《科學美國人》月刊評出2020年十大新興技術
2020年11月13日20:14

原標題:《科學美國人》月刊評出2020年十大新興技術 來源:參考消息網

參考消息網11月13日報導 《科學美國人》月刊網站11月10日刊發文章盤點了2020年十大新興技術,全文摘編如下:

一個國際專家指導小組評選出今年的十大新興技術。獲得認可的技術必須有推動社會和經濟進步的潛力,還需要有新意且可能會在未來三到五年內產生重大影響。

1.微針可實現無痛注射和抽血

幾乎看不見的針頭,即“微針”將帶來無痛注射和驗血的時代。微針可連接注射器,也可連接貼片,它能避免與神經末梢接觸,從而防止疼痛。微針一般長50微米至2000微米(大約相當於一張紙的厚度)、寬1微米至100微米(大約相當於人的頭髮粗細),它穿透細胞已死亡的皮膚最上層進入表皮。但大多數微針不會抵達或者只是稍稍接觸到下面的真皮,也就是神經末梢所在的地方。

2.光催化將二氧化碳轉化為普通材料

許多對人類健康和舒適十分重要的化學品在生產時要消耗礦物燃料,從而會增加二氧化碳排放和加劇氣候變化。一種新的方法是利用陽光將廢棄二氧化碳轉化成我們需要的這些化學物質。

得益於光催化技術的進步,這個工藝越來越可行。近年來,研究人員開發出了能夠還原二氧化碳中碳和氧的光催化劑。在此基礎上就能創建“太陽能”提煉廠,用廢氣生產有用的化合物,包括可用於合成藥物、洗滌劑、肥料和紡織品等多種產品的“平台”分子。

3.虛擬患者能徹底改變醫學

如果電腦能替代患者,那會怎樣?比方說,如果在新冠病毒試驗的某些階段能用虛擬人替代真人,那可能就會加快預防手段的研發而減緩疫情蔓延。這就是“電腦模擬醫學”的好處,即:用虛擬器官或人體系統來測試藥物和治療方法,進而推斷真人對這些療法的反應。在可預見的未來,後期研究會需要真人患者,但有了電腦模擬試驗,科研人員將能夠對藥物和治療方法的安全性和有效性進行速度快、成本低的初步評估,從而大大減少試驗所需活體人類受試者的數量。

4.空間計算或是下一個大熱門

設想80多歲的瑪莎獨居且需要坐輪椅。瑪莎從臥室到廚房時,照明燈開啟,周圍溫度適當調整。如果貓貓從前面經過,輪椅會減速。如果她上床的時候有摔倒跡象,傢俱會迅速挪過來保護她,同時她的兒子和當地監測站將接到警報。

這一場景的核心就是“空間計算”,它是現實世界與數字世界正在融合的下一步方向。虛擬現實和增強現實應用軟件能做的,它全都能做到:把雲連接的物體數字化,讓傳感器和馬達彼此呼應,以數字化方式呈現真實世界。然後,它將這些能力與高保真的空間測繪結合起來,使計算機“協調員”能夠在一個人穿行於數字或現實世界時追蹤和控制物體的移動和相互感應。空間計算很快將在各行各業把人機互動和機器互動提升到新的高度,包括在工業、醫療、交通和家居領域。

5.數字醫療可診斷和治療一切病痛

投入使用或正在開發的大量應用程式現在能夠自主檢查或監測身心疾病或直接給予治療。這種軟件被統稱為數字醫療,它可以加強傳統醫療,也可以在醫療服務受限的情況下給予患者支援——這在新冠肺炎危機背景下格外需要。

6.電動航空的到來可能早於預期

2019年,航空旅行占全球碳排放的2.5%,這一數字到2050年可能會增加兩倍。雖然有些航空公司已開始為其碳排放進行補償,但更大力度的減排措施勢在必行。電動飛機可提供所需的改造規模,多家公司正在競相開發。電動推進的馬達不僅能消滅直接的碳排放,還能使燃料成本最多降低90%、維護成本最多降低50%、噪音降低近70%。

7.低碳水泥可幫助應對氣候變化

混凝土是建築業中使用最廣泛的人造材料。據英國皇家國際問題研究所說,其關鍵組成部分之一——水泥在生產中產生的二氧化碳數量驚人,但未得到充分重視:最多占全球排放總量的8%。各種低碳生產辦法得到開發,其中有些已經付諸實踐。

美國初創企業Solidia採用的一種化學過程將水泥生產過程中釋放的二氧化碳減少了30%。與通常的工藝相比,這個方法增加了黏土用量、減少了石灰石用量並減少加熱。加拿大CarbonCure公司通過礦化作用把從其他工業過程收集的二氧化碳儲存到混凝土中,而不是將其作為副產品排放到大氣中。加拿大CarbiCrete公司徹底放棄在混凝土中使用水泥,代之以被稱為鋼渣的煉鋼副產品。

此外,研究人員一直在設法將細菌納入混凝土配製,以吸收空氣中的二氧化碳並改善混凝土的性能。

8.量子傳感器讓自動汽車“看清”彎道

量子傳感器與量子計算機一樣具有變革性,可推動實現能“看清”彎道的自動駕駛汽車、水下導航系統、火山活動和地震預警系統,以及監測人的日常大腦活動的便攜式掃瞄儀。

量子傳感器利用物質的量子特性達到極高的精準度,原子鐘就是一個例子。其他量子傳感器則利用原子躍遷來探測動作的微小變化以及引力場、電場和磁場中的細微差異。

9.綠色氫可填補可再生能源的巨大空白

氫燃燒的唯一副產品是水,這就是為什麼氫幾十年來一直是一種誘人的零碳能源來源。然而,傳統的礦物燃料製氫法遠遠達不到零碳排放。綠色氫是通過電解產生的,機器把水分解成氫和氧,沒有其他副產品。從歷史上看,電解需要的電力太多,用這種方式製氫根本不划算。但情況正在發生變化,原因有二。其一,如今有了大量富餘的可再生能源電力,這些富餘電力可以用來對水進行電解,把電力以氫的形式“儲存”起來。其二,電解器的效率越來越高。

10.全基因組合成將徹底改變細胞工程學

新冠肺炎疫情初期,中國的科學家將新冠病毒的基因序列上傳到了基因數據庫。然後,瑞士的一個研究小組用它合成了完整的基因組、製造出這種病毒——基本上就能將病毒傳送到實驗室進行研究,而無需等待實物樣本。這樣的速度充分說明了全基因組打印技術對醫學和其他工作的促進作用。

全基因組合成是合成生物學的延伸。研究人員用軟件設計出基因序列,將其製造出來植入微生物,從而對這個微生物進行重新編程使之按照人的意願發揮作用,比如形成一種新藥。到目前為止,基因組只能接受輕微的編輯。但隨著合成技術和軟件的改進,打印鏈條更長的遺傳物質、更廣泛地改變基因組成為可能。

研究人員想到了許多應用,包括設計能抵抗病原體的植物,以及一種超級安全的人類細胞系,比如說不會感染病毒、罹患癌症和遭受輻射,這可以成為細胞療法或生物製造的基礎。編寫人類基因組的能力必將出現,使醫生能夠治癒即便不是所有也是很多種遺傳疾病。

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