全力開發未來九大技術 美國科學家現在忙什麼?

空管網際網路

空管網際網路能在沒有空管人員干預下，讓飛機安全地飛行。

半個世紀以來，空中交通管制系統的支持技術系統一直未曾發生重大變化，飛機需要依靠基於地面的雷達系統，以及空管人員的觀測，對飛機起飛、著陸及航程發出口頭指令。這種系統的成本極高，且很難擴容。

現在人們認為，利用現有技術有可能建成完全不同的空管系統。通過空管網際網路，每一架飛機能連續不斷地向其它飛機發送其身份、準確位置、速度和航向等信息。在這種系統中，軟體發揮著關鍵的作用。系統通過向飛行員發出如何保持自己的方位、使其路線最佳化，以及在能見度極差的情況下實施精確著陸等指令，來協調整個網路。從短期效益來看，這種技術能節省旅行者時間及降低燃油的消耗；從長期效益來看，它可在無須增加基礎設施和空管人員的情況下，讓更多的飛機飛向天空，大刀闊斧地改革空中旅行。

但專家們認為，這種依賴於軟體和飛機駕駛艙專用計算機，而無須空管人員發布指令的空管網際網路，仍需幾十年的時間才會成熟。

美國宇航局計畫於今年6月在弗吉尼亞州的一個小機場，演示這種自動化系統的原型。安置在接近機場的地面站的計算機系統將接收多架飛機發出的數據，即時給飛行員發出各種指令。如，告訴他們最初應保持的方位，其他飛機的確切位置，以及有哪些飛機正尾隨其後。如果自己駕駛的飛機錯過開進機場的時機，又該飛向何處等等。在各飛機駕駛座艙上的計算機顯屏上，將直觀地顯示出其他飛機現在何處。計算機將不斷發出指令，指引飛機如何航行。將來的空管網際網路將會更為先進。美國空軍正開始界定空管網際網路的基礎結構，希望在2008年至2012年前後，開始研發和測試自己的空管網際網路。

量子導線

由碳納米管編織的導線可高效輸電。對這種量子導線研究最多的是美國萊斯大學的斯馬利教授。他研製成功的15厘米長、由幾十億個碳納米管拉成的細線，代表著將會使輸電網出現全面改觀的新型導線的第一步。

斯馬利領導的實驗室目前正在從事一項4 年計畫，以研製基於碳納米管的「量子導線」。由量子導線製成的電纜，其輸電效果比銅導線要好得多。由於這種導線重量輕、且強度高，從而可讓現有電線桿承受比鋁電纜高10倍的輸電量。斯馬利稱，量子導線至少能具有現今超導體的功能，而又不需要高價冷卻系統，原因在於：在納米尺度，量子物理學的神秘特性佔主導地位，導線能輸運電流，且幾乎沒有電阻。

斯馬利小組已製出了100米長、由大量碳納米管構成的導線，但這種導線是150多種不同類型碳納米管的混合物，因而限制了其導電率。最好的導線將僅由一種碳納米管構成。斯馬利相信，在製造工藝過程開始時，增加一點單一品種納米管，可能夠催化大量相同納米管的產生，其實就是「克隆」最初的納米管。

硅光電子學

光纖的出現使網際網路得到迅速發展。一根頭髮絲細的玻璃光纖，比銅導線攜帶的數據高幾千倍。

但在計算機內部，目前銅導線仍佔統治地位，用來連接各個部件，這大大降低了信息流通傳導的速度。而且，在光通信中使用的激光器是由另一種半導體製成的，這種半導體同製造計算機晶元的硅是不相容的。隨著計算機的速度變得越來越快，已經接近銅導線載送信息能力的極限。因此，計算機內部也需要像光纖一樣的新一代導線，以使內部傳輸數據的速度加快。而若讓硅也能發光，則可以使上述問題得到解決。

讓硅發光是一個極難解決的問題。去年秋天，美國加州大學洛杉磯分校的一個研究小組實現了讓硅產生激光的夢想。今年2月，英特爾公司科學家又製成可連續發出激光的硅激光器以及硅調製器。英特爾公司相信，硅激光器將是提高計算機速度極限的有效方法。但最終實現同一晶元上元器件間的光波通信，還要花幾年時間，還要降低硅激光器的成本，以及減少其複雜性。

新陳代謝學

對新陳代謝的研究可能會導致發現新的診斷工具，從而使醫生可以在病情尚在蛛絲馬跡階段時，就能輕而易舉地進行診斷。

新陳代謝學就是分析幾千種類似糖和脂肪等小分子的代謝產物。如果新陳代謝信息能夠轉變成診斷測試，它將會早期、快速及準確地診斷出多種疾病。

幾十年來，醫生一直在測量一些代謝產物，以診斷病人可能患的疾病。例如，糖尿病人的葡萄糖水平就顯示此人患糖尿病。而新陳代謝學研究人員從幾百種分子中選出 12種左右的分子，即可視為特定疾病的特徵。美國國立衛生研究院「新陳代謝學計畫」主任勞赫林說：「我們希望，很多疾病擁有我們能測量的『指紋』。」

