《科學美國人》評出2019年十大突破性技術和十大新興
《科學美國人》（英文原名：Scientific American，縮寫：Sci Am）是美國的一本科普雜誌，始於1845年8月28日，起先是每周出版，後改為每月出版；作為《自然》的姐妹出版物，《科學美國人》涵蓋的受眾包括企業主、高級經理人、決策者和意見領袖，與《自然》的學術受眾形成互補。到目前，有151位諾貝爾獎得主撰稿。2009年的本刊撰寫者中有四位獲諾貝爾獎。其在2005年12月時每個月約有555000份國內（美國）發行量，以及90000份國際發行量。雖然被認為是大眾化的高水平學術期刊，但這本雜誌並不採用類似《自然》雜誌同行評審的方式審查稿件，而是提供一個論壇來呈現科學理論和科學新發現。
《科學美國人》公布了2019年十大突破性技術榜單。
清潔環境類技術
可生物降解塑料和智能肥料技術能夠使環境更清潔。
塑料垃圾不僅能在環境中存在數百年，還會釋放有毒化合物。之前以玉米、甘蔗或廢油脂為原料生產的可生物降解塑料，性能難以與普通塑料相比。現在，英國倫敦帝國理工學院、芬蘭梅特根生物技術公司等正在研究使用低成本離子溶劑和生物酶處理纖維素或木質素，生產新型可生物降解塑料，有望助力解決塑料垃圾問題。
農用肥料中的氮會在大氣中形成溫室氣體，磷則進入河流，引發藻類等生物過度生長。海法集團和ICL特種肥料等公司利用先進的材料和製造技術，改進膠囊類緩釋肥料外殼，使其成為「智能肥料」，能根據土壤溫度、酸度或養分改變釋放率。相比需要人工智慧、數據分析和大量感測器的所謂「精確農業」，這種方式更易推廣。
革新能源類技術
新型核能和大規模儲能技術有望帶來新的能源革命。
現有的商業核反應堆使用的幾乎都是將鈾芯堆積在鋯合金內的核燃料棒。如果鋯過熱，它會與水反應產生氫氣並爆炸，這一問題導致了美國三島和日本福島的核事故。正在研製的「第四代」核反應堆將用液態鈉或熔鹽代替水來傳遞熱量，避免產生氫氣。美國則提出建設小型模塊化反應堆以提高安全性。新型燃料和小型模塊化反應堆有望帶來核電復興。
風能和太陽能是主要的可再生能源，但需要大規模的儲能技術存儲「備用能量」，以便在晚上或無風的時候使用。之前，抽水蓄能和鋰電池是主要的儲能方式，分別存在成本高和儲能時間短的缺點。美、韓、中、日等國正在研製大型流電池和氫燃料電池，有望解決上述問題。
促進健康類技術
治療癌症和阿爾茨海默氏症的新靶點、先進的食品跟蹤和包裝技術能使人類更健康。
近年來，科學家發現了一種名為「本質無序蛋白」（IDP）的特殊蛋白質，一旦其不能正常工作，就會導致癌症或神經退行性疾病。隨著科學家對IDP的研究愈發深入，工業界開始關注以IDP為靶點的治療方法。IDP、Graffinity、Cantabio等製藥公司都在研究相關藥物，為治療癌症、阿爾茨海默氏症等疾病帶來新的手段。
據世界衛生組織統計，全球每年約有6億人食物中毒，其中42萬人死亡。新技術能夠有效緩解這一問題。IBM公司基於區塊鏈技術的雲平台IBM Food Trust能夠幫助食品行業快速溯源有毒食品，而TimeStrip UK和Vitsab International等企業研製的帶有感測器的食物標籤，能夠幫助人們確定食品是否在適當的溫度下儲存和是否開始變質。
便利生活類技術
人類生活會因社交機器人和遠程協同呈現技術更便捷。
人工智慧技術使工程師能夠將心理和神經科學轉化為演算法，讓機器人能夠識別聲音、手勢、眼神和情緒等以適應人們的需要。Softbank Robotics開發的人形機器人Pepper足以識別人臉和基本情感，並通過「胸部」的觸摸屏對話，已經用來提供酒店登記、機場客戶服務，擔當購物助理等。此外，越來越智能的治療機器人和玩具機器人，對老年人和孩子也很有吸引力。
