10種新興技術將改變世界

1.無線傳感器網絡

大鴨島是世界上*先進的無線網絡實驗的適宜地點。2002年夏季，研究人員把許多被稱為“塵埃”的很小的監控裝置裝到了有海燕巢的洞穴中。這些裝置的尺寸隻有它們用的電源――一對AA號電池那麽大，並且裝備了一個處理器，一個小量計算機存儲器和監控光、濕度、壓力與熱量的傳感器。另外還具有一個無線電接收器，其功率之大，足以將數據的代碼片斷傳送給附近的“塵埃”和傳遞以存儲段形式接收自臨近其它“塵埃”的信息。

這不隻是鳥類智能收集中的*新裝置。這些“塵埃”還預展著一個到處是以電池為電源的無線傳感器網絡的未來，這些傳感器監控91麻豆福利视频网的環境、機器甚至91麻豆福利视频网自己。加利福尼亞大學伯克利分校計算機科學家大衛?卡勒近4年來一直致力於實現這樣的未來。他說：“這是信息技術的一大機會，低功率無線傳感器網絡是計算的未來的先驅。”

2.可注入組織工程

在美國，每年有70萬患者要做關節替換手術。這些用人造關節來取代膝關節或髖關節的手術是高度入侵性的，因此很多患者盡可能地推遲手術。霍普金斯大學生物醫學工程師埃利西芙希望能用可注入組織這種完全取消手術的療法來改變這種情況。她開發了一種方法來注射關節，用的是特殊設計的聚合物、細胞和生長刺激劑的混合物，這些混合物可以凝固並形成健康組織。

盡管大部分可注入係統的研究都集中在軟骨和骨上，但觀察家們認為，這項技術應該擴展到如肝髒和心髒的組織。這種方法可以用來替代一個器官的致病部分，或增強其功能。在出現心力衰竭時，不是打開胸腔植入一個人造瓣膜或肌肉組織，而是簡單地注入合適的細胞和作為生長信號的物質的混合物就可以了。在這個領域裏，下一個前沿是在一個強大的新工具即幹細胞方麵。幹細胞來源於骨髓和胚胎等，具有分化成為多種細胞的能力。已經探索了幹細胞同時長成新軟骨和骨的能力，這是組織工程中*複雜的技術之一。他們做出聚合物和幹細胞的混合物層，並在每層中注入特殊的化學信號以引發細胞長成骨或軟骨。這種混合材料可以簡化膝關節替換手術。例如，簡化外科醫生替換脛骨上部及其上麵的軟骨的手術。

3.納米太陽能電池

加利福尼亞大學伯克利分校化學家阿利維薩托斯對於利用太陽能有一個好主意：用納米技術製造能夠像塑料包裝紙或塗料一樣伸展的光電材料。納米太陽能電池不僅能與其它建築材料結合在一起，而且有望*終使太陽能電力作為替代電力廣泛應用而且低成本生產。

迄今為止，阿利維薩特斯製造的原型太陽能電池由厚度僅為200納米的納米棒聚合物複合材料薄片組成。電極薄層夾在複合材料薄片之間。當陽光照到這些薄片時，它們就吸收光子，激發在複合材料中占90%的聚合物和納米棒中的電子。結果在電極產生了有用的電流。

初期的成果是令人鼓舞的。但是現在研究中的幾個方法可使其性能進一步提高。**個是阿利維薩特斯等人已經轉而使用一種新型納米棒材料――鎘碲化物，它比他們*初使用的材料鎘硒化物可以吸收更多的陽光。科學家們在分支組裝時將納米棒排列整齊，這樣導電率比隨機混合的納米棒更高。納米棒太陽能電池可以被鋪開、噴射或打印甚至塗敷在表麵上。公共汽車上的廣告牌也可以是太陽能收集裝置。

4.機械電子學

為了提高汽車從燃料經濟性到性能的每一個指標，研究人員正在致力於“機械電子學”，這是熟悉的機械係統與新型電子器件、智能軟件控製係統的集成。以車閘為例，在今後5至10年內，電子機械傳動裝置將取代液壓缸，電線將取代車閘液流管，軟件在駕駛員的腳和使汽車減緩的動作之間進行調節。由於人的生命維係於這些機電係統，因此工程師們正在使用軟件來實時確認和改正缺陷，保證這項技術萬無一失。

