即將改變世界的科技創(chuàng)新

即將改變世界的科技創(chuàng)新

技術無處不在，它們使更多事情變?yōu)榭赡?。但有時候，一些發(fā)明或見解有著極大的影響力，它們創(chuàng)造著一個個“節(jié)點”,將歷史劃分為“前”與“后”。蒸汽機、晶體管、萬維網(wǎng)——每一個想法似乎都從天而降，從根本上改變了這個世界。哪些關鍵技術將在如今的創(chuàng)新浪潮中脫穎而出，顛覆未來的世界？下面是10個頂尖的新創(chuàng)意和新技術。

游戲人生

不久的將來，當你站在浴室鏡子前刷牙時，也許會看到在新聞頭條的旁邊有一個記分板，上面記錄著你與鄰居目前的“家庭碳足跡”排名。你的電動牙刷會發(fā)出聲響并通知你，在過去的6個月中，保證一天刷兩次牙，為你賺得足夠分數(shù)，可以在下一次健康檢查中打9折。你洗完澡（簡單的淋浴，否則會影響家庭令人羨慕的能耗分數(shù)以及它帶來的稅捐減免），穿上衣服，就可以在家庭辦公計算機上參加公司晨會，邊參與討論邊回復郵件，由于你和同事都以個性化的虛擬形象出現(xiàn)在電腦屏幕上，因此完全不必擔心有失禮儀。另外，自從隨意指定的銷售目標被個性化的“生活測定計”所取代（屏幕上會實時顯示客戶的積極反饋），你會感覺生活更有目的性，更能掌控自己每天的任務，這一天也將會變得很順利。

【約翰·帕夫盧斯（文）徐海燕（翻譯）】

靈活收費的公路

未來的公路同現(xiàn)在也許沒有太大區(qū)別，但它們很可能不再免費?！澳憧梢該碛兴饺塑嚨?，”Skymeter公司創(chuàng)始人貝恩·格魯什說，“但如果你想開車來拜訪我，就必須交納公路使用費?！盨kymeter的總部設在加拿大的多倫多，主要生產(chǎn)一種基于GPS技術的測量設備，用于監(jiān)測公路的使用情況。得益于GPS等無線定位技術的發(fā)展，估量公路的真實價值和駕駛的真正成本現(xiàn)在已經(jīng)可以做到了。這里涉及一個概念性術語，叫做“動態(tài)交通收費標準”,它是指司機按照行駛里程交納費用，而不是依靠注冊費或者燃油稅這些傳統(tǒng)方式。雖然目前這種方法只在少數(shù)地區(qū)試行，但城市規(guī)劃者認為，新方法能夠改善城市交通狀況，讓駕車者感覺愉悅。2010年早些時候，美國麻省理工學院和通用汽車公司的研究人員在《“未來車”世紀》一書中提到這種構(gòu)想。該研究認為，制定明確的道路收費標準，能夠優(yōu)化道路使用情況，減少交通堵塞和意外發(fā)生的幾率。

【湯姆·范德比爾特（文）王昊明（翻譯）】

人類數(shù)字處理工具

美國華盛頓大學的生物學家和計算機科學家創(chuàng)造了一個名為“蛋白質(zhì)折疊游戲”（Foldit）的在線小游戲，它的大獲成功證明，在處理復雜的科學問題上，人類直覺優(yōu)于計算機算法。Foldit在屏幕上向玩家呈現(xiàn)半折疊的蛋白質(zhì)，讓他們根據(jù)一些簡單的規(guī)則扭曲蛋白質(zhì)，使它形成理想的形狀。玩家預測出正確蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的速度不僅比任何算法都更快，還能憑直覺解決計算機或許永遠也不可能解決的問題。

華盛頓大學的計算機科學家、Foldit的發(fā)明者之一賽斯·庫珀說：“為了將蛋白質(zhì)折疊成正確的形狀，首先你可能需要從看似完全錯誤的幾個方向進行彎曲。人類在把玩虛擬物體時能夠看清全貌，并且找出那些巧妙的解決方法?！?/p>