遠程協同呈現技術能夠使不同地點的人克服空間的隔閡近距離接觸。增強現實（AR）、虛擬現實（VR）及5G通信技術的發展使之成為可能。「X大獎」基金會已經發起了1000萬美元的「ANA阿凡達」大獎賽，旨在「將人的感覺、行動和存在實時傳送到一個遙遠的位置，從而帶來一個更為緊密的世界」。微軟等公司也在進行相關研究。未來3—5年內，遠程協同呈現技術將迎來突破。
顛覆創新類技術
以金屬為材料的微型透鏡和以DNA為載體的數據存儲技術是榜單中最具顛覆性的技術創新。
一想到鏡頭材料，人們最先想到的就是玻璃，誰能想到金屬？但傳統的玻璃切割和玻璃彎曲技術很難製造出微型透鏡，這限制了光學產品的小型化。現在，科學家使用金屬替代玻璃製造透鏡，並且發現金屬透鏡無需分層就能消除色差，在解決散光等導致圖像失真和模糊的像差問題上也有所突破。金屬透鏡使設計、製造微型光學器件成為可能。
人類正面臨嚴重的數據存儲問題。到2020年，全球每年需要4180億個1TB容量的硬碟才能容納全部數據。相比之下，一個邊長約1米的DNA立方體就足以容納等量數據。事實上，DNA數據存儲技術並不遙遠。2017年，哈佛大學的研究人員將一隻手的圖像記錄到了大腸桿菌的基因組中。華盛頓大學和微軟研究院的研究人員已經開發出一個完全自動化的系統，用於編寫、存儲和讀取DNA編碼的數據。
《科學美國人》與世界經濟論壇聯合發布了2019年全球十大新興技術。
10
大型電站級別的鋰離子電池
隨著對低碳能源體系的需求日益迫切，以及風能、太陽能技術成本的下降，全球電力供應格局正在迅速轉變：通過風能和太陽能生產的電力不斷增加，這也為能源的存儲提出了難題。
在這樣的背景下，效率和可靠性不斷提升、成本持續下降的鋰離子電池受到更多的關注。目前，鋰離子電池佔據美國大型電站級別電池儲能的80%，其最大功率從10年前的幾兆瓦提升至目前的866兆瓦。一項能源研究估計，與2018年相比，2019年鋰離子電池的市場將翻倍；2020年更將達到2018年的3倍。未來5-10年間，鋰離子電池很可能成為儲存可再生能源的主流技術，屆時其將能夠存儲4-8小時的能量，使得日間的太陽能發電滿足傍晚的高峰需求。
9
DNA儲存技術：突破數據存儲禁錮
到2020年，全球每年則將產生4180億太位元組（TB）數據。現有的數據儲存系統負荷巨大，在一個世紀內就將無法應對爆炸式增長的數據量。為了獲得儲量更大的儲存系統，科學家已經轉向了生物體內的信息儲存方式——DNA。
DNA依靠鹼基的排列方式來儲存個體的生物信息，而科學家也可以通過人工合成的方式，用DNA儲存數據。DNA非常穩定、信息儲存能力遠超電子設備，並且不需要額外消耗能量。根據2016年的一項研究，大腸桿菌的信息儲存密度已達每立方厘米10^19位元組，這意味著，全世界的數據只需1千克的DNA就能儲存。隨著測序技術的發展，科學家已經可以開始更迅速地讀取DNA序列，並且進行數據追蹤。未來，隨著DNA存儲技術的難點被一一攻克，其必將在數據存儲應用上大放異彩。
8
更安全的核反應堆
幾十年來，商業核反應堆一直使用同樣的燃料：小的二氧化鈾芯塊堆積在鋯合金製成的核燃料棒內。鋯能使二氧化鈾芯塊裂變產生的中子很容易地通過反應堆堆芯，實現可持續的熱核反應。但是，如果鋯過熱，它會與水反應併產生氫，引發爆炸。2011年福島核電站事故就由此引起。
目前，全球科學家正從不同角度入手，以打造更安全的核反應堆：西屋電氣公司和法馬通等企業正在開發「事故耐受燃料」，這種燃料與鋯結合後不容易過熱，也很少產生氫氣；一些人正嘗試用其他材料取代鋯或者二氧化鈾，以提升安全性；另一種思路是用液態鈉或熔鹽代替水來傳遞裂變產生的熱量，消除氫氣爆炸的風險。
