众所周知，蜘蛛侠代表了正义的力量：勇敢、强壮、聪明。今天这篇文章中，我们来深度探索他的能力，来看看：

蜘蛛侠的丝到底能举起多少东西？

当蜘蛛侠用他的丝线 “飞行”，从一个建筑跳到另一个建筑时，他的丝线真的能支撑他的重量，并同时举起其他物体吗？

蜘蛛侠的面具（本文作者创作）

为了真正科学的来回答上述问题，我们需要对他做一些假设。我们还需要找到关于真正蜘蛛丝强度的真实数据，并利用这些数据来推断蜘蛛侠的丝的强度。最后，我们将需要使用物理学定律来回答他用丝跳的问题。

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关于蜘蛛侠

由于蜘蛛侠一直生活在阴影中，没有人知道他的确切极限。但是我们还知道一些有据可查的 “事实”。

他是一个蜕变成蜘蛛的人类。与地球上所有其他已知的蜘蛛相比，他是一个巨大的蜘蛛。他的体重约为75公斤（165磅），他的身高约为175厘米（5英尺9英寸）。

与超人不同，蜘蛛侠不能飞行。他是我们星球上的生物，所以他不能违背重力。一些人猜测，超人可能可以某种方式含有反引力子–引力子是假定的粒子，是重力的原因，到目前为止，还没有得到实验证实。另一方面，蜘蛛侠需要利用他的丝来从一栋楼跳到另一栋楼。他也可以利用他的腿的力量来跳跃。

他非常强壮。有几份历史文件（漫画杂志）显示，他可以举起重量超过10,000公斤的坦克（约3辆福特F150卡车）。虽然这些坦克与大型M1A1艾布拉姆斯（62,000公斤）相比被认为是小的，但他能举起10,000公斤的坦克（并击碎它）仍然令人印象深刻。

一些报道称，他的前臂上有射网腺，可以从他手腕上的小开口处射出丝。另一些报道表示，他正在使用一种高科技的小工具，将固定在他手臂上的一个或两个罐子里的特殊材料喷射出来。我认为确认腺体的报道更可靠，因为这与他从一个正常人到蜘蛛状生物的变形过程更一致。

蜘蛛侠的丝可以附着并粘在建筑物、窗户等表面。丝和表面之间的结合力比丝的强度更大。

蜘蛛侠可以将丝线缩回到他的手臂上。这就是他如何在悬挂在丝线中时将自己拉起来。而且他能以非常高的速度做到这一点。我们没有可靠的数据来支持对他缩回丝线的速度的任何估算。

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当蜘蛛侠遇上RapidMiner

现在我们已经确定了关于蜘蛛侠的事实，让我们用机器学习来估算他的丝的强度，我们将通过使用我们拥有的关于大约200种蜘蛛的丝的机械特性的数据来开发模型，这些数据可以点击此处进行查看。

我通过 Altair 的建模软件RapidMiner，利用蜘蛛侠的身体尺寸和他的丝的预期尺寸来估算蜘蛛侠的丝的强度，我估计他的丝的直径为2毫米，他的身体尺寸为175厘米。

利用 RapidMiner 自动模型估算蜘蛛丝的极限拉伸强度

使用真实蜘蛛的机械性能数据，我发现 RapidMiner 中的梯度提升决策树给出了最准确的模型，然后我用它来估算蜘蛛侠的丝的极限拉伸强度（UTS）。UTS是指材料在被拉伸时，在断裂前能承受的最大应力。这个模型如上图所示。

蜘蛛侠的蚕丝的UTS估算值为310GPa，使其比地球上任何已知的材料都要强。从这个角度来看，普通结构钢（被称为60级螺纹钢）的UTS只有0.62GPa，这使得蜘蛛侠的丝比60级螺纹钢强500倍左右。

有了这个UTS，直径为2毫米的蜘蛛侠丝可以承载高达约100吨的负荷。因此，蜘蛛侠的丝可以举起比我们知道的蜘蛛侠所举起的最大负荷更多的负荷。这回答了我们关于蜘蛛侠的丝的强度的第一个问题。

用来估算蚕丝UTS的ML模型的一个（大）弱点是，蜘蛛侠的身体尺寸远远超出了模型训练数据的范围。数据集中的蜘蛛的身体尺寸从2到38毫米不等，而蜘蛛侠的特征尺寸（高度）是1750毫米。在正常情况下，我们正在为一个真实的应用开发ML模型，这个模型是不能接受的，但是由于我们面对的是一个超级英雄，我们将接受这个模型的估算。

现在，让我们来回答第二个问题。当他在建筑物之间摆动时，这根丝能承受住力吗？

下图显示了蜘蛛侠在摆动过程中处于建筑物顶部的A位置和处于垂直位置的B位置。

能量平衡计算蜘蛛侠的最大速度

如图所示，简单的能量平衡要求他在B位置的速度（平方）为v^2 = 2gL。

下图显示了在B点作用于蜘蛛侠的力和他的加速度（红色）。

蜘蛛侠在B点的自由体图

利用牛顿第二运动定律，我们可以得到T – mg = ma。从B点的运动学来看，蜘蛛侠身体的加速度是一个向上的离心加速度，其公式为a = v^2 / L。简单代入运动方程，并使用能量平衡中的速度值，我们得到T = 3毫克。

因此，丝绸中的张力是蜘蛛侠重量的三倍。而正如我们前面得出的，2毫米的丝可以承受近100吨的力，这比仅因蜘蛛侠的重量而产生的摆动过程中的张力要大得多。现在很明显，蜘蛛侠可以轻松地用他的丝做这些摆动动作，甚至可以把许多人、汽车和重物一起举起来。

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结论

我们用Altair RapidMiner的机器学习ML和机械学来证明蜘蛛侠到底有多强，通过以上数据证明，蜘蛛侠真的非常强壮，它的丝也很强韧。如果蜘蛛侠的丝真的存在的话，它将比地球上任何已知的材料都强，它可以只用一根弦就能举起100吨的东西，不会有任何困难。

我们欢迎数据科学家们使用上述数据和RapidMiner软件进行实验，估算蜘蛛侠的丝的其他属性，并与所有蜘蛛侠的粉丝们分享实验结果，也许蜘蛛侠也和我们一起正在阅读这篇文章呢!

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关于 RapidMiner

RapidMiner 是进行大规模数据处理和算法模型构建的低代码平台，目前已拥有 100 多万用户。其简单易操作的可视化数据处理界面不仅吸引了专业的数据算法工程师，也获得了众多跨学科数据处理的粉丝们。

Altair 于2022年11月正式收购 RapidMiner。此次收购大大强化了 Altair 的端到端数据分析 (Data Analytics) 产品组合，使用户能够快速理解、转换、执行并自动计算数据，更高效的构建算法模型。

RapidMiner 拟将与Altair 现有工具进行集成，例如 Altair Knowledge Studio、Altair SmartWorks 和 Altair SLC，从而为企业数据分析和数据科学提供一个全面、代码可选、多语言、SaaS 即用型云平台。

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关于Altair 澳汰尔

Altair（纳斯达克股票代码：ALTR）是计算科学和人工智能（AI）领域的全球领导者之一，在仿真、高性能计算 (HPC) 和人工智能等领域提供软件和云解决方案。Altair 能使跨越广泛行业的企业们在连接的世界中更高效地竞争，并创造更可持续的未来。

公司总部位于美国密歇根州，服务于13000多家全球企业，应用行业包括汽车、消费电子、航空航天、能源、机车车辆、造船、国防军工、金融、零售等。

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