十大顛覆性科學：大腦下載知識

據國外媒體報道，回顧2011年，出現了一些具有創新顛覆性的科學研究，其中包括：《黑客帝國》類型向大腦傳輸新技能知識、基因改良細菌首次釋放出生物激光、美國宇航局計劃利用3D印表機製造國際空間站組件等。

《黑客帝國》類型向大腦傳輸新技能知識

在美國好萊塢科幻電影《黑客帝國》三部曲中在虛擬世界或者睡夢中能夠掌握新的知識技能或者形成新的記憶。目前，一項最新研究實驗顯示科學家有朝一日能夠向清醒狀態的人們灌輸新的技能或者知識，甚至人們會在不知曉的狀況下學會這些技能。

無論是練習籃球技術還是彈鋼琴，傳統學習過程總是要求識記效應和反覆練習，因此必須進行反覆地身體或者精神練習操作，才能轉化為某種大腦活躍性記憶。然而，美國和日本科學家一項合作性研究發現，僅是循環刺激大腦活躍性，便可使人們掌握和提高某些技能。這項最新研究表明，接收者可以獲得新的知識、技能或者記憶，也可能恢復曾在意外事故、疾病或者年齡衰老等因素造成的記憶遺失。

基因改良細菌首次釋放出生物激光

一些細胞可以抵禦疾病，其他一些細胞來自於毛髮和骨骼，目前，科學家通過某些奇特基因改良手段和一組微小鏡面，可以首次使腎細胞射出生物激光束。

通過控制發光綠色熒光蛋白質(GFP)，美國馬薩諸塞州總醫院的科學家成功製造出這種生物激光，證實這種實驗理論可行性。這項研究意味著未來將出現無需電池的自治療激光的可能性，這項突破性研究可使醫生和科學家不使用顯微鏡便能觀察細胞個體的內部工作狀況。

成功建立激光細胞的研究合作人、馬薩諸塞州總醫院物理學家馬爾特-加瑟(Malte Gather)說：「最初動機是真實的科學好奇心，當我們開始這項研究項目，正值激光首次示範五十周年，每個人都認為激光是無生命的物質，普遍觀點認為自然界並不會出現激光。我們想證實這種理論的真實性，是否能夠製造出一種生物激光。」

美國宇航局計劃利用3D印表機製造國際空間站組件

迄今為止已向國際空間站發送價值10億美元的空間站組件，該空間站仍可在未來十年里位於地球軌道前哨。發送一些3D印表機裝置，人們將有能力在太空按需建造任何物體——空間站組件、宇航員工具、衛星，甚至航天器。

「太空工廠」的第一階段是美國宇航局近期啟動建造適用國際空間站的3D印表機，像這樣的印表機技術能夠建造大量的物體，基於任務控制的設計模型進行逐層列印。宇航員僅需要提供「原料物質」，例如：塑料或者金屬，來製造空間站使用的新的工具和組件。太空製造公司共同創辦人、首席技術官詹森-唐恩(Jason Dunn)說：「如果空間站某個組件或者工具出現損壞，這將是最糟糕的事情，但如果擁有3D印表機，這將變得非常容易！空間站工作人員呼叫休斯頓中心要求工作人員向空間站上傳該組件或者工具的CAD圖紙。通過3D印表機，僅需要一天時間我們便能完全設計出與原型一樣的結構。」

太空製造公司是美國奇點大學的下屬企業，這所大學設在加利福尼亞州矽谷中心區域，美國宇航局埃姆斯研究中心內部，是美國宇航局與谷歌公司合作創建、致力於培養未來科學家的院校，著眼於解決世界上最棘手的科學難題。該公司的唐恩評估稱，在太空中列印空間站組件將至少減少目標物體的質量30%，因為這樣的物體不需要地球引力維持或者由火箭攜帶發射時的重力加速度。

唐恩在接受媒體記者採訪時說：「我們的3D印表機長期目標是真實建造完全功能航天器，在未來幾年裡，『立方體衛星(迷你衛星)』可由國際空間站的3D印表機進行設計和建造。」首先，太空製造公司必須創建一台3D印表機，能夠很好地適應太空零重力環境，測試列印世界最早、最簡單的工具——小扳手。最終印表機測試將使唐恩和研究小組成員確定定製的印表機模式，聚焦列印塑料聚合物，建造出大量的空間站組件。