7
區塊鏈技術保障食品安全
根據世界衛生組織的數據，每年有6億人受食物污染的影響，其中42萬人會因此喪命。現代食品鏈環節眾多，從農場到餐桌要經歷包裝、儲藏、轉運等多種過程。但各個部分的數據相對獨立，一旦出現食物污染事件，調查污染源將成為一大難題。
而區塊鏈技術的發展應用，將顯著改善數據追蹤的困境。利用區塊鏈雲端系統，食品製造商可以依次在計算機中儲存各類過程的信息，類似沃爾瑪的大型超市可以利用區塊鏈雲平台在數秒內找到污染源頭。
此外，更先進的食品包裝技術，也將加速污染源的考證。科學家正開發一些微型感應設備，用於監測傳送帶、集裝箱或者獨立包裝中食品的質量和安全性。一些廠商在食品包裝中放置溫度感應器，以檢測食品保存溫度是否合規。這兩類方式都將為公眾提供更安全的食品，並更迅速地找到食品污染源。
6
遠程協作拉近距離
想像一下，世界不同地區的人如同處於同一物理空間，能隨時流暢地互動：醫生為患者提供遠程診斷、身處異地的朋友與家人能共享體驗……這種「遠程協作」技術可以改變我們工作和娛樂的方式，讓物理位置變得無關緊要。
以下幾個領域的進展正使得這一場景變得可行：增強現實（AR）和虛擬現實（VR）技術已經足夠強大且價格合理；通信公司正在迅速推出5G網路，從而無延時地處理海量數據；創新者正在完善技術，使人們能夠遠程進行物理交互。儘管遠程協作技術還處於初級階段，但組成這項技術的部件都已準備就緒，遠程協作在3-5年內有望實現變革。
5
智能化肥減少環境污染
傳統化肥中的氮、磷化合物被植物吸收的效率很低，未被利用的物質會導致水體富營養化、造成環境污染。最近，研究人員開發出一類智能的控釋化肥。這類化肥被一層用特殊材料製作的膠囊包裹，可以根據土壤的溫度、酸鹼度及濕度條件調整釋放營養素的速率。通過結合使用不同的膠囊，可以設計出用於不同作物類型和生長條件的特製化肥。這項技術可以顯著提升化肥吸收效率、降低環境污染。此外，一些科學家正嘗試研製環境友好的氮肥取代氨、尿素，並利用微生物讓植物高效吸收營養元素。未來，智能控釋化肥將推進精細農業的發展，讓糧食生產更加經濟、可持續。
4
固有無序蛋白：藥物研發新靶點
數十年前，科學家發現了一類被稱作固有無序蛋白（IDP）的特殊蛋白，這些蛋白與癌症和神經退行性疾病有密切聯繫。普通蛋白擁有固定的結構，但IDP的結構會隨著微環境的改變而變化。因此，IDP擁有更多的結合位點，可以影響更廣泛的細胞功能，這讓IDP成為藥物開發的重點關注對象。
2017年，法國和西班牙的科學家發現，一款用於精神紊亂和焦慮症的藥物，可以抑制在胰腺癌中起作用的無序蛋白NUPR1。而Graffinity製藥公司發現了一些小分子，可以抑制在阿爾茨海默病有重要作用的無序蛋白。目前，科學家更加關注無膜細胞器中有功能的IDP。未來3-5年間，IDP有望成為藥物研發的新熱點。
3
超透鏡打造微型光學器件
手機、電腦等電子產品變得越來越小，但傳統的玻璃切割和玻璃彎曲技術卻難以造出更小的光學部件。微型超透鏡使用厚度不足1微米的平坦鏡面，通過其中的納米結構聚焦光線，從而替代龐大的傳統曲面透鏡。
近期，科學家陸續解決了超透鏡聚焦光線時存在的色差、圖像扭曲、模糊等問題。儘管目前其傳輸光線的效率尚不及傳統透鏡，但在不久的將來，超透鏡將有望用於製造更小、更加易於操控的感測器、診斷工具和光纖等器件。超透鏡的潛力已經吸引了眾多政府機構和企業的關注和資助，未來幾年內，超透鏡產品或將進入市場。
2
社交機器人走進生活
