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據(jù)《科學(xué)美國人》網(wǎng)站近日報(bào)道，世界經(jīng)濟(jì)論壇近日在夏季達(dá)沃斯年會上發(fā)布了2016年度十大新興技術(shù)，這份榜單由該論壇的新興技術(shù)跨界理事會編纂，與《科學(xué)美國人》雜志合作發(fā)表。他們相信這十大技術(shù)展示了創(chuàng)新的力量，能夠改變?nèi)祟惖纳?，以及變革工業(yè)的面貌并保護(hù)我們的星球。

 

自動駕駛汽車漸入佳境

汽車的出現(xiàn)改變了現(xiàn)代生活的面貌：改變了我們的生活所在地、購買習(xí)慣、工作方式等。隨著汽車越來越普遍，它們已經(jīng)成為社會文化和生態(tài)不可分割的一部分。

我們正處在一個變革性的交通技術(shù)改變之巔：從有人駕駛的汽車到能夠自動駕駛的汽車轉(zhuǎn)變，每個人都被裹挾其中。盡管目前自動汽車對于社會的長期影響很難預(yù)測，但有一點(diǎn)毋庸置疑：它將給我們的生活帶來深刻的影響。

谷歌等企業(yè)多年來一直在測試自動駕駛汽車，并取得了不少成績。這些智能車會對來自車載雷達(dá)、攝像頭、超聲測距儀、全球定位系統(tǒng)（GPS）以及存儲地圖的大量傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在沒有人力干預(yù)的情況下，暢行于日益復(fù)雜且快速變化的交通環(huán)境中。

不過，消費(fèi)者才剛剛開始使用具備自動駕駛能力的車輛。自動駕駛的推廣將通過穩(wěn)步實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)車輛沒有的日益智能化、安全和便利功能來逐步進(jìn)行。例如，某些車型已經(jīng)提供自動平行泊車、車道自動保持、緊急制動甚至半自動巡航控制等功能。去年10月，特斯拉汽車公司推出了一款供特斯拉車主下載的軟件包，可實(shí)現(xiàn)有限形式的自動駕駛操作。特斯拉推出的自動駕駛功能可代替駕車人控制并調(diào)整方向盤角度和車輛行駛速度，讓車輛在原有車道內(nèi)平穩(wěn)行駛，并與前車保持安全距離。

隨著技術(shù)不斷成熟，法律和監(jiān)管逐漸放開，無人駕駛這一趨勢可能會持續(xù)進(jìn)行下去。目前，美國已有6個州準(zhǔn)許無人駕駛汽車上路，更多州可能會緊隨其后。而且汽車保險(xiǎn)商和立法機(jī)構(gòu)正在就相關(guān)事宜進(jìn)行討論，比如，當(dāng)自動駕駛汽車撞車時(shí)，責(zé)任和成本如何承擔(dān)等。盡管自動駕駛汽車被寄予厚望，人們認(rèn)為它比現(xiàn)在汽車更安全，但難免也會發(fā)生事故。

當(dāng)然，這方面還有很多改善空間。在美國，撞車等事故每年會導(dǎo)致3萬人喪命、230萬人受傷。自動駕駛汽車可能也有諸多不足之處，比如軟件非常復(fù)雜，但它們不會出現(xiàn)分神或冒險(xiǎn)等行為，而這兩者是目前交通事故的“罪魁禍?zhǔn)?rdquo;。

一旦汽車或卡車實(shí)現(xiàn)常規(guī)性自動駕駛，整個社會將面臨更深遠(yuǎn)的變革。對很多人來說，擁有專屬于自己的汽車將不再是現(xiàn)代生活的一項(xiàng)必需品。共享汽車和無人駕駛出租車以及運(yùn)載服務(wù)可能會成為常態(tài)。這種變化將讓年老體弱者大大受益，要知道，老齡化已成為很多國家的一種趨勢。共享能編程的汽車有望降低對本地停車場的需求；通過預(yù)防事故降低擁堵并使安全高速駕駛成為可能。

與其他技術(shù)一樣，自動駕駛汽車也有自己的缺點(diǎn)和不足。未來，商業(yè)駕駛可能不再是一項(xiàng)穩(wěn)定的職業(yè)。同時(shí)，共享汽車也提出了一些棘手的隱私和安全問題。另外，越來越多人能買得起汽車，這可能會加劇而非緩解交通擁堵或污染等問題。但自動駕駛汽車帶來的好處如此不可抗拒，因此，它們的廣泛使用只是時(shí)間問題，而不是能否成真的問題。

