|
《科学美国人》发布了特别报道“2016十大新兴科技”，通过这十项技术展示了创新的力量，展现改善生活、改变工业、保护我们地球的愿景。 自动驾驶汽车 我们现在正处于交通运输的变革，从人工驾驶变为自动驾驶。自动驾驶汽车对社会的长期影响很难预测，也难以夸大。唯一确定的是，当这种技术变得普遍存在时，生活将变得不同。谷歌和其他公司近年来对自动驾驶汽车进行了大量的测试，并取得了瞩目的成就。这些汽车可以处理来自车载雷达、摄像机、超声波测距仪、GPS等传来的大量信息，无需人的参与即可判断路况信息。 自动驾驶汽车也具有它的缺点，但是，大范围推广自动驾驶汽车只是时间上的问题，也许某一天，因为自动驾驶汽车的存在，出租车司机可能将不再是一个职业。 纳米物联网 物联网由廉价微型传感器和微型处理器构成，配以微型电源和无线天线。近年来，物联网得到了快速发展，从普通的电脑和移动设备到恒温器、汽车、门锁、甚至宠物追踪器，物联网无处不在。 科学家已经开始缩小传感器的尺寸，从毫米或微米缩小到纳米尺寸，小到足以在活体中循环或直接混合到建筑材料中。许多纳米传感器已由非生物材料制成，如碳纳米管，可以感知和发送信号，并作为无线纳米天线使用。这是关键的第一步，将医药、能源效率和许多其他领域带入一个全新的维度。 当纳米物联网的时代来临时，纳米物联网可以提供关于我们的城市、房屋、工厂甚至是我们身体的更加详细、廉价和最新的图片。今天的交通信号灯、衣物或监控摄像头都将连接到互联网。接下来，数十亿的纳米传感器收集大量的实时信息并传送到云端。 下一代电池技术 太阳能和风能的容量一直在增长，但太阳会落山、风可以反复无常。虽然每年风电场越来越大，太阳能电池变的更高效，但是这些可再生能源却仅能满足不到5%的全球电力需求。在许多地方，由于缺乏廉价、可靠的技术来存储多余的能量，可再生能源则属于小众角色。更好的电池技术可以解决这个问题，使零排放可再生能源增长的更快，更容易给12亿人带来可靠的电力。 在过去的几年中，新型电池技术已经证明可以提供足够的电量为整个工厂、城镇供电，甚至将“迷你电网”连接到偏远的乡村。这些电池技术基于钠、铝或锌。避免使用重金属和铅酸电池中的腐蚀性化学物，并且更廉价、更安全。新技术更适用于严重依赖太阳能或风能的传输系统。 但是目前，仍然没有一项理想的电池技术，电池技术仍然有待改进。 开放的人工智能生态系统 CEO和社会名流无需花费太多的时间处理无趣、耗时的日常生活，他们的助理会帮他们解决这些事情。但是不久的将来，由于开放的人工智能生态系统的存在，每一个人都可负担得起这项“奢侈”的活动。 但在过去的几年中，几种新兴技术一起连接到一个开放的人工智能生态系统中，构建更强大的类似人类数字的助理。这个生态系统不仅可以连接我们的移动设备和电脑，还可以连接卧室调温器、手腕上的手镯和行驶的车辆。 在未来几年内，网络的互连再加上物联网和个人资料，所有的事情都可通过与人工智能对话解决，并为数以百万计的人们带来更高的效率和更好的健康和幸福。 光遗传学点亮治疗神经科学 2005年产生了一项突破，科学家演示了一种方法，使用基因工程使神经元响应特定颜色的光，这项技术称为光遗传学。 通过将一个或多个视蛋白基因插入老鼠特定的神经元中，生物学家们能够使用可见光打开或关闭特定的神经元。多年来，科学家开发了不同的蛋白质应对不同的颜色，范围从深红色到绿色到黄色到蓝色。通过把不同的基因放到不同的细胞中，他们用不同颜色的光脉冲来激活神经元，然后周边的“邻居”就会处于精确的时间序列。 这是一项重要的进步，因为在活体大脑中，时间就是一切。同一信号，发出时间不同可能会有不同的效果。光遗传学的发明大大加速大脑科学进步的步伐，打开了治疗大脑疾病新的大门。 