【約翰·帕夫盧斯（文）徐海燕（翻譯）】

DNA晶體管

IBM和羅氏制藥公司的研究人員正在重新設計一種DNA 晶 體管”的全新測序設備，采用了一種簡單得近乎天真的測序方式：一個完整的DNA分子穿過硅芯片上一個直徑為3納米的小孔，與此同時，電子傳感器將一個一個地識別DNA分子的組成單元——堿基。DNA鏈通過納米孔的速度很難控制，IBM的研究小組想到可以利用DNA天然帶有負電荷的性質(zhì)來控制它們穿過納米孔的速度。參與該項目的科學家古斯塔沃·A·斯托洛維茨基說：“我們是這樣想的，如果測序儀的納米孔本身就帶有電極——層與層之間被絕緣材料隔開的金屬薄層，那么電場就會與DNA發(fā)生相互作用?！彪妶鰰白プ　盌NA,使它在納米孔中保持不動。當電場關閉，DNA會繼續(xù)通過納米孔，但當下一個堿基到達測序位置時，電場又會自動出現(xiàn)。這個過程會不斷重復，直到整個DNA鏈穿過納米孔。

盡管還存在問題，一些產(chǎn)業(yè)觀察家仍認為，“DNA晶體管”會成為一種快速、高效、成本低廉的基因組測序技術。在未來幾年內(nèi)，“DNA晶體管”測出一個完整基因組序列的成本就能降到1000美元以內(nèi)。

殺菌性凈水器

大部分傳統(tǒng)凈水器都用一些微孔來濾除細菌，但這些孔有可能被堵，因此需要付出不菲的代價定期維護。美國斯坦福大學的材料科學家崔屹發(fā)明了一種方法，可以用銀離子和電流殺死細菌，免除了后期維護的麻煩。他把從沃爾瑪買來的棉布浸入導電性碳納米管和銀納米線的混合材料中，做成一個簡單高效的殺菌性凈水器：銀納米線相當于一種高效殺菌劑，因為銀離子可以破壞細菌的遺傳物質(zhì)；另一種殺菌功效則來自微電流（由兩節(jié)9伏電池供電），因為它可以破壞細菌的細胞膜。在實驗室中，這種凈水器能殺死水中98%的大腸桿菌，而且由于棉布中小孔的直徑較大，凈水效率可達濾菌性凈水器的8000倍。

南非斯坦陵布什大學的科學家找到了一種方法，把殺菌性碳顆粒封裝在納米纖維中，以增大表面積，提高它們吸附有毒物質(zhì)和細菌的效率。這種凈水器的造價約為0.5美分，可以裝在普通瓶子的瓶頸處，每個“茶葉袋”能凈化1升污水。目前，南非國家標準局正在測試這種技術。完成測試后，科學家打算先嘗試性地把少量“茶葉袋”送往需要它們的社區(qū)。

四處游蕩的食草機器人

要不了多久，能夠自主行動的機器人就會在地球上四處走動，尋找生物質(zhì)原料，并將它們轉(zhuǎn)換為能量。強動力自動戰(zhàn)術機器人就是這樣一種機器人。美國馬里蘭大學克拉克工程學院智能系統(tǒng)實驗室主任、負責開發(fā)EAtR的美國機器人技術公司的董事長羅伯特·芬克爾斯坦介紹，EAtR能通過智能軟件從外表上分辨出它需要的“食物”——木屑、干樹葉及其他植物生物質(zhì)，以及巖石、動物糞便和金屬等廢棄物等對它們無用的東西，然后利用基于激光的近距離制導系統(tǒng)，控制自己的機器手抓取這些植物，并把它們送入一個通向外燃機的漏斗中，外燃機以此為燃料，給機載電池充電。芬克爾斯坦說，這種能自主工作的發(fā)電機會給軍隊、老百姓，甚至科學實驗帶來一場革命。

芬克爾斯坦希望在2012年推出一個能完全自主移動、覓食的模型。

【約翰·帕夫盧斯（文）申寧馨（翻譯）】

借用自然密碼

當計算機科學家嘗試著弄明白如何管理越來越復雜的數(shù)字化世界時，他們開始更多地從大自然尋找靈感。英國諾丁漢大學的計算機科學家朱莉·格林史密斯設計了樹突細胞算法，這一算法能夠檢測出計算機病毒和其他惡意代碼，就像我們的免疫系統(tǒng)能夠感知真正的病毒一樣。

另外一個由華盛頓州里奇蘭市西北太平洋國家實驗室網(wǎng)絡安全研發(fā)人員組成的團隊從螞蟻和其他群居昆蟲那里獲得了靈感。他們發(fā)明了“數(shù)碼螞蟻”,可以在計算機網(wǎng)絡中漫游，就像真正的螞蟻那樣在巢穴中巡視，并在察覺到威脅時能夠迅速將它們圍住。