 

物聯(lián)網(wǎng)邁向納米化

利用廉價(jià)的微型傳感器以及微型處理器，加上微型供電裝置以及無線天線搭建起來的物聯(lián)網(wǎng)，正在迅速把網(wǎng)絡(luò)世界從計(jì)算機(jī)和移動裝置擴(kuò)展至物質(zhì)世界中的常用物品：恒溫調(diào)節(jié)器汽車、門鎖甚至寵物跟蹤器。人們每天幾乎都會宣布推出了新的物聯(lián)網(wǎng)裝置。分析師們估計(jì)，到2020年，將有300億臺這樣的裝置。

互聯(lián)物品，尤其是這些由人工智能系統(tǒng)監(jiān)控和控制的互聯(lián)物品的爆發(fā)式發(fā)展，可能賦予普通物品令人驚嘆的功能：比如在認(rèn)出自己的主人已經(jīng)下班，正在回家的路上時(shí)，房門會自動打開；或者一款植入體內(nèi)的心臟檢測器能在器官出現(xiàn)異常癥狀時(shí)通知醫(yī)生。

科學(xué)家們已經(jīng)開始把傳感器的尺寸從毫米或微米級縮小到納米級，小到能在生物體內(nèi)循環(huán)；小到能直接混合到建筑材料內(nèi)，這是朝納米物聯(lián)網(wǎng)邁出的關(guān)鍵第一步，而納米物聯(lián)網(wǎng)有望引領(lǐng)醫(yī)學(xué)及其他許多行業(yè)邁入一個全新的天地。

迄今最先進(jìn)的納米傳感器中，有些通過使用合成生物學(xué)工具修改單細(xì)胞的有機(jī)體，比如細(xì)菌制成，這些過程的目標(biāo)是構(gòu)建出簡單的生物計(jì)算機(jī)，這些計(jì)算機(jī)使用DNA和蛋白質(zhì)來識別特定的化學(xué)物質(zhì)；存儲幾個比特的信息；隨后再通過改變顏色或釋放出其他容易探測的信號來報(bào)告其狀態(tài)。

而有些納米傳感器由非生物材料，比如碳納米管等制造而成，其能像無線納米天線一樣，感應(yīng)并發(fā)送信號。

因?yàn)檫@些納米傳感器如此小，其能從數(shù)百萬個點(diǎn)那兒收集信息。接著，外部設(shè)備將這些數(shù)據(jù)整合在一起，生成詳細(xì)程度不可思議的地圖，揭示光、振動、電流、磁場、化學(xué)濃度以及其他環(huán)境最細(xì)微的變化。

現(xiàn)在看來，從智能傳感器過渡到納米物聯(lián)網(wǎng)這一趨勢似乎已經(jīng)定局，但仍然有幾個問題需要解決。一個技術(shù)挑戰(zhàn)是將所有需要的元件整合成一個能自我供電的納米設(shè)備，從而探測到變化并將數(shù)據(jù)上載到互聯(lián)網(wǎng)；另一個技術(shù)障礙則包括麻煩的隱私和安全問題。任何植入體內(nèi)的納米設(shè)備——不管是有意還是無意植入，都可能有毒，也可能誘發(fā)身體的免疫反應(yīng)。另外，這一技術(shù)可能也會使不受歡迎的監(jiān)控成為可能。因此，在使用時(shí)，首先應(yīng)該將納米傳感器嵌入或植入簡單且風(fēng)險(xiǎn)小的生物體內(nèi)，比如嵌入植物和工業(yè)過程中用到的不會感染的微生物體內(nèi)，以避免這些惱人的問題，并對這一技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。

當(dāng)納米物聯(lián)網(wǎng)到來時(shí)，它可能會為我們提供與城市、房屋、工廠甚至我們身體有關(guān)的更詳細(xì)、更廉價(jià)、更新的圖像。今天，交通燈、可穿戴設(shè)備或監(jiān)控?cái)z像頭幾乎在逐步聯(lián)網(wǎng)。下一步，數(shù)十億納米傳感器可能會捕獲大量實(shí)時(shí)信息并將其上載到云端。

