美国《大众机械》网站年前刊登文章, 对2010年的科技发展趋势进行了预测, DNA折纸术、骨整合技术等创意将占据2010年报纸的头条, 消费者或许2010年可以买到能变形的显示器, 配备了“超级电容”的电动汽车也可能会奔驰在城市的大街小巷。
一、仿真机器人能随机应变
不管现在的机器人长得多么像人类, 它们体内一堆堆杂乱的电线却永远无法和人体内复杂的器官相媲美, 而缩小这种差距、研制一种更接近于人类的机器人正是欧洲的一个科研团队努力的方向。目前他们所开发的机器人模型就高度模仿了人类的特点。这种仿真机器人模型体内, 有一副由热塑性塑料制成的骨架, 还有一组模仿人类肌腱的驱动器, 可以对肌肉伸缩做出反应。
科学家们的目标是利用这个模型, 于2010年造出一种可以像人类一样随机应变的机器人。
二、直接碳燃料电池更清洁高效
直接碳燃料电池 (Direct Carbon Fuel Cell) 是一种高效、清洁的燃料电池技术, 其原理是碳和氧气无需气化和重整可直接通过电化学反应产生电能, 效率可达80%, 燃料利用率约达100%。
由于直接碳燃料电池不会浪费余热, 其效率可达内燃机产能的2倍。虽然使用直接碳燃料电池也会释放二氧化碳, 但气体却是以一种洁净的方式释放, 不会像燃烧含碳燃料所产生的排放物一样混合氮和其他废弃物, 这就大大降低了碳捕获的难度, 也避免了废气对大气的污染。
这项仍处于“摇篮”中的技术预计将成为各能源公司的研究热点。美国加利福尼亚州直接碳科技公司计划于2010年建成一个10千瓦容量的生物气发电系统。而俄亥俄州的Contained Energy公司则希望利用这种技术为一个小灯泡提供电力。
三、人体代谢组物研究让疾病诊断更快捷
在过去五年中, 加拿大阿尔伯特大学的科学家们一直致力于“人体代谢组计划”的研究。2007年, 该项目的带头人大卫·韦斯特宣布, 他们完成了人类代谢组的首个草图, 其中包括人体内的8000种天然代谢物、1450种药物、1900种食品添加物和2900种毒素等。
韦斯特表示, 通过将这些信息汇集到一起来解密人类代谢组, 研究人员将可以用极低的成本发现和确诊大量疾病, 例如, 仅仅使用一滴血液就可以分析出某个人是否会患上一些危及生命的病症。而目前, 这些检测和分析工作往往依赖于价值数百万美元的设备, 而且大部分设备都囿于实验室中。
“人体代谢组计划”数据库公布于2007年, 现在已得到部分商业应用, 如药品研制和疾病诊断等方面。如果该计划能够继续进行, 未来将可广泛应用于身体检查和疾病诊断等领域, 而且检测速度更快, 诊疗费用更低。
四、“D N A折纸术”提升半导体处理能力
多年来, 美国加州理工学院的科学家们一直致力于将DNA折成各种各样的形状——这也就是所谓的“DNA折纸术”, 但种种尝试一直没有取得大的突破, 而且也很少有人关注。直到去年夏天, 他们和IBM公司的研究人员携手, 发现折叠后的DNA片段能够用于制造超级小的计算机芯片, 才让“DNA折纸术”在现实中找到“立足之地”。
研究人员发现, 将天然DNA单链中的长链进行反复折叠, 并用短链加以固定, 由此就能得到方形、星形等一系列对称的DNA图形。IBM研究所主管斯派克·拉亚恩表示, 这是半导体行业中利用生物分子处理数据的首个例证。这表明DNA一类的生物结构可以提供一些循环重复的模式, 提升半导体处理能力。
这项技术将使得IBM公司使用DNA片段作为微型计算机组件的“锚定点”, 这些DNA片段组成的电子线路间的距离将仅仅为6纳米左右, 远远低于目前45纳米的标准。利用这种技术, IBM公司将研制出更小、更便宜的微处理器芯片。
芯片的面积越小, 价格越昂贵, 当今的芯片制造工具高达上亿美元。拉亚恩表示, 若“DNA折纸术”架构的产品达到量产级别, 那么芯片制造商完全可以使用基于DNA解决方案的设备, 价格可能还不到一百万美元。
五、压电性质造就可变形的显示器
科学家们很早就摸清了自然界中存在的压电物质的“脾气”。这种物质可以将电能转化为物理应力, 反之亦然。如果将这种特性应用到电子显示器上, 那么, 制造商就能够生产出能够变形的显示屏。
2010年, 这种技术可能被广泛应用于主流的消费品中, 大大拓展移动设备的性能。当这些移动设备关机时, 屏幕变硬以保护自身;当开机时, 屏幕变软, 形成一个可按压的触摸屏。