5.網格計算

在20世紀80年代，“互聯網協議”使91麻豆福利视频网可以連接任何兩台計算機，並且被稱為互聯網的大型網絡在全球蓬勃發展。90代“超文本傳送協議”使91麻豆福利视频网可以連接任何兩個文件，同時被稱為萬維網的大型在線圖書館及購物商場在互聯網上蓬勃發展。現在，迅速出現的“網格協議”可能允許91麻豆福利视频网連接幾乎任何東西：數據庫、模擬和視覺化工具，甚至是計算機本身的數字搗弄電源。很快91麻豆福利视频网會發現91麻豆福利视频网處身於這個*大的發展之中。

南加利福尼亞大學信息科學學院的卡爾說，如果你想在現在的互聯網上找到一些問題的答案，你就會陷入神秘的進入係統程序和不兼容軟件。但是使用網格計算，這就非常簡單了：網格協議為發現、評估和調用網上任何資源，同時為建立**與鑒定所必須的**措施提供標準手段。

全世界進行中的建設依靠許多分布式計算機，實際上它們都使用總線工具包。這些計算機具有**的計算能力，應用範圍很廣，從遺傳學、粒子物理到地震工程。美國國家科學基金會的價值8800萬美元的“萬億網格”計算機是*大者之一。當今年底完工時，這台通用分布式超級計算機的速度將可以達到每秒21萬億次浮點運算，是世界上*快的運算係統之一。IBM、太陽微係統和微軟等公司對網格計算的支持正在達到高潮。

6.分子成像

由於細胞生物學、生化製劑和計算機分析的進步，分子成像技術蓬勃發展。分子成像是許多技術的簡稱，這些技術能夠讓研究人員看到身體內的基因、蛋白質和其它起作用的分子。世界各地的研究小組正在努力利用磁、核和光學成像技術來研究主導生物過程的分子的相互作用。x射線、超聲波和其它傳統技術隻能向醫生提供腫瘤大小等解剖學線索，而分子成像可以跟蹤**的根源。在一叢細胞中的一個異常的蛋白質的出現可能標誌著癌症的開始。放射學家馬胡德正在努力將這項技術轉入實際醫學應用。

可是在細胞活動中探測特殊細胞是很有挑戰性的。當研究人員注入一個縛在分子上的標記時，他們麵臨著區分已經縛上和額外的沒有縛上的標記的問題。因此馬胡德和化學家們合作開發“智能探針”，探針瞄準目標時，會改變亮度或磁性。

分子成像可用於探測癌症征號，提前數月或幾年知道組織變化，毋須外科醫生進行組織切片診斷。未來10年內分子成像可能取代**X線照片、活體檢查和其它診斷技術。盡管分子成像不會完全取代傳統成像技術，但是它會對基礎醫學研究和**病人護理有深刻影響。

7.納米印刷刻蝕

世界各地的納米技術實驗室正在開發許多微型傳感器、晶體管和激光器。這些器件展示了超快和便宜的電子技術與通信技術的未來。但是，由於缺乏合適的製造技術，要使納米技術走出實驗室是很困難的。用於批量生產矽微芯片的工具對於納米製造來說太粗笨了，而實驗室中的特殊方法又太昂貴和耗時，不實用。

普林斯頓大學電子工程師斯蒂芬?喬認為，一種比印刷機複雜一些的裝置可以解決這個問題。他僅僅是將一個硬模具壓入軟材料，就可以**地印出小於10納米的特征尺寸。2002年夏天驗證該項技術的潛力時，喬證明了他可以在矽和金屬上直接造出納米特征尺寸。他用一束強激光掠過固體，融解表麵到足夠壓上模具並印出所希望的特征尺寸。他也致力於顯示納米印刷可以解決刻蝕術麵臨的大挑戰：如何將納米圖形刻蝕到矽片上，製造出以後各代高性能的微芯片。

*終，納米印刷刻蝕技術會成為納米特征尺寸的低廉和容易製造的方法的選擇，用於通信用光學元件和診斷篩選用基因芯片等各種產品。

8.軟件保證

計算機會出故障，這是生活常識。當計算機確實出故障時，通常是由於軟件的缺陷。一般地說這些故障造成的後果是很小的。但是當軟件操縱複雜的分布式係統，如那些支持空中交通控製或醫療設備的係統時，一個出錯的代價是非常高昂的，甚至會付出生命。為了避免這樣的災難，林奇等人正在創造他們希望的能編出幾乎無錯誤的軟件的工具。