 

下一代增容的電池

近年來，太陽能和風(fēng)能的容量已取得了兩位數(shù)的增長，但太陽能和風(fēng)能比較反復(fù)無常。盡管每年風(fēng)力發(fā)電廠的規(guī)模越來越大；太陽能電池的效率由于光伏材料的改進(jìn)而不斷提高，但這些可再生能源仍然只能提供全球總電力需求的5%左右。

更好的電池可能可以解決這一問題，使零排放的可再生能源發(fā)展更快，更容易給目前沒有電就無法生存的12億人提供可靠的電力。

在過去幾年里，具有足夠大的容量，可以為整個工廠、城鎮(zhèn)甚至連接孤立鄉(xiāng)間社區(qū)的“微型電網(wǎng)”供電的新型蓄電池得到了驗(yàn)證。這些蓄電池是以鈉、鋁或者鋅為基本材料。它們不再含有傳統(tǒng)鉛酸電池使用的笨重金屬以及腐蝕性化學(xué)物質(zhì)；而且，與目前電子設(shè)備和電動汽車廣泛使用的鋰電池相比，它們更便宜、更容易擴(kuò)大規(guī)模，也更安全。這些新技術(shù)更適用于主要依靠太陽能或風(fēng)能的系統(tǒng)。

例如，去年10月份，流體能量（Fluidic Energy）公司宣布，與印尼政府簽署了一項(xiàng)協(xié)議，在500個偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村布設(shè)35兆瓦的太陽能電池板，為170萬人提供家庭用電。為了提供可靠的電力，太陽能電池系統(tǒng)將使用該公司的鋅-空氣電池來存儲250兆瓦小時(shí)的能量。今年4月份，該公司與馬達(dá)加斯加簽署了同樣的協(xié)議，為100個偏遠(yuǎn)村莊布設(shè)太陽能電池板。

對于目前無法從電網(wǎng)獲得電力供應(yīng)的人來說，可再生能源發(fā)電和電網(wǎng)級蓄電池的結(jié)合是極具變革性的；而且，對于致力于節(jié)能減排的發(fā)達(dá)國家來說，更好的電池也擁有巨大的潛力。

 

開放式人工智能生態(tài)系統(tǒng)

蘋果公司的Siri、谷歌公司的OK Google、微軟公司的Cortana以及亞馬遜公司的Echo等能提供極好的服務(wù)，它們能使用自然語言處理程序從人們的言談中提取出問題，接著提供一些有限的幫助，比如，查找餐廳、獲得汽車的行駛線路、為聚會找一個空曠的場地或僅僅進(jìn)行一次簡答的網(wǎng)頁搜索。但我們經(jīng)常會遇到的情況是，它們對某個幫助請求給出的反饋是“對不起，我不知道”，或者“這就是我在網(wǎng)上找的”，這與私人助手貼心又溫柔的輔助真是不可同日而語。而且，這些系統(tǒng)都是大公司的專利產(chǎn)品，對于企業(yè)來說，很難給其添加新功能。

但是，在過去幾年里，多項(xiàng)新興技術(shù)相互“聯(lián)姻”，讓我們能更容易制造出功能更強(qiáng)大、更類似人的數(shù)字助手——也就是說，更容易形成一個開放的人工智能生態(tài)系統(tǒng)。這一生態(tài)系統(tǒng)不僅與我們的移動裝置和電腦相連，并且通過這些移動裝置和計(jì)算機(jī)訪問我們的信息、通訊錄、財(cái)政狀況、日程安排以及工作文件，而且與臥室中的恒溫調(diào)節(jié)器、浴室中的體重計(jì)、手腕上的手環(huán)甚至馬路上的汽車相連。今后幾年里，互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)以及你自己的個人數(shù)據(jù)的互相連接——這些連接可以在任何地方通過與人工智能對話立即實(shí)現(xiàn)——可以在未來幾年釋放更高的生產(chǎn)率，讓數(shù)百萬人更健康和幸福。

通過集中使用匿名的健康數(shù)據(jù)并向個人提供個性化的健康建議，這樣的系統(tǒng)應(yīng)該可以在健康方面取得顯著成效并降低醫(yī)療保健的成本。人工智能在金融服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)該能夠減少錯誤，為上年紀(jì)的人提供新的保護(hù)。

