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回望 2013年，新創造日新月異、新科技層出不窮。在科學的發展中，跨界與交叉成為新的主流，解讀生活與以人為本成為新的焦點。在回首過去，迎來2014年之際，我們將本周刊聚焦過的科技前沿梳理回放，讓我們聽到創新的腳步，看到科技的明天。 腦機接口：人體進入2.0時代 創新指數：★★★★ 可推廣指數：★★★ 美國匹茲堡大學醫學中心的研究人員在一位頸部以下癱瘓的女患者腦部左邊的運動皮層上植入兩個微電極裝置，這部分的運動皮層對控制人的四肢運動起著關鍵作用。研究人員將這些電極通過電腦與機械臂實現互聯，電腦將腦部發出的電波通過復雜的算法轉化為數字信號來控制機械臂。通過幾周的訓練，她可以用自己的想法控制機械臂像手臂一樣執行簡單的任務。 浙江大學求是高等研究院副教授陳衛東告訴《中國科學報》記者，腦機接口繞開了常規的神經肌肉通道，采集的大腦神經信息經過計算機解碼轉化為指令，來控制外部設備；同樣道理，外部信息也可以經腦機接口直接傳入大腦。 陳衛東認為，腦機接口實現人類機能增進，給人們繪制了一個誘人的前景，通過科學家、工程師、企業家的共同努力，人類一定能提前享受到這一成果。 隱形材料：將虛擬拽進現實 創新指數：★★★★ 可推廣指數：★★★★ 在美國加利福尼亞州長灘舉行的TED2013會議上，來自新加坡南洋理工大學的物理學副教授張柏樂表演了一項好玩的技術。他將兩片方解石（能彎曲光線的鹽酸鹽礦物）粘貼在一個盒子上，讓盒子背后一個卷起的便利貼消失不見，但能看到其后面的背景，形成了奇妙的隱身效果。 要想徹底隱身，就得掌握光線的行進方向。其理想的效果是，當光線通過需要隱身的物體時，能夠繞過該物體，不僅需要減少散射，還要將物體背后的所有視覺信息傳遞給看它的人。 北京大學物理學院教授張家森在接受《中國科學報》采訪時表示，要想讓光線彎曲，就不得不提負折射率材料。這是一類人工材料，一般采用金屬，讓其內部形成一個小的環流，產生一個負的磁導率，再結合負的介電常數，就形成了負折射，這也是隱形材料中最重要的理論基礎之一。 量子密鑰：無法破譯的通信 創新指數：★★★★★ 可推廣指數：★★★★ 2013年，中科院量子科技先導專項協同創新團隊，在國際上首次成功實現星地量子密鑰分發的全方位地面驗證，為未來我國通過發射量子科學實驗衛星，實現基于星地量子通信的全球化量子網絡，對大尺度量子理論基礎檢驗，以及探索如何融合量子理論與愛因斯坦廣義相對論，奠定了必要的技術基礎。 中科院院士潘建偉介紹：“古人在信封上用火漆封口，一旦信件被中途拆開，就會留下泄密的痕跡。量子密鑰在量子通信中的作用就像火漆一樣，但比火漆更徹底。一旦有人試圖打開信件，量子密鑰會讓信件自毀，并讓使用者知曉。” 中國科學技術大學微尺度物質科學國家實驗室教授劉乃樂在接受《中國科學報》記者采訪時表示，在不久的將來，量子保密通信將有可能走向大規模應用，成為保障未來信息社會通信安全的關鍵技術。下一步的國際競爭也將更加激烈，人類將致力于將量子保密通信向更遠距離和更大規模的廣域網絡發展。 4D打印：自我組裝之夢 創新指數：★★★★ 可推廣指數：★★★ 3D打印，它絕對是近年來最受矚目的材料科技之一，可如果你認為這就是打印的終點，實在為時尚早，因為，4D打印已經悄然出現了。4D打印的創造者是美國麻省理工學院建筑系的一位教員——斯凱勒·蒂比茨，2013年2月，蒂比茨在加利福尼亞長灘島舉行的TED會議上公布了團隊所研發的4D打印技術。 眾所周知，3D打印要預先建模、掃描，然后用相應的材料按照之前的計劃復制出來。4D打印則是直接將程序輸入材料當中，物體被打印出來后，可以自主變形、重塑，而且不需要任何復雜的機電設備。也就是說，打印不再是創造過程的終結。蒂比茨自己認為，它就像是沒有了電線和發動機的機器人。 華中科技大學材料科學與工程學院副院長史玉升在接受《中國科學報》記者采訪時表示，在3D打印尚且受到技術和材料等因素的制約，還并未轉化為真正的產業應用的當前，4D打印概念依然很飄渺。 穿戴設備：顛覆你的生活 創新指數：★★★★★ 可推廣指數：★★★★ 2013年，以語音交互技術為亮點的谷歌眼鏡、靠手部肌肉就能控制無人機飛行的MYO腕帶、能夠追蹤腦電波的電子文身……這些可穿戴設備，就像一汪汪清泉，正在浸潤渴求新鮮感的消費電子市場。 這些設備可以很方便地穿戴在身上，或是整合進用戶的衣服、配件中，從而執行用戶的命令。比如：電子文身能像刺青一樣印在身體的多個部位上，防水不怕拉伸，能將身體變成移動身份識別證。它還可以用來收集健康數據，可以測試腦電波、觀測心率和體溫等，就像是手臂上的迷你實驗室。 