科技设的简单先容（科技化简单）

　　文/梅博纳

　　泉源：第一财经日报

　　天下经济论坛发布了2015年度十大新兴技能，飞行呆板人、仿人脑芯片等十大突破性的科技盼望入选。

　　此榜单每年发布一次，由天下经济论坛新兴技能跨界理事会选出该年最有潜力办理环球长期挑衅的技能结果，旨在促使人们关注新兴技能的潜力及蕴藏的风险。

　　本年的十大新兴技能表现了创新在改善人们生存、推动行业厘革和维护地球生态方面的巨大力大举量。

　　1.燃料电池汽车

　　图为宝马H2R燃料电池汽车

　　燃料电池与蓄电池差别，不必要外接充电，只需利用氢气和天然气等燃料，便能直接产生电力。在利用中，燃料电池和蓄电池相互共同开展工作，燃料电池负责产生电力，蓄电池则负责存储电力。因此，燃料电池汽车属于肴杂动力汽车，且很有大概配备回馈制动体系。

　　燃料电池汽车的性能可媲美任何传统燃料汽车。燃料电池汽车巡航里程长，一箱燃料最高可供行驶650公里(燃料通常为压缩氢气)，而加满一箱氢燃料仅需3分钟。氢气是干净燃料，水蒸气是其燃烧产生的唯一排放物，因此，以氢气为燃料的燃料电池汽车将可做到零排放。

　　大规模生产低价氢气并非易事，而氢气运送底子办法匮乏也是一个庞大挑衅。我们须像汽柴油加油站一样大力大举建立相干底子办法，并终极代替汽柴油加油站。如今，氢气的远间隔运输，哪怕是在压缩的状态下，在经济上并不可行。幸亏新型氢气存储技能，比如不必要高压存储的有机液体运输装置等，会很快低落远间隔运输本钱，并镌汰气体存储以及走漏存在的风险。

　　2.下一代呆板人

　　呆板人技能的进步，渐渐使人机协作成为一种一样平常可见的实际。性能更强、造价更低的传感器使得呆板人能更好地洞察周边环境并做出反应。计划师从人手等复杂生物布局出色的机动性中罗致了灵感，制造出应变本领越来越好、越来越机动的呆板人。别的，受益于云盘算革命的发展，呆板人互联程度日益进步，可以长途得到指令和信息，不再必要编程为全主动型呆板。

　　随着呆板人新期间的到来，这些呆板人渐渐走下大型制造业的流水线，走向更为多样的工作岗位。通过利用卫星定位技能，呆板人能像智能手机一样，用来帮忙除草和收割，推动农业作业精密化。日本已经开始了呆板人护士的试点，这种呆板人能资助病人下床，撑扶中风患者，资助患者规复对四肢的控制。

　　体积更小、更为机动的呆板人也相继问世，这些呆板人可以便捷地举行编程，处理惩罚一些人工干起来费力或感觉不适的制造类工作。

　　3.可循环利用的热固性塑料

　　图为热固性塑料制作的餐具

　　塑料分为热塑性塑料和热固性塑料。热固性塑料只能一次性加热、一次性成型。加热后，热固性塑料分子发生改变，颠末了“硬化”，哪怕担当高温、高压，其外形和强度也会保持稳固。

　　热固性塑料自身的特性使其在当代制造业中不可或缺，但同时也使得它们无法循环利用。终极，大部分热固性聚合物只能变为垃圾举行填埋。

　　2014年，这一范畴迎来了庞大盼望，《科学》杂志刊发了一篇具有里程碑意义的文章，公布发现了一种可循环利用的新型热固性聚合物。这种名为“聚六氢三嗪”(简称PHT)的聚合物可放入强酸中溶解，从而冲破聚合物关联，分离出单体部分，然后重新组合为新产物。

　　我们盼望可循环利用的热固性聚合物能在5年内代替不可循环利用的热固性塑料，到2025年时在新生产的产物中实现全面覆盖。

　　4.精密基因工程技能

　　传统基因工程不停饱受争议。然而，新技能正在鼓起，使我们可以直接“编辑”植物的遗传暗码，以进步植物营养因素、更好地顺应气候变革等。

　　这些技能包罗锌指核酸酶(ZFNs)、转录激活因子样效应物核酸酶(TALENS)和近期推出的可在细菌中演化为病毒防御机理的CRISPR-Cas9体系。这种体系利用核糖核酸分子来锁定目标DNA，并在目标基因组中按照一组已知的、用户选定的序罗列行剪切。如许，便能克制不必要的基因，大概将该基因举行改良，使其发挥出与天然变异别无二致的功用。通过采取“同源重组”的办法，CRISPR也可用于正确地向基因组中植入新的DNA序列以致完备的基因。