這一技術(shù)的核心機(jī)密是情境。直到現(xiàn)在，機(jī)器一直不太注意我們的工作、身體以及生活的細(xì)節(jié)。一名人類私人助理知道你何時(shí)能打擾、何時(shí)感到壓力、何時(shí)煩躁、何時(shí)感到饑餓、何時(shí)覺得累；它也知道什么人、什么事對你很重要；什么人或事你想避開。人工智能系統(tǒng)也在慢慢學(xué)習(xí)并獲得這些技能。盡管剛一開始，它們可能沒有人類那么多才多藝，但它們將會變得很有用，至少價(jià)格上占據(jù)絕對優(yōu)勢地位。

目前，已有數(shù)家公司研制出了這樣的系統(tǒng)并進(jìn)行了展示。比如，微軟公司的科學(xué)家建造了一個系統(tǒng)，能夠知道你何時(shí)很忙因此沒法打電話，并在你合適的時(shí)候安排會面。而一些公司能基于簡單的英語提問，為你搜尋適合自己偏好的航班信息。

 

光遺傳學(xué)“照亮”臨床神經(jīng)科學(xué)

大腦，即使相對來說像老鼠那樣比較簡單的大腦，其功能都非常復(fù)雜。神經(jīng)科學(xué)家們和心理學(xué)家們能觀測大腦對不同刺激的反應(yīng)，他們甚至標(biāo)識出了大腦的基因如何被表達(dá)，但無法控制個體神經(jīng)元和其他類型的大腦細(xì)胞何時(shí)關(guān)閉和打開。因此，很難解釋大腦的工作原理，并最終治愈帕金森癥和抑郁等疾病。

那么，神經(jīng)科學(xué)家如何通過測量大腦中的信息流來了解大腦的功能呢？傳統(tǒng)的方法是用電極記錄和測量神經(jīng)元的活動，但電極會刺激周圍的每個神經(jīng)元且無法區(qū)分不同的大腦細(xì)胞，因此，這是一個比較粗糙也不精確的方法。

2005年，神經(jīng)科學(xué)家們展示了一項(xiàng)新技術(shù)，借用遺傳工程方法讓神經(jīng)細(xì)胞對特定顏色的光做出反應(yīng)，這一技術(shù)就是所謂的光遺傳學(xué)技術(shù)，這一技術(shù)基于科學(xué)家們在上世紀(jì)70年代對色素蛋白，也就是所謂的視紫紅質(zhì)進(jìn)行的研究。沒有眼睛的微生物在視紫紅質(zhì)（由視蛋白編碼）的幫助下從入射光那兒獲取能量和信息。

通過插入一個或者多個視蛋白基因進(jìn)入老鼠特定的神經(jīng)元內(nèi)，生物學(xué)家們現(xiàn)在能夠使用可見光來隨意地將特定神經(jīng)元打開或者關(guān)閉。過去幾年，科學(xué)家們已經(jīng)定制了不同版本的這些蛋白，能夠?qū)Σ煌念伾龀龇磻?yīng)，從深紅色到綠色再到藍(lán)色。通過將不同的基因放入不同的細(xì)胞內(nèi)，他們使用不同顏色的光脈沖，采用精確地時(shí)間順序，激活一個神經(jīng)元和其幾位鄰居。

這是一個至關(guān)重要的進(jìn)展，因?yàn)樵谏矬w的大腦內(nèi)，時(shí)間就意味著一切。

光遺傳技術(shù)的出現(xiàn)顯著加快了腦科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步。但由于將光遞送到腦組織內(nèi)部是一件難事，因此，實(shí)驗(yàn)受限?，F(xiàn)在，科學(xué)家們正在對超薄的柔性微芯片（“塊頭”還沒有一個神經(jīng)元大）進(jìn)行測試，此類設(shè)備作為可注射設(shè)備，將神經(jīng)置于無線控制之下。它們能夠被插入腦部深處，而對周圍組織幾乎不造成任何損害。

光遺傳技術(shù)已經(jīng)為帕金森癥震顫、慢性疼痛、視力損傷和抑郁等大腦疾病打開了新大門。大腦神經(jīng)化學(xué)顯然與某些大腦疾病存在重要關(guān)聯(lián)，這便是藥物可在一定程度上幫助改善癥狀的原因。但在大腦的高速電路同時(shí)受到擾亂的區(qū)域，光遺傳學(xué)研究——尤其是在新興無線微芯片技術(shù)的支持下——可提供新治療途徑。例如，最新研究表明，在某些案例中，關(guān)閉特定神經(jīng)元的非侵入性光療法可以治療慢性疼痛，從而為現(xiàn)有疼痛療法提供了一種替代治療方案。