美國州立波特蘭大學的計算機科學家梅拉尼·米切爾介紹說，這樣的“仿生學”算法與圖靈機和其他經(jīng)典的計算模型一樣歷史悠久。但是在這樣一個每年都有無數(shù)信息生成、信息量越來越飽和的網(wǎng)絡互連時代，基于大自然的編碼或許是處理這些信息最好的辦法。“由于人們越來越意識到計算再也不僅僅是計算機的事，對在生物科學和計算機科學之間開展合作具有濃厚的興趣，”米切爾解釋說，“這些生物系統(tǒng)全都擅長于一件事情，就是模式識別，甚至能夠在信息泛濫的情況下將有用信號從噪音中分離出來。

【約翰·帕夫盧斯（文）徐海燕（翻譯）】

以一當百的遺傳病檢測

美國Counsyl公司開發(fā)的新技術，只需要一點唾液就可以檢測100多種隱性致病基因。從某種意義上說，這就像是多種傳統(tǒng)獨立致病基因篩查的組合，從醫(yī)學角度看，最終結(jié)果是一樣的。然而新方法只需一次檢測，而且僅需350美元。Counsyl公司稱，新方法的準確率和特異率高達99%——也就是說極少產(chǎn)生假陽性或假陰性結(jié)果。到目前為止，Counsyl測試大多應用于不孕癥患者。能夠提供此項測試的耶魯生殖醫(yī)學中心的主任、Counsyl公司顧問委員會成員帕斯夸萊·帕特里奇奧表示，這種測試有助于協(xié)助醫(yī)生治療那些因不明原因而習慣性流產(chǎn)的夫婦。

【瑪麗·卡邁克爾（文）王冬（翻譯）】

從垃圾中獲取燃料

在不遠的將來，煉油廠的規(guī)?？赡軙〉街挥性陲@微鏡下才能看清結(jié)構(gòu)。它們的原料也會發(fā)生變化，甚至能將生活垃圾中的碳氫化合物轉(zhuǎn)換為燃料。

這種技術的關鍵是依靠外界作用，使垃圾中擁有氫或碳成分的分子產(chǎn)生變化，生成在室溫下為液態(tài)、適合作為內(nèi)燃機燃料的產(chǎn)物。

2010年 7月，美國LS9公司（位于南圣弗朗西斯科）的科學家宣布，他們修改了大腸桿菌的基因，讓它們能直接將糖轉(zhuǎn)化為烷類——這是碳氫化合物的一種，與標準煉油廠的許多產(chǎn)品屬于同一類。但是，只要適當修改基因組，也許在不久的未來，細菌就能將垃圾中的糖類轉(zhuǎn)變?yōu)槟闫囉拖淅锏娜剂稀?/p>

【馬修·L·沃爾德（文）王昊明（翻譯）】

越來越重要的垃圾DNA

人類基因組中負責編碼蛋白質(zhì)的部分只占2%,它們被稱為基因。其余部分在過去一直被生物學家認作“垃圾DNA”。但是近十幾年來，生物學家逐漸認識到，這一堆“廢物”實際上是一些非常重要的遺傳密碼，它們雖然不是基因，卻負責調(diào)控基因的表達。對垃圾DNA進行的更徹底的研究，可能顛覆我們對環(huán)境和基因間微妙相互作用的認識，還可以幫助人們制定出對抗疾病的全新戰(zhàn)術。

在垃圾DNA研究領域，每隔幾個月就會冒出一些令人激動的新發(fā)現(xiàn)。據(jù)2010年9月出版的《自然—醫(yī)學》雜志報道，科學家發(fā)現(xiàn)，一種叫做神經(jīng)母細胞瘤的罕見神經(jīng)系統(tǒng)癌癥可能與垃圾DNA相關，在這種癌癥患者體內(nèi)，一小段垃圾DNA產(chǎn)生的RNA使得某個抑癌基因失效。與之類似，科學家發(fā)現(xiàn)，一種罕見肌肉萎縮癥部分患者的第 4號染色體末端有一段特殊的垃圾DNA拷貝，拷貝數(shù)為1到10不等。垃圾DNA也不僅與罕見病癥聯(lián)系在一起，比如2010年2月發(fā)表于《自然》雜志的一篇文章就探討了第9號染色體上一個垃圾DNA區(qū)域與心臟病發(fā)病率之間的關系。

垃圾DNA還能幫生物適應環(huán)境。2009年5月，比利時魯汶大學的科學家發(fā)現(xiàn)，酵母的基因組中有一個基因，其活性直接受一段垃圾DNA重復次數(shù)的控制。因為這些DNA片段重復的次數(shù)比其他DNA區(qū)域更加頻繁，所以這種機制可以加速生物進化。

【梅琳達·溫納·莫耶（文）王冬（翻譯）】