　　基因工程另一个有望取得紧张盼望的范畴是将核糖核酸干扰技能(RNAi)用到农作物身上。核糖核酸干扰可有效防备病毒和真菌病原体，掩护植物免受病虫害，镌汰对化学杀虫剂的需求。病毒基因已广泛用于掩护木瓜树免遭环斑病毒陵犯。以夏威夷为例，采取此法十多年来，并没有出现病毒抗药性加强的迹象。别的，核糖核酸干扰也能惠及重要粮食作物，防备小麦秆锈病、稻瘟病、马铃薯晚疫病、香蕉枯萎病等。

　　5.增材制造技能

　　图为研究职员利用增材制造技能制备光纤

　　增材制造技能是与减材制造完全相反的工艺。增材制造技能先从液体或粉末等碎料动手，然后再利用数字模板，将碎料打造成三维外形。

　　与批量生产差别，3D产物可以根据终端用户需求，实现高度的个性化。比方，美国隐适美公司(Invisalign)就利用顾客牙齿的电脑造影，制作出最贴合顾客嘴部布局的牙齿矫形仪。尚有一些医学应用正引领3D打印朝生物科学的方向迈进：如今，通过直接打印人体细胞，已有望制作出活体细胞，在药物安全筛查和终极的细胞修复与再生等方面开辟出有潜力的应用。在生物打印范畴，打印肝细胞层的美国生物技能公司Organovo是一个先行者，其打印的细胞层重要用于举行药物测试，且终极大概会用于制作移植用人体器官。生物打印已经被用于制作皮肤、骨骼、心脏和血管构造。

　　增材制造技能的下一个紧张阶段将会是以3D技能打印线路板等集成电子元件。然而这种办法很难打印处理惩罚器等纳米级电脑配件，由于要将用各种差别材质制作而成的差别电子元件组合为一体并不轻易。如今，4D打印有望带来新一代的产物，这些产物可根据温度和湿度等环境变革自行调解。这可用于服装、鞋类以及一些医疗产物，如旨在改变人体性能的植入物等。

　　6.天然发生的人工智能

　　简单而言，人工智能(AI)就是一门让电脑来代替人类干活的科学。比年来，人工智能取得了庞大盼望：我们大多数人手中的智能手机都能辨认人类的语言，很多人都在机场边检列队时体验过人脸辨认技能。无人驾驶汽车和无人机正处于测试阶段，尚未如外界所等待的一样投入广泛利用，但对于一些学习和影象任务而言，呆板肯定要强于人类。

　　与平凡软硬件相比，人工智能可资助呆板感知环境变革并做出应对。天然发生的人工智能则在此底子上更进了一步，呆板可通过消化海量信息举行主动学习。卡内基梅隆大学的“永不绝止的语言学习”项目(NELL)便是一例。这套盘算机体系不但能查阅数以亿计的网页来读取现成的质料，还能在此过程中主动进步自身阅读和明白本领，以求在将来进一步提拔表现。

　　与下一代呆板人一样，呆板在某些任务的实行上显然要优于人类。有鉴于此，美满后的人工智能将会带来生产力的明显进步。大量证据表明，无人驾驶汽车有助于镌汰蹊径交通中发生的碰撞和由此引发的职员死伤等题目，由于呆板可避开人类轻易犯的错误，如留意力不会合、视觉偏差等题目。智能呆板能在更短的时间内得到更多信息，并能不带任何人类式的私见去做出应对，因而在疾病诊疗上或能完成得比医学专家更为出色。当前，肿瘤学上正在摆设“华生”体系，来帮忙开展诊疗工作。

　　7.分布式制造技能

　　分布式制造技能将颠覆我们的产物生产方式和贩卖方式。传统制造业是把原质料网络起来，加以组装，并在大型会合式的工厂中把产物制作成形，之后再原样分销至顾客手中。分布式制造技能则把原质料和生产方式分散化，而产物的终极生产将在终端顾客的身边完成。

