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“改變世界”一詞似乎已經(jīng)在科學(xué)界被用爛了，每當(dāng)一個(gè)新發(fā)現(xiàn)面世，都常被冠以“革新者”的封號(hào)，好像它們都是“橫空出世”一般�！犊茖W(xué)美國人》編輯部評(píng)出的“2016年十大創(chuàng)新技術(shù)”。雖然現(xiàn)在還無法確定評(píng)選出的包括量子衛(wèi)星、碳呼吸電池等技術(shù)影響力如何，但真正的革新者總會(huì)走出不被看好的陰影，創(chuàng)造了一次又一次新的變革。
碳呼吸電池
理想的碳儲(chǔ)存技術(shù)可以產(chǎn)生電能，而非消耗。今年七月，康奈爾大學(xué)的兩位研究人員在《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表了論文，描繪了一種捕獲二氧化碳的電化學(xué)電池設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)中，電池的正極由金屬鋁制成，這種材料非常便宜、豐富而又易于處理。陰極由多孔碳構(gòu)成，研究人員往里注入氧氣和二氧化碳的混合物。鋁、氧氣和二氧化碳在電池內(nèi)部反應(yīng)，產(chǎn)生電能和草酸鋁。
通過碳排放計(jì)算可以得出，電池每消耗1公斤鋁可以吸收3.25公斤的二氧化碳。
超級(jí)分子
哥倫比亞大學(xué)化學(xué)系教授柯林·納科爾斯表示：“很多時(shí)候，你想要的是一種并不存在的原子�！倍盟^“超級(jí)原子”組成的超級(jí)分子可以滿足這個(gè)需要。
超級(jí)原子是行為如同單個(gè)原子的原子團(tuán)，研究者可以設(shè)法使其具備特別的電磁特性，這是元素的自然組合很難或不可能獲得的性質(zhì)。雖然化學(xué)家早在幾十年前就知道如何構(gòu)建超級(jí)原子，但一直找不到一種可靠的方法將它們連接成更大型的結(jié)構(gòu)。
廉價(jià)的診斷試紙
過去10年里，研究人員一直在尋找一種廉價(jià)又便捷的試紙?jiān)\斷方法，類似驗(yàn)孕棒或驗(yàn)孕試紙，以便在這種場合拯救生命。
第一代診斷試紙一般只能發(fā)現(xiàn)入侵物產(chǎn)生的分子或致病微生物，從而檢測疾病。但接下來有可能出現(xiàn)直接檢測病原體DNA的診斷工具。這些工具叫核酸測試，可以讓醫(yī)生在疾病最早期就能準(zhǔn)確地診斷出疾病。耶格爾和哈佛大學(xué)的化學(xué)教授喬治·懷特賽茲等研究者正各自獨(dú)立研究核酸試紙。
能視讀的電腦
給你看一個(gè)陌生字母表里的字母，再要求你在紙上還原出來，你很有可能做到。但電腦卻不行，就算它有最先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)算法也不行。這些機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)需要通過大量數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)，也只能區(qū)分出基本的圖片。
目前，電腦借助貝葉斯規(guī)劃機(jī)器學(xué)習(xí)框架，已離這一飛躍不遠(yuǎn)了。貝葉斯規(guī)劃學(xué)習(xí)方法和深度學(xué)習(xí)有本質(zhì)上的差別。貝葉斯規(guī)劃學(xué)習(xí)的靈感來自人腦的另一種能力：推斷出可以生成某種模式的一系列動(dòng)作。這種機(jī)器學(xué)習(xí)方法既全能又高效。
終極抗病毒
病毒一直保有擅長躲避人造藥物攻擊的“形象”，但它們面對(duì)罕見基因突變“ISG15”時(shí)卻變得力不從心。帶有這個(gè)突變的人能更好地防御大多數(shù)禍害人類的病毒。但這一幾率實(shí)在太小，每1000萬人中只有不到1人攜帶這一突變。西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院的杜贊·博古諾維奇認(rèn)為，可以模擬這一突變用于研發(fā)藥物。如果如他所言，他有可能找到一種可以臨時(shí)對(duì)抗所有病毒的藥物，從而讓人避免感染病毒而生病。
博古諾維奇希望找到一種藥物，可以通過相同方式把ISG15突變作為目標(biāo)。“只要稍稍調(diào)整一下我們的系統(tǒng)，就可以壓住感染的第一波爆發(fā)�！辈┕胖Z維奇的團(tuán)隊(duì)正從1600萬種化合物中篩選有前景的抗病毒藥物。當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)候選化合物以后，就需要精細(xì)地調(diào)整化合物的化學(xué)性質(zhì)，完成毒理學(xué)和動(dòng)物試驗(yàn)，并最終進(jìn)行人體臨床試驗(yàn)。
