2016十大有潛力改變世界的黑科技

「改變世界」一詞似乎已經在科學界被用爛了，每當一個新發現面世，都常被冠以「革新者」的封號，好像它們都是「橫空出世」一般。《科學美國人》編輯部評出的「2016年十大創新技術」。雖然現在還無法確定評選出的包括量子衛星、碳呼吸電池等技術影響力如何，但真正的革新者總會走出不被看好的陰影，創造了一次又一次新的變革。

碳呼吸電池

理想的碳儲存技術可以產生電能，而非消耗。今年七月，康奈爾大學的兩位研究人員在《科學進展》上發表了論文，描繪了一種捕獲二氧化碳的電化學電池設計。該設計中，電池的正極由金屬鋁製成，這種材料非常便宜、豐富而又易於處理。陰極由多孔碳構成，研究人員往裡注入氧氣和二氧化碳的混合物。鋁、氧氣和二氧化碳在電池內部反應，產生電能和草酸鋁。

通過碳排放計算可以得出，電池每消耗1公斤鋁可以吸收3.25公斤的二氧化碳。

超級分子

哥倫比亞大學化學系教授柯林·納科爾斯表示：「很多時候，你想要的是一種並不存在的原子。」而利用所謂「超級原子」組成的超級分子可以滿足這個需要。

超級原子是行為如同單個原子的原子團，研究者可以設法使其具備特別的電磁特性，這是元素的自然組合很難或不可能獲得的性質。雖然化學家早在幾十年前就知道如何構建超級原子，但一直找不到一種可靠的方法將它們連接成更大型的結構。

廉價的診斷試紙

過去10年里，研究人員一直在尋找一種廉價又便捷的試紙診斷方法，類似驗孕棒或驗孕試紙，以便在這種場合拯救生命。

第一代診斷試紙一般只能發現入侵物產生的分子或致病微生物，從而檢測疾病。但接下來有可能出現直接檢測病原體DNA的診斷工具。這些工具叫核酸測試，可以讓醫生在疾病最早期就能準確地診斷出疾病。耶格爾和哈佛大學的化學教授喬治·懷特賽茲等研究者正各自獨立研究核酸試紙。

能視讀的電腦

給你看一個陌生字母表裡的字母，再要求你在紙上還原出來，你很有可能做到。但電腦卻不行，就算它有最先進的深度學習演算法也不行。這些機器學習系統需要通過大量數據學習，也只能區分出基本的圖片。

目前，電腦藉助貝葉斯規劃機器學習框架，已離這一飛躍不遠了。貝葉斯規劃學習方法和深度學習有本質上的差別。貝葉斯規劃學習的靈感來自人腦的另一種能力：推斷出可以生成某種模式的一系列動作。這種機器學習方法既全能又高效。

終極抗病毒

病毒一直保有擅長躲避人造藥物攻擊的「形象」，但它們面對罕見基因突變「ISG15」時卻變得力不從心。帶有這個突變的人能更好地防禦大多數禍害人類的病毒。但這一幾率實在太小，每1000萬人中只有不到1人攜帶這一突變。西奈山伊坎醫學院的杜贊·博古諾維奇認為，可以模擬這一突變用於研發藥物。如果如他所言，他有可能找到一種可以臨時對抗所有病毒的藥物，從而讓人避免感染病毒而生病。

博古諾維奇希望找到一種藥物，可以通過相同方式把ISG15突變作為目標。「只要稍稍調整一下我們的系統，就可以壓住感染的第一波爆發。」博古諾維奇的團隊正從1600萬種化合物中篩選有前景的抗病毒藥物。當他們發現候選化合物以後，就需要精細地調整化合物的化學性質，完成毒理學和動物試驗，並最終進行人體臨床試驗。

可製冷的衣服

空調製冷需要消耗能源，而獲取能源又會增加溫室氣體的排放。僅在美國，每年空調「貢獻」的二氧化碳排放量就達到了一億噸。

崔屹是斯坦福大學材料科學與工程學教授，他想利用衣服本身幫助人們降溫。但即便是最輕薄的棉纖維衣物也會吸收身體發射出的紅外線，從而鎖住熱量。崔屹和他的團隊發現，一種用於製造鋰離子電池的納米多孔聚乙烯材料，可以將輻射散發出去。

相比棉質衣服，這種材料可以讓模擬的人體皮膚多降溫2℃。崔屹團隊於2016年9月在《科學》雜誌上報告了這一發現。崔屹表示：「如果穿上這種衣服，只要外部溫度略低於體溫，你就會感到涼快。」如果是大熱天，你可能忍不住開空調，但穿上這件衣服可以調高空調的溫度。有研究顯示，空調溫度只需調高几度，能耗就能降低近一半。

貧困檢測軟體

去年，聯合國設定了一個目標，旨在到2030年時消除全球範圍內的極端貧困。想要實現，首先就要找到最貧困的人都住在哪裡。實際上，在貧窮或易發衝突的國家進行經濟調查不僅成本高，而且非常危險。研究人員選擇在人造衛星拍攝的夜間照片中尋找特別暗的區域。「晚上亮起來的地方經濟狀況通常更好」，斯坦福大學地球科學系統助理教授馬紹爾·博克解釋說。但這種間接調查方法也有它的缺陷，尤其在判斷貧困程度時，從太空上俯覽，輕度貧困和極端貧困地區一樣漆黑。

可服用的微機器人

現在麻省理工學院的研究人員發明了一種機器人，可以在完全不需要切口的基礎上，在胃中完成簡單的手術。病人只需把它吞下去。這種衛星機器人被包裹在一用冰做的錠劑中，一旦被服下將直接進入到胃中。當冰溶化後，這個微型機器人將像一張摺紙一樣舒展開，它們會在遇熱或受磁場作用時膨脹或收縮，並藉此移動。外科醫生通過電磁場影響機器人上的磁鐵，並藉此控制機器人的運動。

量子衛星

在現實的互聯網環境中，或篡改卻從未停止過。而量子密鑰分發的問題在於，沒人知道如何遠距離傳輸糾纏光子。不過就在今年8月，中科院在解決這個問題上邁出了一大步，他們成功將世界第一顆量子衛星「墨子」送入了軌道。

如果中國研究人員創造了量子密鑰傳輸距離的新紀錄，未來的衛星就能為不可攻破的「量子互聯網」提供一個軌道平台，在這個網路中，物理定律可以確保加密數據包的絕對安全。

新型抗生素

由英國政府委託的一項研究估計，到2050年，抗生素耐藥性每年將導致全球範圍內1000萬人死亡。

研究人員試圖修補抗生素的化學性質，使其更有效地對抗耐葯菌株，但到目前為止幾乎沒有成功的例子。而最近，哈佛大學化學與生物化學教授安德魯·梅爾斯和他的團隊找到了合成大環內酯的實用方法。他們把大環內酯分解成八個基本模塊，已經合成了超過300種新型化合物。邁爾斯已經成立了一個公司，將製藥過程商業化。

北京晨報記者 陳小丹

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