作為一類能與人類交流、建立情感聯繫的機器人，社交機器人的研究似乎達到了臨界點：它們具有更強的交互能力、能執行比以往更多的任務。隨著人工智慧的發展，研究人員能夠將關於認知、社交的心理學和神經科學知識轉化為讓機器人識別聲音、面部和情緒的演算法，並且讓機器人能夠理解語言和手勢、進行眼神交流與對話、通過學習反饋來適應人們的需求。
隨著人口老年化的到來，社交機器人將發揮更加重要的作用。具有減輕阿爾茨海默病患者壓力、提醒老年人散布和服藥等功能的社交機器人陸續出現。此外，社交機器人也越來越多地作為玩具吸引消費者。2018年，全球的社交機器人市值約為56億美元；到2025年底，這一數字預計將上漲至190億美元。
1
可循環的生物塑料
在現代社會中，人類對塑料的需求量正在迅速增加，但能夠循環使用的塑料不足15%。生物降解塑料是一種來源於生物質、又能轉化為生物質的新型塑料，但目前的生物塑料仍無法達到標準塑料的強度和視覺特徵。
利用纖維素或木質素生產的新型生物塑料有望克服這些缺點。纖維素是植物細胞壁的主要成分，是地球上最豐富的有機聚合物；而木質素也來自植物，其分解產物芳香族環能賦予塑料強度和其他理想特性。目前，研究人員以及開發出從木材和木本植物中分離、提取纖維素和木質素的方法。眾多企業都展現出對這類生物塑料的興趣，而成本、生產過程所需的土地和水將成為現階段的主要挑戰。
《科學美國人》評選出2015年十大科技成就
眼控機器：運動受損人士的福音
今年早些時候，當艾瑞克?索拓用思維直接指揮機器手臂將一杯啤酒送入口中，媒體瘋狂了。這是一個令人印象深刻的壯舉，但背後的技術，是在他大腦中植入的一種電極晶元，這種晶元既昂貴又具有侵入性，而且還需要幾個月時間來訓練使用。更糟糕的是，只有極少數癱瘓人士能夠適應這些心理和生理上的技術要求。
一種較好的辦法隨後誕生——創建大腦電波活動和機器之間的直接連接。英國倫敦帝國理工學院神經技術科學副教授阿爾多·法賽爾想要用眼球移動來控制輪椅、計算機和視頻遊戲。利用現成的視頻遊戲攝像機，法賽爾和他的同事建造了一種護目鏡，能夠記錄用戶的眼球移動過程，並傳輸數據給計算機，軟體將數據翻譯成機器指令。幾乎所有運動受損人士都能應用這項技術，包括截肢者、四肢麻痹症患者、帕金森病患者、多發性硬化症和肌營養不良症患者。
這套系統的成本只需要50美元。在一個科技展覽會上，志願者不需要更多的指導，在15秒後就很好地掌握了玩遊戲的技巧。
長期以來，科學家就知道眼睛可以透露人們的目的——他們要去哪裡，想要做什麼，以及想和誰交流。自從上世紀70年代開始研究眼球運動的神經科學，法賽爾和同事們就撰寫了能夠將「驚鴻一瞥」轉化為指揮輪椅行動、敲擊滑鼠或者開展瞳孔遊戲的演算法。為了預測受試者的真實意圖，演算法的設計基於志願者用操縱桿操縱輪椅或者機器手臂時眼球運動的真實數據。漸漸地，軟體學會了區別不同的眼神，比如當人們看向一個杯子時，軟體能夠猜測出他們是在猜測裡面的飲料為何物，還是想要端起來一飲而盡。
法賽爾在將這個技術商業化成醫療器械之前，必須為臨床試驗籌得資金。從歐盟獲得的400萬歐元將繼續支持他開發機器人的外骨骼，以便能夠更好地讓殘障人士使用眼球追蹤系統。
「我想看到我們的努力可以幫助人們再次行動自如，這就是我的目的。」法賽爾說。
微波火箭：低成本訪問太空的範式
人類乘火箭遨遊太空已50餘年，在這麼長的時間裡，到達軌道的成本一直都是個天文數字——根據火箭種類不同，每公斤載重上天要花費5000美元到50000美元不等。
問題是，沒有哪個火箭是非常有效率的，火箭90%的重量都是燃料和推進劑，只為裝載物資留下很小的空間。如果能甩掉一些重量，火箭不僅可以將更多的貨物送往太空，亦能降低成本。