林奇等人在麻省理工學院計算機科學實驗室工作，為使軟件開發更嚴格而開發了一種計算機語言和編程工具。林奇指出，土木工程師在別人建造橋梁之前會建造和測試橋梁的模型。然而，編程人員通常以一個目標開始，也可能經過一些討論，就坐下來編寫軟件代碼。林奇等人的工具使編程人員可以在編寫軟件之前進行有關軟件的模擬、測試和推理。

如同其他很多工作一樣，林奇等人的方法是從稱為“抽象”的概念開始的，其思想是從對程序目標的高度概括開始，然後寫出一係列更加詳細的逐步說明，描述該程序可采取的達到目標的步驟和它如何執行這些步驟。

林奇等人使“抽象”思想進一步深化。12年前，林奇開發了一種數學模型，使編程人員更容易判斷一組“抽象”是否可以使分布式係統行為正確。她用這種模型創造了一種計算機語言編程器，用以編寫“偽代碼”以描述程序應該做些什麽。這些工具指導編程器注意一般軟件測試可能檢查不出來的許多出錯環節，從而有助於保證軟件總是正常地工作。

9.糖原組學

生物技術公司Cytel合成了一種糖（人類身體產生的成千上萬種物質之一），希望它能被賣出以真正地促進健康。Cytel的目的是將糖轉變為藥以馴服**係統，使心髒病和手術後的傷害*小化。這個渴望失敗了，但是了解並*終利用糖的工作正在興旺起來，這個領域被稱為糖原組學。

對糖原組學感興趣的原因是，人體中的糖雖然經常被忽略，但卻有至關重要的功能。特別是糖通過一種稱為糖基化的過程，在穩定和決定蛋白質功能中起著重要的作用。在糖基化過程中，糖單元附在其它分子包括剛剛生成的蛋白質上。

通過操縱糖基化或糖本身，研究人員希望抑製病程，創造新藥並且改進已有**。例如，生物技術公司Amgen通過在分子上附上兩個特別的糖製造出了更加有效的暢銷藥，這種藥是稱為紅細胞生成素的蛋白質，可以促進紅細胞生成。

盡管糖具有重要意義，但揭示其秘密的努力長期處在基因和蛋白質研究庇蔭之下，一部分原因是沒有簡單的“編碼”來決定糖的結構。這是一個巨大的任務。研究人員估計每個人有4萬個基因，每個基因可以編碼成幾個蛋白質。糖可以改變許多這樣的蛋白質，並且不同類型細胞以不同的方式附著相同的糖，從而組成不同的分支結構，每一種結構都有獨特的功能。

10.量子密碼術

世界在秘密之上運轉。沒有秘密，政府、公司和個人幾乎不能運行，更不談不上基於互聯網的商業。日內瓦大學的吉辛是一項可以增強電子通信**的技術運動的先驅。吉辛的被稱為量子密碼術的工具，能夠以一種可探測任何**企圖的方式傳送信息。

這項技術依靠應用於原子尺寸的量子物理學，你若試圖觀測一個量子係統，你就不可避免地改變它。經過10年的實驗室試驗，量子密碼術已接近可行。物理學家和企業家吉辛率先負責將這項技術帶向市場。吉辛2001年從日內瓦大學實驗室分立出來的公司製成了**個可商用的量子密碼係統。這個個人計算機大小的原型係統包括一個隨機數字發生器（為創造解碼鑰匙所必需的）和發射與探測組成量子信號的個別光子的器件。

傳統的密碼術集中於開發可靠的數字鎖，免使信息落入賊手。但是如果有人偷了鑰匙，再好的鎖也是不管用的。使用量子密碼術，可以肯定鑰匙是**的。用光子的形式傳送鑰匙，光子的偏振方向是隨機的。發送者和預期的接收者一個光子一個光子地比較偏振。**這個信號的任何試圖，會以發送者和接收者可以探測到的方式改變偏振。然後發送者會發送新鑰匙直到其能不受幹擾的通過。

吉辛很清楚他麵臨的挑戰。隻有在光脈衝可經由空氣或光纖而不擴散的距離內量子密碼才起作用，放大過程會摧毀量子編碼信息。吉辛稱，在今後幾十年內，隻有量子通信廣泛存在，電子商務和電子政府才會成為可能。換句話說，大部分技術前景取決於保密學。

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