可制冷的衣服
空調(diào)制冷需要消耗能源，而獲取能源又會(huì)增加溫室氣體的排放。僅在美國，每年空調(diào)“貢獻(xiàn)”的二氧化碳排放量就達(dá)到了一億噸。
崔屹是斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)教授，他想利用衣服本身幫助人們降溫。但即便是最輕薄的棉纖維衣物也會(huì)吸收身體發(fā)射出的紅外線，從而鎖住熱量。崔屹和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，一種用于制造鋰離子電池的納米多孔聚乙烯材料，可以將輻射散發(fā)出去。
相比棉質(zhì)衣服，這種材料可以讓模擬的人體皮膚多降溫2。崔屹團(tuán)隊(duì)于2016年9月在《科學(xué)》雜志上報(bào)告了這一發(fā)現(xiàn)。崔屹表示：“如果穿上這種衣服，只要外部溫度略低于體溫，你就會(huì)感到?jīng)隹��！比绻谴鬅崽�，你可能忍不住開空調(diào)，但穿上這件衣服可以調(diào)高空調(diào)的溫度。有研究顯示，空調(diào)溫度只需調(diào)高幾度，能耗就能降低近一半。
貧困檢測軟件
去年，聯(lián)合國設(shè)定了一個(gè)目標(biāo)，旨在到2030年時(shí)消除全球范圍內(nèi)的極端貧困。想要實(shí)現(xiàn)，首先就要找到最貧困的人都住在哪里。實(shí)際上，在貧窮或易發(fā)沖突的國家進(jìn)行經(jīng)濟(jì)調(diào)查不僅成本高，而且非常危險(xiǎn)。研究人員選擇在人造衛(wèi)星拍攝的夜間照片中尋找特別暗的區(qū)域�！巴砩狭疗饋淼牡胤浇�(jīng)濟(jì)狀況通常更好”，斯坦福大學(xué)地球科學(xué)系統(tǒng)助理教授馬紹爾·博克解釋說。但這種間接調(diào)查方法也有它的缺陷，尤其在判斷貧困程度時(shí)，從太空上俯覽，輕度貧困和極端貧困地區(qū)一樣漆黑。
可服用的微機(jī)器人
現(xiàn)在麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)明了一種機(jī)器人，可以在完全不需要切口的基礎(chǔ)上，在胃中完成簡單的手術(shù)。病人只需把它吞下去。這種衛(wèi)星機(jī)器人被包裹在一用冰做的錠劑中，一旦被服下將直接進(jìn)入到胃中。當(dāng)冰溶化后，這個(gè)微型機(jī)器人將像一張折紙一樣舒展開，它們會(huì)在遇熱或受磁場作用時(shí)膨脹或收縮，并借此移動(dòng)。外科醫(yī)生通過電磁場影響機(jī)器人上的磁鐵，并借此控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。
量子衛(wèi)星
在現(xiàn)實(shí)的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，或篡改卻從未停止過。而量子密鑰分發(fā)的問題在于，沒人知道如何遠(yuǎn)距離傳輸糾纏光子。不過就在今年8月，中科院在解決這個(gè)問題上邁出了一大步，他們成功將世界第一顆量子衛(wèi)星“墨子”送入了軌道。
如果中國研究人員創(chuàng)造了量子密鑰傳輸距離的新紀(jì)錄，未來的衛(wèi)星就能為不可攻破的“量子互聯(lián)網(wǎng)”提供一個(gè)軌道平臺(tái)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，物理定律可以確保加密數(shù)據(jù)包的絕對(duì)安全。
新型抗生素
由英國政府委托的一項(xiàng)研究估計(jì)，到2050年，抗生素耐藥性每年將導(dǎo)致全球范圍內(nèi)1000萬人死亡。
研究人員試圖修補(bǔ)抗生素的化學(xué)性質(zhì)，使其更有效地對(duì)抗耐藥菌株，但到目前為止幾乎沒有成功的例子。而最近，哈佛大學(xué)化學(xué)與生物化學(xué)教授安德魯·梅爾斯和他的團(tuán)隊(duì)找到了合成大環(huán)內(nèi)酯的實(shí)用方法。他們把大環(huán)內(nèi)酯分解成八個(gè)基本模塊，已經(jīng)合成了超過300種新型化合物。邁爾斯已經(jīng)成立了一個(gè)公司，將制藥過程商業(yè)化。
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