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北京市科协主办
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图源:Vanessa Branchi

《科学美国人》与世界经济论坛一起确定了今年的“十大新兴技术”名单。

1.环境:生物塑料可解决一个主要的污染问题

每年都会有大量的塑料被生产,但只有不到15%的塑料垃圾会被回收。剩下的大部分被焚烧、填埋或丢弃在环境中,持续存在数百年。

2019十大新兴技术总结

图源:Vanessa Branchi

利用纤维素或木质素生产塑料则有望克服以上缺点。对环境的另一个好处是,纤维素和木质素可以从非食用植物中获得,比如巨型芦苇,或者废弃的木材和农业副产品。

2.工程学:社交机器人与人类和谐相处

像大多数机器人一样,社交机器人使用人工智能来决定如何根据摄像头和其它传感器接收到的信息采取行动。通过研究人类情感的形成,机器人已经掌握了以栩栩如生的方式做出反应的能力。人工智能的进步,使设计师能够将这种心理学和神经科学的见解转化为算法,使机器人能够识别声音、面孔和情绪等来适应人们的需求。

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图源:Vanessa Branchi

例如,一个名为Pepper的47英寸人形机器可以识别人脸和基本的人类情感,人们可以通过其身前的触摸屏与它进行对话。Mabu(来自Catalia Health)会成为病人、尤其是老年人的健康助手,提醒他们散步、服药,并可以打电话给家人。

3.工程学:微型透镜使微型光学设备成为可能

用传统的玻璃切割和玻璃弯曲技术很难制造出微小的镜片,而且玻璃镜片中的元素通常需要堆叠起来才能正确对焦。工程师们最近发现了更小、更轻的金属替代品,这些透镜可以使显微镜和其它实验室工具、产品更加小型化。

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图源:Vanessa Branchi

在未来的几年里,这种微型镜片可能会被用于制作小型且可批量生产的传感器、诊断工具,如内窥镜成像设备和光纤。

4. 医学与生物技术:一类特殊的蛋白质为治疗癌症和老年痴呆症的药物提供了有希望的靶标

内在无序蛋白(IDPs)会引起从癌症到神经退行性疾病在内的各种疾病。

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图源:Vanessa Branchi

然而,医学研究人员还未能提出有效的治疗方法。因为目前正在使用的大多数药物要靶向用药,就需要目标是稳定的,但IDPs却不能停留太长时间。

如今,科学家们正在利用生物物理学、计算能力以及对无序蛋白的理论知识,来识别能够抑制这些蛋白质的化合物,其中一些已经成为真正的候选药物。

随着IDPs在称为无膜细胞器的关键细胞部位中所扮演的角色越来越清晰,药物清单将继续增长。这些细胞器会在特定的时间将重要的细胞分子(如蛋白质和RNA)聚集在一起,同时将其它分子分开。而通过使用新型的分子操作工具,研究人员能控制液滴的形成。

这一发现很重要,因为在液滴形成和分解的过程中,IDPs能维持住一会儿状态,那么药物就能找到这一靶点。

5. 环境:智能肥料可以减少环境污染

施肥可能会提高农作物的产量,但也经常会损害到环境。幸运的是,更环保的产品已经出现,而且变得越来越智能。

肥料中的物质如氨水、尿素,在与水反应时会产生氮,碳酸钾或其它矿物颗粒与水反应会产生磷。肥料中的营养物质只有少量会进入植物体内,相反,大量的氮以温室气体的形式进入大气,而磷最终进入水域,引发藻类的过度生长。因此,控制肥料的配方是关键。

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图源:Vanessa Branchi

最近,研究人员开发出了可以随着土壤温度、酸度或湿度的变化调节外壳,以所需的方式改变营养的释放速率的“控释肥料”。

尽管控释技术提高了肥料的使用效率,但并不能消除肥料使用的所有缺点。例如这些产品仍然包括氨、尿素和钾肥,且生产过程依旧会导致温室气体的排放。

6.计算机:远程协同网络让距离变得毫无意义


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图源:Vanessa Branchi

远程协同网络可能会改变人们的虚拟互动方式。来自不同地方的医生可以仿佛在同一个房间里一样,远程与患者合作;朋友和家人能待在不同的地方,却仿佛正在一起游览城市。

结合现有的AR和VR技术,以及逐步发展的5G技术,人们的日常生活和工作也将发生翻天覆地的变化。。

7. 公共卫生:先进的食品追踪和包装将拯救生命,杜绝浪费

据世界卫生组织统计,每年约有6亿人食物中毒,42万人死亡。当疫情爆发时,调查人员可能要花几天或几周的时间来追踪源头。

有两种技术的联合使用可以减少食物中毒和食物浪费。区块链技术可创建供应链路径,人们可以在路径的信息记录中找到食品的来源,而改进的食品包装则提供了新的方法来确定食品是否在适当的温度下储存,以及它们是否已经开始变质。

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图源:Vanessa Branchi

8. 能源:建设更安全的核反应堆

核反应堆危险的关键在于:存储燃料的锆合金如果过热,它与水反应,就会产生氢气,并发生爆炸。

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图源:Vanessa Branchi

各大公司正在加速开发所谓的耐事故燃料。这种燃料不太可能发生过热,即使发生过热,它们也只会产生很少的氢气,甚至不会产生氢气。

有的制造商则在试验“第四代”模型,该模型使用液态钠或熔融盐代替水来转移裂变产生的热量,从而消除了产生危险氢气的可能性。

9. 医学与生物技术:DNA数据存储比你想象的更接近现实

根据统计,在2018年,谷歌每分钟进行388万次搜索,人们在YouTube上观看了433万个视频,发送了159362760封电子邮件,发了47.3万次推特,在Instagram上发布了4.9万张照片。如果继续这样下去,我们即将面临严重的数据存储问题。

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图源:Vanessa Branchi

一种替代技术正在发展:基于DNA的数据存储。它可以很容易地进行常规排序(读)、合成(写)和精确复制。

DNA能够以远远超过电子设备的密度准确地存储大量数据。一个边长约一米的DNA立方体就可以满足全世界目前一年的存储需求。但受限的条件之一则是读写DNA的速度。

10. 能源:大型能源储存使可再生电网成为可能

世界获取电力的方式正在经历一个快速的转变,风能和太阳能的技术逐渐成熟。如今,电力公司需要一种方法,将能源存储在“口袋”里,以便能在没有阳光和风平浪静的时候使用。这种需求正引起人们对储能技术的兴趣,尤其是锂离子电池。

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图源:Vanessa Branchi

据专家们说,锂离子电池可能将成为未来5到10年的主导技术,持续的改进将使电池能够储存4到8个小时的能量。

但是,要想让可再生能源和能源储存能够满足发电的基本负荷,需要更长的时间跨度,这意味着锂电池已经无法满足需求。目前,其它的替代性选项仍在开发中,研发人员致力于实现具有与锂离子电池一样足够的可靠性、效率和成本竞争力。


不限id也送彩金的网站五线谱编译自scientificamerican,译者李彤馨,转载须授权