世界上最輕的固體材料

目前科學家最新研製一種金屬晶格管，其管壁比頭髮還纖細，是迄今世界上最輕的固體物質。這種複雜物質結構將帶來獨特強度和亮度材料創新性革命，其中包括製造鑽石。

像泡沫等超輕質量物體廣泛應用於熱絕緣體、抑制聲音、振動共鳴和衝擊。也可以作為電池電極腳手架和接觸系統的腳手架。此前世界上最輕的物質是氣凝膠，由於它獨特的性質也被科學家稱為「凍結煙霧」。氣凝膠的密度僅為每立方厘米1毫克，其密度低於室溫和海平面空氣密度。但是像氣凝膠、金屬泡沫等低密度材料具有很大的缺陷，它們的結構是隨機排列。而目前科學家最新設計的金屬晶格管不僅具有超輕質量，並且密度非常低，更重要的是它是採取有序結構製成。美國加利福尼亞州馬裡布市HRL實驗室的首席科學家托比亞斯-沙爾德勒(Tobias Schaedler)說：「這種創新性超輕材料的設計源自法國艾菲爾鐵塔，這座鐵塔憑藉其獨特結構擁有輕質量，卻異常堅硬結構，與金字塔相比，艾菲爾鐵塔更高，更輕。正是這種設計萌發我們設計金屬晶格管的念頭。」

研究人員最開始使用液體光聚合物——一種暴露於光線下可以改變屬性的分子，他們用紫外線照射這種光聚合物，產生一種三維晶格形態，然後在該物質結構上塗上一層纖薄的金屬層，通常是鎳-磷合金。接下來研究人員對該光聚合物進行逐層蝕刻，形成中空鎳-磷合金晶格結構，每個晶格寬度為100-500微米，或者是人類頭髮直徑的五分之一。晶格壁厚度100-500納米，不足人類頭髮直徑的千分之一。其密度為每立方厘米0.9毫克，比泡沫聚萊乙烯材料輕200倍。

讀腦儀器將取代鍵盤等傳統輸入設備

標準鍵盤已佔據計算機輸入設備統治地位近40年，目前科學家最新研製的一種裝置或將取代解盤及觸摸屏技術，最新突破性技術可將人體思維直接轉換為數碼形式。這種讀腦儀器的第一階段是使用大腦掃描來識別某些文字表達的思維。

功能磁共振成像(fMRI)大腦掃描顯示大腦活躍性將被思考某些物理對象所點燃，例如：馬或者房子。基於功能磁共振成像掃描的讀腦儀器很可能將取代鍵盤，但科學家指出可能該讀腦儀器首次將幫助癱瘓患者，該技術的實現仍需要多年時間。當前實現讀腦儀器便攜性的問題仍未有效解決。

美軍發射超音速飛行器，可實現1小時內對全球任何區域軍事打擊

目前，美軍最新研製一款超音速飛行器僅在1小時內便能對全球任何地區的軍事目標實施打擊，11月18日，能夠達到5倍音速的先進超音速武器(Advanced Hypersonic Weapon—AHW)測試成功。

如果美軍開始全面部署這種先進超音速飛行器，將意味著美國將不再依賴國外定位導彈基地。目前，美國五角大樓並未公布這款超音速飛行器能夠達到具體的速度，它不像傳統洲際導彈易於調動發射。美軍方發言人梅琳達-摩根(Melinda Morgan)陸軍中校稱，這項超音速飛行器測試旨在收集空氣動力學、導航、制導和控制以及熱保護技術的相關信息。

美國陸軍先進超音速武器研究項目是「全球即時打擊」計劃的一部分，旨在為美軍在1個小時之內向全球任何地區送遞常規武器。科學家評估這種超音速飛行器的速度超過了5馬赫——音速的5倍，時速可達到3728英里。

鋁合金材料遇水可產生氫氣和熱量

鋁是地球上最常見的金屬材料，它可以用於製造碳酸飲料易拉罐或者棒球棍，目前科學家合成一種鋁材料，有望能夠解決世界上的能源危機。美國普渡大學工程師傑里-伍達爾(Jerry Woodall)現成功研製一種鋁合金材料，遇水反應可產生氫氣和熱量，現在他正在積極尋求合作投資方設計一種新型裝置——收集氫氣作為燃料，使用遇水產生的熱量來凈化水質。