1924年，俄羅斯科學家康斯坦丁·特斯洛克夫斯基提出一種方案，建議由地基微波發射器提供火箭上升的動力。他建議，利用反射鏡將「一束平行電磁短波射線激光束」瞄準火箭的腹部，加熱推進劑產生推力，從而替代大量燃料的裝載。
這一方法或許是獲得宇宙速度的最有吸引力的方法。但直到最近，這個想法才被重新提起。微波激光雖然在上世紀50年代就發明了出來，但始終沒有達到可以發射所要求的兆瓦級功率水平。電池和能源存儲系統的最新進展讓能源可以足夠強大，以至於不需要固定電網來約束電能。
今天，來自世界各地的研究人員正在實踐這個概念，包括在2012年美國加州技術研究所的凱文?帕金領導的一項工程研究。基於他們的工作，一家名為「逃脫動力學」的私人公司正在測試這種微波動力衛星發射系統，美國國家航空航天局（NASA）正在密切關注此事，今年7月，NASA已經將微波動力火箭加入了未來技術發展的路線圖中。
病毒捕獲平台：精確識別病毒的新方法
當醫生想要識別感染背後搗亂的病毒，通常需要求助於聚合酶鏈式反應（PCR），這種方法只有將DNA片段「放大」到足夠大才能進行。使用PCR方法的時候，醫生還必須對要尋找的病毒做到心中有數，這就難免帶有了猜測的成分。
今年9月，哥倫比亞大學的研究團隊描述了一種能夠消除猜測帶來的盲目性的新方法，該技術被命名為「脊髓動物病毒捕獲測序平台（VirCapSeqVERT）」，能在給定的唾液、組織或脊髓液樣本中幾乎完美地找到每種病毒。這種方法可以在48小時內同時分析21個樣本，且每個樣本的分析成本只有200美元。它還能檢測新型病毒或突變病毒。
哥倫比亞大學流行病學公共衛生系教授W·伊恩·李普金說：「當一個人被送進急診室，單是檢測費就要成千上萬了。這種方法非常便宜，而且能讓醫生對症下藥。」
為了開發這種技術，李普金和他的同事創建了一個超過1000種脊椎動物病毒的資料庫。然後他們用基因探針對每一株病毒進行匹配，當探頭遇到匹配的病毒時，就會自動與之綁定。為了檢測這些病毒，實驗室工作人員增加了磁珠來測量直徑僅1至3微米的混合物，化學連接器將基因探測器與磁珠以及捕獲的病毒相連。然後，研究人員插入包含了混合磁鐵支架的細管，將探針拉向管壁。他們隔離並清洗探針―磁珠―病毒組合後，對病毒進行基因測序，以消除誤報風險。
李普金和他的同事現正在尋找商業支持，希望將這項技術應用到全世界的醫院和診所；他們還計劃增加專門探測感染性細菌和真菌的探針。
導電聚合物網路：軟性的大腦電子探針
為了破解大腦之謎，科學家需要精確地檢測活動狀態下的神經元。大腦探針的「蠻力介入」已經被詬病很久了。哈佛大學化學家查爾斯?尼爾博率領的團隊希望植入絲般柔滑的聚合物網路，從而改變這個窘境。
到目前為止，尼爾博團隊測試了活鼠體內植入的這種聚合物，它擁有嵌入式電子感應器。一旦證明安全可靠，它可能被用於人體，進而研究意識如何從單獨神經元的活動中產生，以及治療帕金森症等疾病。
微型核聚變反應堆：壓力下改變戰術的選擇
你可以指責核聚變擁護者太過於樂觀。核聚變只會發生在兩種元素結合或相融合進而形成第三種元素的時候，將物質轉化成能量。太陽就是典型的核聚變過程。
總部設在法國的國際核聚變反應堆（ITER）集合了七個國家的力量，正在緊鑼密鼓籌建中。這個210億美元的托克馬克反應堆將利用超導磁體產生足夠熱、密度足夠大的等離子體來發生核聚變。一旦完成，ITER的總重量將達到23000噸，是埃菲爾鐵塔的3倍。美國國家點火裝置（NIF）是其主要的競爭對手，也同樣複雜，需要同時將192束激光打在一個燃料球上直到其溫度達到5000萬攝氏度，壓力達到1500億大氣壓。
理想很豐滿，但現實很骨感。基於ITER和NIF的核聚變工作已經進行了數十年，一批新的研究人員正在尋求不同的策略——讓核聚變反應器變小。