目前，新陳代謝學研究人員正尋找諸如孤獨症和遺傳性慢性舞蹈症的疾病特徵。一些公司也力圖將基於代謝產物的診斷測試，在幾年內推向市場。美國北卡羅來納州的 「Motabolon」公司目前正在尋找肌萎縮性側索硬化代謝標記物。加拿大一家公司也正在研發基於代謝產物的、早老性痴呆的診斷測試方法。

磁共振力顯微鏡

這種新型顯微鏡有希望對分子世界進行立體觀測。磁共振力顯微鏡（MRFM）是將磁共振成像儀和原子力顯微鏡相組合的產物，將可對納米世界進行三維觀測。

IBM 阿爾馬登研究中心的物理學家，最近採用磁共振力顯微鏡，探測到單電子的「自旋」。但這一成果仍遠未達到立體「快鏡拍照」一個原子和分子的夢想。如果達到這一步，則證明磁共振力顯微鏡能完成原子尺度的成像。通過用磁共振力顯微鏡幫助藥物研究人員，設計出蛋白質的結構，將為開發更安全、有效的藥物提供最佳工具。

超高密度數據存儲

利用納米管的物理取向，有可能實現超密度數據存儲。它屬於下一代超大、低功率存儲信息系統，有可能取代從快閃記憶體到硬碟的多種信息存儲器。

據專家估計，20年內人們可以在筆記本計算機內存儲所有已製成的DVD盤內容。目前由Nantero公司研發、又稱為「懸浮碳納米管」存儲，是讓碳納米管懸浮在電極上空幾納米處，使碳納米管與電極之間沒有電流通過。這一狀態代表數字零。當微弱電壓加到碳納米管上時，碳納米管下垂，同電極接觸，而等於存儲數字 1。該公司稱，目前他們製出的存儲器，每平方厘米能存儲1億位信息。通過進一步改進，每平方厘米矽片可存儲1萬億位信息。除了「懸浮碳納米管」存儲方法外，摩托羅拉和IBM公司正研發「磁隨機存取存儲器」，而惠普公司在研發「分子存貯器」方面處於領先地位。

新型細菌工廠

青蒿素是治療瘧疾的良藥，但青蒿素要從香苦蒿中提取。受香苦蒿來源的限制，所提取的青蒿素不能滿足全球5億名瘧疾患者的需求。美國加州大學伯克利分校的生物工程師吉斯林，正在研究利用特殊的遺傳工程細菌來生產青蒿素。

吉斯林不是向細菌中插入幾個外來基因，來改進細菌的行為。而是採用向普通的大腸桿菌插入一組酵母基因。這些基因誘發大腸桿菌製造松稀油的化學先驅物，而松稀油是一種青蒿素屬化合物。吉斯林還將香苦蒿的幾個基因拼接到大腸桿菌中，使其製造青蒿素酸。吉斯林想通過不斷改進最終製造出青蒿素。

利用細菌工廠不僅只用來生產青蒿素，Amyris生物公司希望採用吉斯林製造松稀油的方法，來製造Prostratin，它是一種有應用前景的抗愛滋病毒化合物。科學家還準備用細菌製造「太平洋杉醇」。這是一種在市場上出售的治療乳腺癌的藥物。

抗手機病毒軟體

目前世界上已經發現第一種能摧毀手機操作系統的木馬病毒，它能通過手機文件共享或網際網路QQ傳染。

手機病毒已引起廣泛關注。因為手機的用途日益廣泛，手機正同各種計算機系統相連，手機病毒的傳播將極大危害計算機及網路系統的安全。例如手機很快就要作為一種付費的裝置。從理論上講，手機病毒會擾亂公司的賬目。

根據一家研究公司估計，用於移動系統安全上的花費，將從2004年的1億美元，增長至2008年的10億美元，其中主要是研發抗手機病毒軟體。

生物機械電子學

生物機械電子學的主要目標，是將機械同人體神經系統相結合，以產生像真人四肢一樣的新一代人工假肢。

傳統假肢常常會同使用者分離，特別是膝關節以上的截肢者，常會發生絆倒及走路失態。美國麻省理工學院媒體實驗室希爾教授目前正在研發可精確操控的可靠假肢。如今，市場上出售的一些改良型假膝關節已裝入微處理器，使假肢能自然彎曲，幫助使用者行走。而希爾研發的假膝關節更為先進，裝入的感測器能測量膝關節的彎曲程度及使用者步行時施加給膝關節的力度。希爾也在研究新一代人工假腳踝。而他所從事的研究工作就是生物機械電子學的一部分。

在生物機械電子學領域，研究人員正在建造能同使用者神經系統連為一體的機器人假肢。據希爾預測，今後5至7年內，脊髓受傷的患者將可通過控制新一代人工外骨骼，移動假腿，重新行走。由於美軍入侵伊拉克，許多被截肢的士兵返美後，需要安裝更好的假肢。美國退伍軍人部已投資720萬美元，支持希爾等人製造更逼真假肢的研究工作。