伍達爾說：「地球地殼層擁有大量的鋁金屬，可供給全球能源需求。」為了確定鋁的特殊用途，伍達爾將鋁與鎵、銦和錫混合在一起熔化，在室溫狀態下最後這三種金屬與鋁混溶在一起形成鋁合金顆粒。在這種狀態下，水能與這種鋁合金材料產生反應，當一塊鋁合金球投入水中，它們將自然地分解水，伴隨著產生熱量和氫氣。之後釋放的氫氣收集起來用於驅動設備，或者充入燃料電池用於產生電能。

據計算僅1公斤的該鋁合金材料與水接觸便能產生12.9度電能，相比之下，相同質量的煤僅能產生6.7度電能。伍達爾說：「這種鋁合金材料與水發生反應之後，並不會完全消失，不會像汽油一樣最終以尾氣形式排放出來。」

目前利用這種鋁合金材料研製的新型系統有效性需進一步核實，他需要至少5年時間來改善鋁合金材料的屬性，並暗示未來該材料的推廣使用將減少全球對石油和煤炭的依賴性。

隱形材料可讓物體隱藏起來

近年來一些科學家陸續研製出各種「隱形斗篷」，並證實可對冬衣至坦克等任何事物進行隱形，但是這些隱形斗篷的效果並不是很理想。今年10月份，美國達拉斯大學科學家最新研製一種隱形材料，通過演示視頻顯示它具有神奇的隱形效果。這種隱形裝置是由加熱碳納米燈絲形成「光線彎曲」現象，其原理與人們熟知的海市蜃樓現象有相似之處。

該現象是被稱為「光熱偏向」，是由「彎曲光束」偏離物體表面朝向觀測者的眼睛。這類似於當地面熱空氣反射一個水波圖像至天空，而不是讓光束從地面上進行反射，這一過程就形成當饑渴的行人在沙漠穿行時看到的「海市蜃樓」的虛幻景象。

碳納米管能夠快速實現加熱，美國達拉斯大學的科學家建立的「熱梯度」類似於地面上的一層熱空氣。這些透明碳納米管片材的熱傳遞能力可實現較大溫度等級範圍內高頻調節溫度。達拉斯大學的科學家稱，碳納米管片材的獨特性能暗示著可能應用於可切換開關的隱形裝置，目前它不僅能在空氣環境下實現，在水中也可以實現隱形效果。碳納米管是一種人造碳材料，像頭髮一樣纖細的碳納米管可使長度達到直徑的數百萬倍。它們有時用於自行車部件或者高強度樹脂材料，它還具有熱傳導能力，現可用於建立「隱形開關」。

超強黏性膠帶實現現實版「蜘蛛俠」

受昆蟲足部靈感最新研製的一種膠帶具有很強的黏性，可支持像蜘蛛俠一樣「飛檐走壁」，並且可以重複使用數千次。

這種超級膠帶表面覆蓋著數百萬個硅質蘑菇狀結構，該結構是人體肉眼無法觀測到的，模擬昆蟲足部濃密的微型毛髮。德國基爾大學動物學會的科學家研究發現昆蟲使用足部微小的毛髮能夠順利攀爬在牆壁上，基於這一原理它們研製出一種黏性膠帶。這種黏性膠帶是帶有類似微型毛髮結構的硅樹脂，其黏性非常強，足以讓一位研究員懸掛在天花板上。昆蟲獨特攀爬能力的關鍵在於它們擁有數千個末端可壓成扁平狀的毛髮結構，從而最大限度地增加了接觸面積。這項研究負責人斯坦尼斯拉夫-高爾伯(Stanislav Gorb)解釋，這種超強黏性膠帶可以最大限度地與物體表面進行接觸，由於多樣化接觸點，該膠帶可實現與任何物體表面的完美接觸。

高爾伯研究團隊研製的這種膠帶在相同物質表面的粘黏性是普通膠帶的兩倍，同時，這種膠帶還可用於水中，且不留下任何粘性殘留物。這種生物靈感膠帶還具有許多潛在商業應用，從牆壁攀爬搜尋機器人，至工業貼片機。目前研究小組並未停止探索搜尋來自自然界的新靈感。當前研究小組正在調研其他一些生物結構表層特性，其中包括：甲蟲身體覆蓋層、蛇皮和抗黏性植物。

百年星艦計劃

目前，美國五角大樓將「百年星艦計劃」提上了議事日程，計劃百年之內確保人類實際星際旅行，現開始招募科幻小說作家、倫理學家和科學家參與百年星艦計劃。

百年星艦計劃要求研製出比光速更快、可維持生命存在的新型太空科學技術，假如未來出現外星人攻擊地球，或者地球末日來臨，人類可以乘坐星艦飛船避難其他行星。

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