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美國《大眾機械》:2010十大科技猜想(圖)

2009-12-14 20:45 桌面版 简体 0
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美國《大眾機械》:2010十大科技猜想
美國《大眾機械》(Popular Mechanics)雜誌 

近日,美國《大眾機械》(Popular Mechanics)雜誌網站撰文,對2010年的科技發展趨勢進行了分析,並預測了2010年或將取得重大研究進展的十項科技產品或科技概念,其中包括仿人機器人、"超級電容"動力汽車等。
  
1、仿人機器人(Anthropomimetic Machines)
  
現有的機器人無論在外表上與人類有多麼相似,它們體內一堆堆雜亂的電線卻永遠無法與人類體內複雜的器官相媲美。目前,歐洲一支科學家團隊正致力於縮小這種差距。他們所研製的一種機器人原型就已經具備了一定的仿人功能,即這種機器人在高度模仿人類的特點。在這種仿人機器人體內,有一副由熱塑性塑料所製成的骨架,有一組模仿人類肌腱的驅動器,該驅動器可以對肌肉做出反應。2010年,科學家們的目標是利用這個原型製造出一種更像人類的實體機器人。這種機器人可以像我們人類一樣對不同的環境做出不同的反應。
  
2、直接碳燃料技術(Direct Carbon Fuel Cell)
  
煤碳很黑很髒,燃料電池大多都是採用氫燃料,這些傳統的觀念已在人們的意識中根深蒂固。但是,新一代的"直接碳"燃料電池將挑戰這種傳統觀念。在傳統氫燃料電池中,氫燃料的獲得過程比較複雜。"直接碳"燃料電池則是利用氧氣與煤粉之間的電氣化學反應來產生電量。這種技術的好處是:發電所需要的燃料(煤碳)不再需要燃燒,而且能源利用效率比傳統的燒煤電站高出兩倍。美國加利福尼亞州"直接碳科技公司"預計,到2010年,該公司將實現一個10千瓦容量的原型發電系統。而俄亥俄州的"包含能源公司"則準備利用這種技術為一個小型燈泡提供電力。當然,這項技術仍處於初期階段。兩家公司都希望能夠根據這些原型系統研製出"直接碳"燃料電池,提供一種清潔、高效的碳能源。
  
3、新陳代謝學(Metabolomics)
  
在過去五年中,加拿大阿爾伯特大學科學家們一直在致力於"人體代謝組計畫"的研究,並完成了關於人類代謝組物的首個資料庫,其中包括8000餘種自然代謝物,如1450種藥物、1900種食品添加劑和2900種毒素等。利用資料庫信息,科學家們可以分析出病人新陳代謝的整體輪廓,並檢測出可能致病的原因。如今,這些檢測和分析工作往往依賴於價值數百萬美元的設備,而且設備大部分都侷限於研究性實驗室中。"人體代謝組計畫"資料庫公布於2007年,現在已得到部分商業應用,如藥品研製和疾病診斷等。如果該資料庫能夠繼續得到深入研究,未來它將可廣泛應用於身體檢查和疾病診斷等醫學領域,而且檢測速度更快,診療費用更低。
  
4、DNA結構微型晶元(DNA Origami)
  
多年來,美國加州理工學院的科學家們一直致力於DNA結構的研究併發明瞭一種所謂的"DNA折紙術"。"DNA折紙術"就是將天然DNA單鏈中的長鏈進行反覆折疊,並用短鏈加以固定,由此就能繪出方形、星形等一系列對稱的DNA圖形。關於"DNA折紙術"的應用,此前一直都很少有人問津。直到IBM公司宣布將與加州理工學院的科學家合作,雙方共同研製基於"DNA折紙術"的人工DNA納米結構微處理器晶元,人們才知道這種所謂的折紙術還有真正的用途。這是半導體行業中利用生物分子處理數據的首個案例。DNA之類的生物結構,實際上提供了一些循環重複的模式,半導體行業恰好可以利用這一點。據瞭解,在IBM未來利用DNA分子結構研製的晶元上,電子線路間的距離將僅僅為6納米左右,比目前的45納米的標準取得了大幅的改進。利用這種技術,IBM公司將研製出更小、更便宜的微處理器晶元。
  
5、壓電顯示器(Piezoelectric Display)
  
很久以前,科學家們就已經掌握了現有壓電物質的屬性。這種物質可以將電能轉化為物理應力,反之亦然。如果將這種特性應用到電子顯示器上,那麼就能夠生產出可以變形的顯示器屏幕。2010年,這種技術或將成為主流顯示器產品的生產技術,比如應用於手機屏幕上。當手機關機時,屏幕可以變硬從而起到保護作用;當開機時,屏幕可以變軟,形成一個可按壓的觸摸屏。
  