 

芯片器官帶來生物學(xué)新視野

很多重要的生物學(xué)研究和實(shí)用藥物測試只能通過研究某個器官在工作時(shí)的“一舉一動”才能進(jìn)行，一項(xiàng)新技術(shù)能在微芯片上培育功能性的人類器官模塊，這種“芯片器官”或許可滿足這一需要，使科學(xué)家能以前所未有的方式研究生理學(xué)機(jī)制和行為，為藥物研發(fā)提供機(jī)會。

2010年，哈佛大學(xué)威斯研究所的唐納德·因格貝爾利用微芯片制造技術(shù)與組織工程技術(shù)，將人類細(xì)胞與真空芯片結(jié)合，制造出“一片”能自由呼吸的“芯片肺臟”，這是第一款芯片器官。

私人企業(yè)聞風(fēng)而動。由因格貝爾和威斯研究所其他同事領(lǐng)導(dǎo)的“模擬（Emulate）”公司與研究機(jī)構(gòu)、業(yè)內(nèi)公司和包括美國國防部先進(jìn)研究計(jì)劃局（DAPRA）在內(nèi)的政府部門締結(jié)了合作關(guān)系。迄今為止，已有多個組織報(bào)告成功制造出肺、肝、腎、心臟、骨髓以及眼角膜等“芯片器官”。此外，源自英國牛津大學(xué)的CN Bio機(jī)構(gòu)研制出名為量子-B的肝臟芯片，可幫助科研人員找到治愈乙肝的方法。

每個芯片器官的尺寸大約與USB存儲器相仿。它由柔韌、半透明的聚合物制成。在芯片內(nèi)部存在布局復(fù)雜的微流體管道，每根微流體管道的直徑不到1毫米，布滿取自目標(biāo)器官的人類細(xì)胞。當(dāng)營養(yǎng)物、血液及實(shí)驗(yàn)藥物等測試用混合物被泵入管道時(shí)，這些細(xì)胞會復(fù)制活體器官的某些關(guān)鍵功能。

芯片內(nèi)部的小室可以模擬某一器官組織的特殊結(jié)構(gòu)，例如肺部微小的氣囊；然后非常精確地模擬人類的呼吸，讓空氣通過氣道。與此同時(shí)，可以將混合著細(xì)菌的血液泵入其他管道，科學(xué)家就可以觀察細(xì)胞如何對感染做出反應(yīng)。這項(xiàng)技術(shù)將使科學(xué)家看到以前從未看到過的生物機(jī)制和生理行為。

由于“芯片器官”裝置對諸如細(xì)菌以及空氣污染產(chǎn)生的反應(yīng)和活體器官相似，在未來將有可能會被用來測試藥物安全以及人體對環(huán)境的反應(yīng)。若獲得監(jiān)管部門批準(zhǔn)，這些裝置能大大減少制藥檢查方面對活體動物實(shí)驗(yàn)的依賴，同時(shí)也能減少制藥成本、縮短藥物推向市場的時(shí)間。

軍隊(duì)和生物防御研究人員也看到了芯片器官以不同方式挽救生命的潛力。模擬肺臟和其他類似的設(shè)備或許可以用于測試器官對生物、化學(xué)或放射武器的反應(yīng)。但因?yàn)閭惱韱栴}，目前還無法進(jìn)行類似的測試。

 

鈣鈦礦太陽能電池效率大增

目前支配世界市場的硅基太陽能電池面臨著三個瓶頸。利用鈣鈦礦來替代硅這種新的制造高效太陽能電池的方法，或許能一次解決這三個問題并且從陽光中獲得更多能量。

硅基光伏電池的第一個局限性在于：它們由一種很少在自然界中找到純凈成分的元素制成，盡管氧化硅并不短缺，但是，將其中的氧氣去除從而獲得純凈的硅會耗費(fèi)大量能量。一般來說，制造商們在一個電弧爐內(nèi)將氧化硅在1500到2000攝氏度融化，此過程會排放不少溫室氣體，因此，制造硅基光伏電池的成本相對來說就比較高。