器官芯片允许人类生物学的新观点 2010年，Wyss研究所的Donald Ingber开发了业界首个“肺器官芯片（a lung-on-a-chip）”。随后业界迅速效仿，Donald Ingber与业界和政府建立了合作伙伴关系。到目前为止,各大团队纷纷报道成功制作了微型肺模型、肝模型、肾模型、心脏模型、骨髓模型和角膜模型。 器官芯片技术可以让科学家们看到生物机制和从未见过的生理行为。此外，器官芯片还将推动企业开发新的药物，允许其他研究组织探索利用器官芯片的个性化医疗，降低药物测试对动物的依赖。 钙钛矿太阳能电池 目前，晶硅太阳能电池主导着光伏市场，晶硅太阳能电池技术仍然是太阳能电池领域最为成熟的技术。但是，生产晶体硅极其耗能，并且工艺复杂这限制了晶硅太阳能电池的发展。 钙钛矿太阳能电池技术是近几年迅速发展起来的一项太阳能电池技术，极具发展前景。钙钛矿薄膜2009年首次被开发出来仅仅具有不到4%的转换效率，发展至今，转换效率已经超过了22%。 但是，目前钙钛矿太阳能电池仍然具有一些重要的问题急需解决。首先，钙钛矿太阳能电池暂时还无法达到晶硅太阳能电池一样的尺寸。其次，稳定性不够，钙钛矿太阳能电池使用寿命很短，最多只有几个月的时间，而晶硅太阳能电池可以达到二十年。最后，钙钛矿太阳能电池含有铅元素，会污染环境。 虽然如此，钙钛矿太阳能电池仍然是一项新兴技术，通过搭配新兴电池技术，钙钛矿太阳能电池将会改变12亿人目前缺乏可靠电力的情况。 系统代谢工程 生物化工生产要想真正腾飞，就必须与传统化工生产的价格和性能进行比较。多亏了系统代谢工程这门学科，现在离这个目标更近了。近来，随着合成生物学、系统生物学和进化工程的发展，工程师现在能够创建生物系统生产采用常规方法难以生产的化学品。 系统代谢工程也被用来创建酵母菌株，生产治疗疼痛的阿片类药物。世界范围内这些药物被广泛的需求，特别是在发展中国家，用以治疗疼痛。 当生化生产规模达到大型工业级别时，避免与粮食生产争夺土地以及将工程微生物意外释放到环境中将是极为重要的。尽管这些工程微生物在野外环境中可能会处于极为不利的条件，但是在容器中安全的保存这些工程微生物并造福人类也许是更好的选择。 区块链技术是比特币数字货币背后的技术，是一个分散的公共事务分类账簿，没有一个人或公司拥有或控制。相反，每个用户可以访问整个区块链，从一个账户到另一个账户的每一笔资金的转移都会安全可查的记录在案。区块链的副本分布在世界范围内的各个角落，被认为是有效的防篡改措施。 跟互联网一样，区块链是开放的全球性基础设施，可在其基础之上建立其他的技术和应用。其允许人们绕过传统的中间商，从而降低甚至消除交易成本。 通过使用区块链，个人可以在没有银行账户的情况下安全地交换金钱或购买保险。区块链技术允许陌生人在没有律师的情况下记录简单、可行的合同。它可以出售房地产、活动门票、股票和任何其他类型的财产而无需经纪人的帮助。 比特币确实导致了一些违禁品的滥用交易，区块链技术的不法应用也是不可避免的。但是，区块链技术具有提高数据传输的隐私、安全和自由的潜力，提高生活的幸福感和自由度。 二维材料 二维材料是近期兴起的一类新材料，包括石墨烯、六方氮化硼等一系列材料。但是，更多的二维材料目前仅仅是理论上可行，还没有实际制备合成。
这种单层材料的革命起始于2004年，当时两名科学家开发了二维石墨烯。石墨烯具有很多优点，包括轻质、透明和超高迁移率。起初，石墨烯价格昂贵，随着技术的不断发展，石墨烯价格不断降低。 现在，石墨烯已经用于制造柔性传感器中，当添加到聚合物中，石墨烯还可生产更大强度的、更轻的飞机机翼和自行车轮胎。 每开发出一种新材料时，毒性问题都是广为关注的。十年来对石墨烯的毒性研究仍然没有结果，但是研究仍在继续。 目前，科学家们仍在对石墨烯进行广泛的研究，希望通过其独特的性质扩大石墨烯的应用。  |
|
|