6、骨整合技術(Osseointegration)
  
最理想的假肢就是它使用起來能夠像人體自然生長的肢體一樣。骨整合技術的目標就是將假肢與人體現有的殘肢實現完美的結合。所謂的骨整合是指在體內埋植的種植體與組織之間不存在結締組織的結合。一些植入材料具有良好的生物相容性,如純鈦、生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷等。如今這項技術已經應用於一些小型手術,如牙齒整形和面部整形方面。研究人員計畫將它全面應用於肢體修復手術。2008年,研究人員成功地為一隻德國牧羊犬實施了小腿骨整合手術。2010年,美國北卡羅萊納州立大學將對幾隻殘廢的狗和動物園中的虎貓實施骨整合手術。隨著成功的案例越來越多,骨整合技術必將應用於人體之內。
  
7、水平鑽探技術(Horizontal Drilling)
  
在美國,在深達大約3000多米的岩層之下,蘊藏著數萬億立方英尺(1萬億立方英尺約合283億立方米)的天然氣。然而,面對儲量如此巨大的天然氣資源,美國人卻往往有遠水解不了近渴的感覺。普通的鑽井根本無法鑽出大量的天然氣,因為密集的岩石阻礙了天然氣的流動。解決辦法就是沿著岩層進行水平鑽探,即首先鑽出垂直鑽井,到達天然氣層後再90度大轉彎實施水平鑽探。當然,這種思想並不是最新概念。但是,真正實施起來卻需要相當高的技術支持。美國第三大天然氣生產商切薩皮克能源公司計畫到2010年底將水平鑽井數量提高到40個。
  
8、移動水電站(Kinetic Hydropower)
  
傳統的水電項目需要大壩,而水電大壩的建設往往會破壞當地的自然景觀和生態系統。於是,就有科學家提出了一種小動作的水電建設技術,即可移動的水電站。這種可移動水電站的原理其實就是利用河流和潮汐的運動帶動水下渦輪機進行發電。早在2006年,美國綠色能源公司就已經開始在紐約東河試驗這種技術,當時他們在水下共安裝了6臺試驗渦輪機組。2010年,該公司計畫進行全面建設,在東河中安裝30臺渦輪機組,為美國電網輸送1兆瓦特的電力。世界各地也有許多類似的項目計畫於2010年實現大規模建設,如加拿大芬迪灣的潮汐渦輪機組。芬迪灣是世界上潮汐落差最大的海灣。

9、納米織物(Nanoyarn)
  
1991 年,當碳納米管剛剛問世時,曾被吹捧為"新一代的偉大發明"。先不論這種說法是否有些誇張,但碳納米管確實有它的獨特之處,如強度以及導電和導熱能力,它的強度甚至要超過鋼鐵的100倍。然而,直到現在,碳納米管的實際應用產品仍不多見。不過,尷尬的碳納米管技術或將迎來真正的春天。美國新罕布希爾州納米複合材料科技公司準備將碳納米管織成細紗或布料,並計畫投入商業應用。近日,該公司已經向一家生產航天器材的公司提供了長達6英里(約合9、7公里)的納米線。美國國防部也對這種材料很感興趣。在一次試驗中,由這種材料製成的防彈衣成功地擋住了子彈。美國國防部認為,這種材料將可能成為下一代防彈衣的主要布料,而且它比現有的防彈衣材料凱夫拉爾(即纖維B)織物更輕、更薄。
  
10、超級電容(Ultracapacitors)
  
現在的電動汽車所面臨的最大挑戰就是蓄電池問題。無論是鉛酸電池、鋰電池還是氫燃料電池都具有相似的缺點,如成本高、壽命短、存在安全隱患、報廢後易形成二次污染等。正是這些瓶頸制約著電動汽車的發展,很難在短時間內得到大規模商業推廣。於是,就有科學家提出了一種"超級電容"技術。與普通蓄電池相比,"超級電容"壽命更長,持久力更強,沒有化學反應所帶來的污染,沒有蓄電池的記憶問題。科學家們為這種目標已經進行了多年的研究,美國麻省理工學院正在研製一種基於納米管技術的"超級電容",而美國阿爾貢國家實驗室研究的則是一種混合"超級電容"。不過,取得最大研究進展的還是美國德克薩斯州的埃斯托(EEStor)公司。今年4月,該公司宣布他們所研製的"超級電容"已經通過關鍵測試。儘管人們仍對這種"超級電容"的真正性能持懷疑態度,但是該公司的合作方、加拿大ZENN汽車公司已經開始通過廣告大肆宣傳稱,2010年"超級電容"動力汽車即將面世。


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