　　从本质上说，分布式制造技能的概念是尽大概多地用数字信息代替实体供应链。以椅子制作为例，其流程是将有关椅子部件切割的数字方案发送到本地的生产中心，再用CNC刳刨机等由盘算机控制的切割工具举行切割，然后由顾客或本地的制作车间举行组装，变为成品。美国家具企业AtFAB公司如今已经采取了这一模式。

　　当前，分布式制造技能在利用上高度依靠自助式的“创客活动”，即爱好者们利用本地的3D打印机、用本地的质料来生产产物。这当中有开源头脑的元素，即斲丧者可以根据自身需求和喜好来制作个性化的产物。

　　分布式制造技能能使当前一些模式化的物品变得更为多样化，比如智能手机和汽车等等。产物的体积巨细不成题目。英国FacitHomes公司已经在用个性化的计划和3D打印来为客户量身定制房屋。

　　8.可以或许“感知和躲避”的无人机

　　比年来，无人驾驶飞行器，即无人机，已成为一国军事气力的紧张构成部分，但也引发了不少争议。别的，无人机在农业、航拍和其他很多频仍必要低本钱空中巡查工作的任务中也有广泛应用。但克制如今，这些无人机仍都有人类飞行员，只不外这些飞行员是在地面长途操控飞行器的飞行。

　　下一步，无人机技能将要开辟可以自主飞行的呆板，应用范畴将进一步拓宽。要做到这一点，无人机必须能感知四周环境并做出应对，调解飞行高度和飞行线路，克制与途中其他物品发生碰撞。在天然界中，鸟类、鱼类和昆虫均能成群结队地聚集在一起，每一只动物险些都能与身边的伙伴随步瞬时移动，并以团队为单位飞行或游动。无人机不妨对此加以模仿。

　　9.神经形态技能

　　如今，哪怕开始辈的超等盘算机，其复杂程度也无法与人脑相媲美。盘算机是线性的，重要依靠高速中枢，在中心处理惩罚器和存储芯片之间实现数据的来回移动。相比之下，人脑则处于全方位的互联状态，人脑中的逻辑和影象精密关联，其密度和多样性均是当代盘算机的数十亿倍。神经形态芯片旨在用与传统硬件完全差别的方式处理惩罚信息，通过模仿人脑构造来大幅进步盘算机的头脑本领与反应本领。

　　比年来，盘算机微型化使得传统盘算性能得到大幅提拔，但存储器与中心处理惩罚器之间数据的不绝移动会斲丧大量能源，产生多余热量，这一瓶颈限定了盘算机的进一步改进。相比之下，神经形态芯片能效更高、性能更强，可将负责数据存储和数据处理惩罚的元件整合到同一个互联模块当中。从这一意义上说，这一体系与构成人脑的数十亿计的、相互毗连的神经元颇为相仿。

　　神经形态技能将是高性能盘算的下一个发展阶段，它可以或许大幅提拔数据处理惩罚本领和呆板学习本领。IBM公司2014年8月所公布的百万神经元级别的TrueNorth芯片，在实行某些任务时，其能效可达传统中心处理惩罚器的数百倍，初次与人脑的大脑皮层有了可比之处。神经形态芯片盘算本领明显进步，能耗和体积却要小得多，更为智能的小型呆板或将引领盘算机微型化和人工智能的下一阶段。

　　其潜伏用途包罗：可更好地处理惩罚和应对图像信号的无人机、更为强大、更为智能的相机和智能手机、有助于解读金融市场奥妙或举行气候预报的大规模数据透视。将来，盘算机可以自主地举行猜测和学习，而不是仅仅按照预先编写好的程序行事。

　　10.数字化基因组

　　人体基因组由32亿个DNA碱基对构成，汗青上第一次对其排序时，花了数年时间，耗资高达数千万美元。但本日，仅需几分钟，便可完成个人基因组的排序和数字化，耗费也仅需数百美元。所得数据可通过U盘传输到条记本电脑上，随后非常便捷地通过互联网举行共享。这种技能仅需很低的本钱，便能瞬时探明我们每个人所独有的遗传布局，将为进一步推动医疗个性化、改善医疗结果带来一场革命。

　　人类康健所面对的很多最难对付的挑衅，不管是心脏疾病还是癌症，都有着与之对应的遗传因素。有了数字化技能之后，大夫能通过观察肿瘤的基因布局来决定怎样治疗癌症患者。同时，这一新知识也有助于订定具有高度针对性的疗法，使正确用药成为大概，从而改进患者特别是癌症患者的治疗结果。

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