六、骨整合技术让义肢更自然
能够像人体自然生长的肢体一样, 这就是最理想的义肢, 而骨整合技术就能让义肢与人体残肢完美地融合在一起。通过采用一些具有良好生物相容性的材料, 骨整合技术可让种植体与骨组织之间建立直接有序的结构功能连接。钛及钛合金是目前应用最广泛、生物相容性最好的材料。
如今, 骨整合技术已经应用于一些小型的牙齿和面部整形手术中, 研究人员也尝试将它应用于肢体修复手术中。2008年, 研究人员成功地为一只德国牧羊犬实施了小腿骨整合手术。2010年, 美国北卡罗莱纳州立大学的医生将对6只残废的狗实施手术, 同时也计划对北卡罗莱纳州动物园中的豹猫实施手术。不过, 骨整合手术真正应用于人类身上可能还需要一段时间。
七、水平钻探技术将钻出大量天然气
在美国, 深达3000多米的岩层下蕴藏着数万亿立方英尺的天然气。然而, 面对储量如此巨大的天然气资源, 美国人只有“望洋兴叹”的份。普通的钻井根本无法钻出大量的天然气, 因为密集的岩石阻碍了天然气的流动。解决办法就是沿着岩层进行水平钻探, 即首先钻出垂直钻井, 到达天然气层后再进行90度大转弯实施水平钻探。
当然, 这种想法也属老生常谈, 真正实施起来还需要相当高的技术支持。美国第三大天然气生产商切萨皮克能源公司目前已经在路易斯安那州的海恩斯镇油页岩区铺设了14个水平钻井, 并计划到2010年底将水平钻井数量增加到40个。一旦技术能够获得突破, 天然气的出产能力将是惊人的。
八、潮汐发电既环保又有潜力
传统的水利发电需要大坝, 而水电大坝的建设往往会破坏当地的自然景观和生态系统。于是, 就有科学家提出了一种破坏性小的水电建设技术, 即潮汐发电, 也就是利用河流和潮汐的运动带动水下涡轮机进行发电。
早在2006年, 美国绿色能源公司 (Verdant Power) 就在纽约东河安装了6台水下涡轮机来证明这种技术的潜力。该公司计划于2010年在东河中安装30台水下涡轮机组, 为美国电网输送1兆瓦的电力。
世界各地也有许多类似的项目正在次第开展, 如计划安装在加拿大芬迪湾的潮汐涡轮机组。芬迪湾是世界上潮汐落差最大的海湾, 该地区的潮汐发电能力约在300兆瓦左右。
九、纳米纱或织就防弹衣
1991年, 当碳纳米管横空出世时, 曾被追捧为“下一代的伟大发明”, 这种说法并非空穴来风, 碳纳米管的独特之处在于其强度 (为钢铁的100倍) 以及导电和导热能力。但是, 碳纳米管一直没有找到用武之地。不过, 最新技术可能将其从食之无味、弃之可惜的“鸡肋”变成防弹衣的布料。
美国新罕布什尔州的纳米复合材料科技公司正在将碳纳米管织成细纱, 并将这种纳米纱投入商业应用。最近, 该公司已经向一家航天器材生产企业供应了长达9.7公里的纳米纱。
在去年春天的一次测试中, 该纳米纱制成的防弹衣成功地挡住了子弹, 这也勾起了美国国防部的兴趣。美国国防部认为, 这种纳米纱可能成为下一代防弹衣的主要材料, 而且, 它比现有的防弹衣材料凯夫拉尔 (Kevlar) 更轻、更薄。
十、由“超级电容”驱动的电动汽车将面世
目前, 所有电动汽车厂商都将赌注压在电动汽车上, 而电动汽车面临的最大挑战是电池, 造价昂贵、充电速度慢、每次充电后行驶的里程数有限等因素让汽车厂商们望洋兴叹。于是有科学家认为, “超级电容”技术或许是解决之道。与普通蓄电池相比, “超级电容”虽然存储的能量少, 但它没有化学反应造成的污染, 也没有记忆, 这就意味着它可以无限制地接受放电和充电, 并且更耐用。
多年来, 科学家们一直在为获得完美的超级电容殚精竭虑地工作着:美国麻省理工学院正在研制一种基于纳米管技术的“超级电容”, 而美国阿尔贡国家实验室则正在研发“电池—超级电容”的混合电池。不过, 最大的突破来自于美国德克萨斯州的埃斯托公司。今年4月份, 该公司宣布, 他们所研制的钛酸钡“超级电容”已经通过了关键测试。该电池充电5分钟可让一辆电动车行驶500英里, 电费只有9美元, 而使用汽油的车走相同里程则要花费60美元。
尽管人们对这种“超级电容”的性能持怀疑态度, 但是, 该公司的合作方、加拿大ZENN汽车公司宣称, 2010年, 由“超级电容”驱动的电动汽车将面世。 (刘霞)