今年，美國國防部高級研究計劃局在9個小型項目上投資了3000萬美元，旨在通過名為「低成本等離子體加熱和集成」（ALPHA）的項目，建設可負擔得起的核反應設備。一個比較典型的項目是加利福尼亞州次慣性核聚變技術公司的塔斯廷執行的，該項目設計路線是用電流「捏合」等離子體，直到壓縮至產生核聚變。
這一方法不是沒有先例，1958年洛斯阿拉莫斯國家實驗室曾用這種「捏合」技術實現了第一次可持續的核聚變反應。
隸屬ALPHA項目的其他公司也正在尋找可替代的核聚變方案。不列顛哥倫比亞省的通用核聚變公司已經建成了一個設備，能夠用激波穿透液態金屬進而引發聚變反應。「3阿爾法能源公司」正在建設一種帶電粒子束核反應堆，能夠一個接一個點燃帶電粒子。
美國國防工業巨頭洛克希德?馬丁公司則宣稱，其正致力於建造一種磁約束核反應堆，用一輛卡車就可以運走，希望在10年內實現商用。
追求核聚變的坎坷歷史表明，這些小項目都應該受到質疑。但是，不論哪一個方式，只要能夠成功輸送清潔無限量的核聚變能源，都將解決從能源匱乏到氣候變化的系列問題。
殺死轉基因開關：阻斷DNA逃逸的閘門
轉基因埃希氏大腸桿菌無處不在，醫用胰島素、塑料高分子聚合物以及食品添加劑等都有它的蹤影，它還可以成為工業廢料或者改變化肥的用途。這些安排目前幾乎沒什麼風險，因為在轉基因模式下該菌群對於環境的適應能力較弱，不能在實驗室外長期生存。但是，經過編輯漏洞缺陷的菌群可能會對本來平衡的生態系統造成影響，例如抗生素產生耐藥性等。
2009年，美國加州大學生物工程學家布里安·凱利安多開始致力於研究一種確保基因修改生物的編輯DNA在逃逸或者被盜之前被摧毀的技術。近年來，他正在藉助基因編輯工具CRISPR，剪除並摧毀入侵病毒中的DNA。他還意識到，可以用該技術內置一個殺死轉基因細菌的開關。
現工作於麻省理工學院技術研究院的凱利安多發明了DNAi，這是一種基於CRISPR的系統，能夠迫使細菌剪除自行修改過的DNA。利用CRISPR，凱利安多成功將經過編輯形成了殺死開關的酶插入到轉基因大腸桿菌中。相關研究發表在《自然·通訊》上。
輻射冷卻材料：未來地球建築的防熱外衣
空調耗能佔到了美國建築物能源消耗的15%左右；創紀錄的高溫日數還會在未來幾十年繼續上升。這兩個事實指向一個難題：在逐漸變暖的世界，我們如何在減少能源消耗的同時還能冷卻工作和生活環境？
美國斯坦福大學的研究人員認為，部分解決方案是讓吸熱建築材料能吸收陽光並將熱能發散到外層空間。這一輻射冷卻概念起源於上世紀80年代，工程師發現擁有金屬塗層的材料可以從建築物上吸熱，並暢通無阻地將熱量輻射至地球大氣層外。
但輻射冷卻從來沒有真正應用過，沒有人能製造出這樣一種材料。為了解決這個問題，斯坦福大學研究團隊創建了一種非常有效的「鏡面」。這種材料由二氧化鉿和二氧化硅以及一層銀、鈦和硅構成的基層組成，能夠反射97%的太陽光。二氧化硅原子表現得像個小天線，在帆板一側吸收空氣中的熱，另一側則釋放出熱量。這種材料的輻射波長在8納米到13納米之間。對這些波長來說，地球大氣層簡直就是透明的，所以熱量可以耗散到太空中，而非加熱建築物周圍的空氣。即使陽光直射，直徑20厘米的矽片冷卻器也能將溫度降低到比周圍空氣低5攝氏度。
范珊輝（音譯）是斯坦福大學的電氣工程師，他想用這種材料覆蓋建築物的屋頂，這樣可以讓建築空調系統稍作休整，同時又減少了能源消耗。
范珊輝認為：「利用太陽這個巨大熱源，並將地球看做宇宙中巨大散熱器的想法非常有趣，而這只是探索可再生能源的開始。」
機器自學：高級智能快速發展的助力
谷歌、臉書等公司正在推進能讓機器自學的技術，這很大程度上依賴於一種名為深度學習技術的進步。