鈣鈦礦是一類范圍廣泛的材料，其主要由碳和氫制成的有機(jī)分子結(jié)合鉛等金屬以及氯等鹵族元素采用三位晶體結(jié)構(gòu)制成，其制造成本更加低廉而且溫室氣體排放更少。制造商們可以將很多液態(tài)溶液混合，然后沉積出鈣鈦礦薄膜，不需要電弧爐，薄膜本身也非常輕。

這些屬性因此消除了硅太陽能電池的第二個限制：堅(jiān)硬且笨重。平的以及大塊板狀的硅基光伏電池表現(xiàn)最出色，但是，這些太陽能電池板使得大規(guī)模安裝非常昂貴。

傳統(tǒng)硅基太陽能電池的第三個主要限制在于其能源轉(zhuǎn)化效率，15年來，其能效一直卡在25%。當(dāng)鈣鈦礦首次問世時(shí)，其能效比硅基太陽能電池更低。2009年，由鉛、碘化物以及銨制成的鈣鈦礦太陽能電池只能將4%的太陽光轉(zhuǎn)化為電能，但是，鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展勢頭非常迅猛，部分原因在于鈣鈦礦有數(shù)千種不同的組成。

到2016年，鈣鈦礦太陽能電池的能效已經(jīng)超過20%，7年之內(nèi)提高了4倍，而且，過去兩年更是令人驚嘆地翻了一番。它們目前在商業(yè)上與光伏電池展開競爭，且可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到效率極限。雖然硅基太陽能電池技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但鈣鈦礦太陽能電池在不斷優(yōu)化。

不過，我們也不能急著向它“托付終身”，想要實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦電池的巨大商業(yè)價(jià)值，目前還有3個難題急需解決：首先鈣鈦礦有毒。鈣鈦礦電池材料含有鉛，這是一種對人體和環(huán)境有極大危害的元素。美國西北大學(xué)已研發(fā)出一種用錫代替鉛的鈣鈦礦太陽能電池，但轉(zhuǎn)換效率還只有6%。這種電池還處于研發(fā)初級階段，效率在未來還有提升空間；第二，鈣鈦礦電池中的鉛容易氧化揮發(fā)，而當(dāng)晶體遇水時(shí)則易分解。如果我們使用鈣鈦礦電池發(fā)電，它很有可能滲出流到屋頂或土壤中，對環(huán)境產(chǎn)生威脅；第三，鈣鈦礦電池壽命不長。目前，壽命最長的鈣鈦礦太陽能電池可達(dá)到1000小時(shí)，而傳統(tǒng)晶硅電池壽命一般可達(dá)到25年。

盡管鈣鈦礦的未來依舊困難重重，但在能源緊缺的今天，人們不會放棄任何產(chǎn)生新能源的機(jī)會。與其他新興的電池技術(shù)攜手，鈣鈦礦太陽能電池或許也能改善缺乏可靠電力的12億人的生活水平。

 

系統(tǒng)代謝工程學(xué)變微生物為工廠

跟蹤我們每天購買和使用的產(chǎn)品，從塑料、衣物到化妝品和燃料，追本溯源，你將發(fā)現(xiàn)它們大都由來自于地下深處的物品制成。制造這些產(chǎn)品的工廠也或多或少由各種化學(xué)物質(zhì)組成。而且，這些化學(xué)物質(zhì)來自于主要由化石燃料提供能量的工廠，這些工廠能將石化產(chǎn)品變成其他各種化學(xué)物品。

用活的有機(jī)物代替石油化學(xué)產(chǎn)品、天然氣和煤來制造我們?nèi)粘Ｉ钪兴玫漠a(chǎn)品不僅對氣候和環(huán)境有利；對全球經(jīng)濟(jì)來說也是一件好事。我們已經(jīng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域使用這種方式。從長期來說，在制造擁有很多屬性的廉價(jià)材料方面，微生物擁有很大的潛力。我們可以摒棄目前從地下挖取原材料的方式，代之以在充滿了活體微生物的巨大生物反應(yīng)器內(nèi)“孵化”出這些材料。