源於幾十年之久的舊觀念——計算機如果能像人腦那樣操作包含了多層電腦程序單元人工神經網路的深度學習網路的話，它將更加聰明。傳統的神經網路和深度學習神經網路之間的區別在於，後者有更多的層次。網路越深，層次越多，學習和操作的事物就越抽象。
深度學習技術研究領域在本世紀初有3個代表人物——多倫多大學的傑弗里·辛頓、蒙特利爾大學的碩·本傑奧以及紐約大學的閆樂存（音譯）。而直到最近，這一技術才開始商業化之路。
最典型的代表是今年5月才面世的谷歌照片APP。這款軟體能夠從你的iPhone上下載所有的圖片，正確識別你的妻子、兒子和孫子等不同家人，然後分別放入不同的電子文件夾中並做好標記。
它之所以如此「聰明」，是因為它已經從數百萬張照片中學會了如何識別臉孔。當通過每個網路層次掃描一張圖片的時候，軟體會以更抽象的水平識別圖片中的元素，直到最終能夠指認圖片中的整張臉孔。一旦經過足夠的訓練，看過足夠多的臉孔，它就能成功定位從未見過的人的鼻子和嘴巴。
深度學習能夠做的當然不僅是識別圖片的工作。實際上，通向人工智慧之路的標誌性一步，就是展示其區別於人類掌控者的智能行為。今年2月，倫敦一家被谷歌以6.17億美元收購的公司DeepMind的人工智慧專家宣稱，已經利用深度學習生產了一個能夠自學玩很多視頻遊戲的計算機。實踐證明，這款軟體能夠在遊戲進行到一半的時候，就擊敗多數專業玩家。
紅外光譜 計算機模擬：捕捉化學反應慢動作的攝像機
在細胞液內，氫鍵能維繫分子DNA基本配對形式。很多藥物就是在溶劑中合成的。然而，化學家一般只能在氣態階段研究化學反應的綁定機制，因為在這種狀態下的分子相對稀疏，容易追蹤。
在液體中，分子數量更多，碰撞也更頻繁，所以化學反應發生得也更快且更複雜。如果想看清這個過程，需要幾百億分之一秒的快照才能實現。
英國布里斯托爾大學的化學家安德魯·尤文利用激光來研究化學反應。他知道，可以用紅外光譜觀察到液體催化熱反應中的振動。在2012年到2014年進行的實驗中，他將超快紫外激光束打在乙腈溶劑中的氘氟化分子上，激光束如同手術刀一樣，雕刻出了高活性的氟原子，反過來從溶劑分子中「偷」走了氘原子，形成了氟化氘。
觀察使用的是一種標準的被稱作紅外光譜的技術，揭示了原子之間如何綁定以及反應達到平衡有多快。這個實驗觀察到了液體中反應的皮秒級細節。大多數化學家希望使用計算機模擬替代昂貴的激光和探測器來觀測化學反應。尤文等編寫了模擬軟體，能夠非常精確地預測光譜實驗的結果。
「我們能用這些模擬來深入探討究竟發生了什麼。」尤文說，「因為模擬會提供比實驗更精確的信息。」
實驗和模擬信息結合，能提供迄今為止最佳的液體中真實化學反應的信息。研究人員已經開始將這種方法納入到計算機模擬產業應用中，讓疾病研究、藥物開發和生態研究人員大受裨益。
彈跳光子記錄儀：可看到隱秘角落的照相機
如果照相機能看到角落另一邊，就能警告司機在危險處停下、幫助消防員搜尋燃燒的建築物，以及讓外科醫生看到身體內部難以直視的區域。
幾年前，麻省理工學院媒體實驗室的研究人員就在探討，如何創造這樣一個照相機。它的原型非常昂貴。這個設備利用激光束來發射光線，光線從牆壁或者地板彈跳到另一個房間的物體上。一個價值50萬美元的照相機能記錄彈射回來的光線，軟體記錄了單獨光子到達時間、計算距離並重新構建看不見的物體。
此後，該團隊一直在儘力改進這個技術。現在，他們已經能夠記錄移動物體的反射光線，而在價格上，便宜的LED燈和價值僅100美元的微軟感測器就可以達到同樣的效果。
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