要想基于生物的化學(xué)產(chǎn)品真正成為主流，它必須能在價(jià)格與性能方面，與傳統(tǒng)的化學(xué)產(chǎn)品相媲美。隨著系統(tǒng)代謝工程學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，這一目標(biāo)目前似乎可以實(shí)現(xiàn)。代謝工程學(xué)的基本宗旨是改變微生物的生物化學(xué)屬性，使其大部分能量和資源能被合成有用的化學(xué)產(chǎn)品。有時(shí)候，修改包括改變有機(jī)物的遺傳組成；有時(shí)候，修改包括改變微生物的代謝機(jī)制，這一點(diǎn)相比前者更加復(fù)雜。

隨著合成生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)和進(jìn)化工程學(xué)取得進(jìn)展，代謝工程學(xué)現(xiàn)在能創(chuàng)造出生物系統(tǒng)，制造以常規(guī)手段難以制取（因而十分昂貴）的化學(xué)物質(zhì)。在最近一次成功的演示活動中，經(jīng)特殊設(shè)定的微生物生成了一種可植入、能生物降解的聚合物PLGA，可用于外科縫合、移植和修復(fù)，也可以用作治療癌癥和感染的藥物輸送材料。此外，系統(tǒng)代謝工程學(xué)也被用來制造酵母菌株。

使用新陳代謝工程學(xué)能夠制造的化學(xué)物質(zhì)范圍逐年加大。盡管這一技術(shù)目前還不能制造出所有石化產(chǎn)品制造的產(chǎn)品，但它有可能制造出無法用石油廉價(jià)制造的新奇化學(xué)物質(zhì)，尤其是復(fù)雜的有機(jī)化合物，這些材料目前必須從植物或者動物中提取，因此“身價(jià)”很高、產(chǎn)量很小。

與化石燃料不同，由微生物制造的化學(xué)物質(zhì)可回收且?guī)缀醪粫尫艤厥覛怏w，而且，有些物質(zhì)甚至有潛力通過吸收二氧化碳或甲烷并將其整合成最終可被作為固體廢物埋掉的產(chǎn)品，從而減少大氣中二氧化碳的含量。

 

區(qū)塊鏈為數(shù)據(jù)“保駕護(hù)航”

數(shù)字貨幣比特幣背后的區(qū)塊鏈技術(shù)是一種分散式的公共交易分類賬，它不被任何企業(yè)或個人擁有或控制。任何用戶都可以讀取完整的區(qū)塊鏈。借用編制密碼的數(shù)字手段，資金每次從一個賬戶轉(zhuǎn)至另一個賬戶都會以一種安全和可證實(shí)的方式記錄下來。由于區(qū)塊鏈的眾多副本散布在全球各地，它被認(rèn)為能夠有效防止篡改。

比特幣對執(zhí)法和國際現(xiàn)金控制提出的挑戰(zhàn)已引發(fā)各界人士的廣泛討論，但是，區(qū)塊鏈分類賬的用途已經(jīng)超出簡單的金錢交易范疇。

與互聯(lián)網(wǎng)一樣，區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€基于其他技術(shù)和應(yīng)用的開放式全球基礎(chǔ)設(shè)施；而且，與互聯(lián)網(wǎng)一樣，區(qū)塊鏈?zhǔn)沟媒灰啄軌蜣饤墏鹘y(tǒng)的中間人，降低甚至消除交易成本。

通過使用區(qū)塊鏈，個人不需要銀行賬號就能安全地交換金錢或者購買保險(xiǎn)，甚至能跨越國境。區(qū)塊鏈技術(shù)也讓陌生人能夠不通過律師就簽署簡單且可實(shí)施的合同。它使得人們可以直接出售房產(chǎn)、票務(wù)、股票以及其他資產(chǎn)而無需任何中間商。據(jù)估計(jì)，到2022年，區(qū)塊鏈技術(shù)每年可為銀行節(jié)約200多億美元的成本。

大約50家銀行已經(jīng)宣布了區(qū)塊鏈項(xiàng)目。去年，投資人向那些利用區(qū)塊鏈做生意的初創(chuàng)公司砸下了10億美金。包括微軟、IBM以及谷歌在內(nèi)的技術(shù)巨頭們都有各自在進(jìn)行的區(qū)塊鏈項(xiàng)目。很多公司著迷于區(qū)塊鏈技術(shù)在解決互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)中的兩大頑疾——隱私和安全問題等方面的潛能。

因?yàn)閰^(qū)塊鏈交易被公鑰和私鑰記錄，這些密鑰都是一些普通人難以理解的長字符，當(dāng)允許第三方核驗(yàn)他們的數(shù)字交易時(shí)，人們能選擇保持匿名。而且，除了個人，機(jī)構(gòu)也能使用區(qū)塊鏈存儲公共記錄以及有約束力的承諾。例如，英國劍橋大學(xué)的研究人員已經(jīng)證明，如何要求制藥公司將臨床藥物測試中必要而詳細(xì)的描述添加到區(qū)塊鏈上。這將阻止該公司在測試沒有獲得預(yù)期效果的情況下改變條件，這是制藥公司的一個常用伎倆。

 

二維材料能提供科研新工具

新材料能改變世界。現(xiàn)在，一類具有巨大潛力的由單層原子構(gòu)成的新材料正如雨后春筍般涌現(xiàn)。這個被稱為二維材料的新型材料家族在過去幾年間不斷壯大，現(xiàn)已包括了呈網(wǎng)格狀的碳（石墨烯）、硼（硼墨烯）、六方氮化硼（白色石墨烯）、鍺（鍺烯）、硅（硅烯）、磷（黑磷）以及錫（錫烯）等。更多二維材料已被證明在理論上是可行的，但迄今尚未被合成出來，比如由碳合成石墨炔（Graphynes）等。每一種材料都有令人興奮的特性，而且可以像搭樂高那樣組合起來形成更多的新材料。

二維材料領(lǐng)域的革命始于2004年。那一年，英國曼切斯特大學(xué)的科學(xué)家安德烈·蓋姆和科斯提亞·諾沃謝夫用透明膠帶撕出來石墨烯，讓全世界的科學(xué)家頂禮膜拜，而這兩位科學(xué)家也因此榮膺2010年諾貝爾獎。

石墨烯比鋼還堅(jiān)固，比鉆石硬，非常輕、透明、柔軟，且擁有超高的導(dǎo)電性，因此，在量子計(jì)算、生物計(jì)算、光計(jì)算、碳納米管等硅計(jì)算替代者中脫穎而出。

盡管剛開始石墨烯比黃金還貴，但由于生產(chǎn)技術(shù)的不斷改進(jìn)，石墨烯的價(jià)格已大幅下降。石墨烯現(xiàn)在非常便宜，可以將其整合到濾水設(shè)備內(nèi)，從而使水脫鹽和污水處理更便宜。隨著成本不斷降低，石墨烯能被添加到用于鋪路的混合物或水泥內(nèi)來清理城市，除了其堅(jiān)固耐用之外，它也能從大氣中吸收一氧化碳和氧化氮。

其他二維材料可能也將跟隨石墨烯的發(fā)展步伐，隨著成本的不斷降低，用在包括電子設(shè)備在內(nèi)的多個領(lǐng)域。例如，石墨烯已被用來制造能被縫入服裝內(nèi)的柔性傳感器。當(dāng)被添加到聚合物內(nèi)時(shí)，石墨烯能夠提供更輕質(zhì)的機(jī)翼以及汽車輪胎。

六方氮化硼已與石墨烯和氮化硼“聯(lián)姻”來改善鋰電池和超級電容的性能。通過將更多能量包裹于更小的空間內(nèi)，這一材料能夠降低充電時(shí)間；延長電池的壽命并且降低智能手機(jī)和電動汽車的重量。

不管什么新材料進(jìn)入環(huán)境，其是否有毒一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)。當(dāng)然，我們必須非常謹(jǐn)慎?？茖W(xué)家們已經(jīng)對石墨烯是否有毒進(jìn)行了長達(dá)10年的研究，目前為止，還沒有任何證據(jù)表明其對人們的健康或者環(huán)境有害，但是，研究仍在持續(xù)進(jìn)行。

二維材料的發(fā)明為技術(shù)專家們制造出了多個功能強(qiáng)大的工具?？茖W(xué)家們和工程師們可以將光學(xué)、力學(xué)和電學(xué)屬性各異的材料混合在一起，制造出擁有更多功能的產(chǎn)品。20世紀(jì)的創(chuàng)造基石—鋼鐵和硅與這些新型材料相比也相形見絀。

 

東莞市長安創(chuàng)威電子設(shè)備制造廠專業(yè)生產(chǎn)：

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