清華大學計算機系教授黃連生在接受《中國科學報》記者采訪時表示，對于可穿戴設備，不少人都擔心其存儲空間和電量消耗。但是，這些都不該是其硬性指標之一，其重點功能，在于通過智能感應設備，記錄數據，或是執行命令。 無線充電：引領無尾電器時代 創新指數：★★★★ 可推廣指數：★★★★ 如果說無線輸電技術還屬科技前沿，但無線充電技術已來到我們身邊。手機、平板電腦、相機、筆記本……這些移動電子產品改變了我們的生活和娛樂方式。然而，這些移動電子設備都離不開電，走到哪兒都要充。伴隨著無線充電技術走進人們的視野，充電的煩惱可能即將一掃而光。 華南理工大學電力學院副院長張波告訴《中國科學報》記者，目前電磁感應、磁諧振等磁場輸電技術相對成熟，但受限于周圍環境影響等因素，傳遞效率和功率均無法滿足人們日常需要，這可能意味著人們還未探索到磁場輸電的“終極理論”。 而重慶大學電力電子與控制工程研究所所長孫躍對無線輸電技術充滿信心：“目前，微小功率的無線輸電技術實際應用已經取得可喜的進步，研以致用，以用促研。可以預計，再用10到15年的時間，無線輸電技術必將得到大面積推廣應用。” 太空集能：太陽能的高端利用 創新指數：★★★ 可推廣指數：★★★ 美國宇航局（NASA）前工程師約翰·曼金斯博士正在研制一種雞尾酒杯形衛星，名為“SPS－ALPHA”（隨機性大型相位陣列太陽能人造衛星），旨在探索利用部署在太空中的太陽能電池板向地球傳輸能量的可能性。SPS－ALPHA最早可在2025年發射升空，一個太陽能衛星陣列便可滿足人類1/3的用電需求。 哈爾濱工業大學電氣學院副院長朱春波在接受《中國科學報》記者采訪時表示，地面上太陽光能量密度比較低，目前我們應用的太陽能板效率只有百分之十幾到百分之二十，而光電轉換效率又比較低。因此，我們在地面上能夠利用到的太陽能是十分有限的。 在太空，理論上，在地球同步軌道上，99%的時間可以接受太陽能輻射，每平方米太陽能可以產生1336瓦熱量。 早在1968年，美國科學家彼得·格拉賽（Peter Glaser）就首先提出了建造空間太陽能電站的構想。 朱春波認為，空間太陽能電站從長遠看是可行的，但需要在太空運輸組裝、微波傳輸效率、降低對環境影響三項技術上有所突破。 LIFI通訊：“點燈”上網 創新指數：★★★★★ 可推廣指數：★★★★ 2013年10月17日，一種利用屋內可見光傳輸網絡信號的國際前沿通訊技術Lifi在復旦大學實驗室成功實現。研究人員將網絡信號接入一盞1W的LED燈珠，燈光下的4臺電腦即可上網，最高速率可達3.25G，平均上網速率達到150M。 復旦大學信息學院教授遲楠在接受《中國科學報》記者采訪時表示，Lifi因為其調制在可見光譜上，比Wifi的無線電譜大10000倍，因此有著更大的帶寬和更高的速率。而它的可遮擋性避免了屋外“蹭網”行為。 盡管Lifi技術還沒有徹底產業化、商業化，但遲楠認為，這項技術的應用前景十分廣泛，體積更小、功耗更低、速率更高、傳輸更遠是其發展目標。“比如飛機、高鐵，甚至餐廳的飯桌上，都可以使用Lifi技術，你只需要一盞臺燈，就可以在手機上看高清視頻、點菜或者呼叫服務。” 人造雞蛋：畜牧業的挑戰 創新指數：★★★ 可推廣指數：★★★★ 2013年11月，美國加州舊金山漢普頓·克里克公司研發的一種可以替代雞蛋的人造食材在全美各大超市上架出售。這種被稱為“超越”了雞蛋的“人造雞蛋”一經出現，便吸引了不少人的目光。 根據漢普頓·克里克公司創辦人喬希·泰特里克介紹，這種“人造雞蛋”是用12種植物提取物制作而成的，其中從豆類植物中提取的蛋白質是其主要成分。因此，在口感上，與傳統雞蛋并無太大差別。“人造雞蛋”食材的能量轉換率為2：1，大大高于畜牧業的39：1。用它取代傳統雞蛋可以降低成本和售價。 中國農業大學食品科學與營養工程學院副教授李興民告訴《中國科學報》記者，目前的“人造食品”主要是用豆類植物蛋白代替動物蛋白。豆類植物蛋白也屬于優質蛋白，可以滿足人體對氨基酸的需求。 潛射無人機：深海暗器 創新指數：★★★ 可推廣指數：★★★★★ 2013年12月5日，一架無人機從美國海軍“洛杉磯”級核潛艇“普羅維登斯”號的魚雷發射管中發射升空，并將實時偵察的視頻畫面傳回核潛艇和其他作戰艦艇。經過數小時飛行后，該無人機在位于巴哈馬的美國海軍海上系統司令部大西洋水下測試和評估中心著陸。 軍事評論員宋忠平在接受《中國科學報》記者采訪時介紹，無人機不是從潛艇中直接沖出水面發射的，而是將無人機放在一個密閉的發射艙中，潛艇在水下先將發射艙彈射出去，發射艙靠自身浮力升到水面漂浮待機；當潛艇指揮官下達發射命令后，無人機才從發射艙中升空，并在空中打開折疊的機翼、啟動發動機。 美軍潛射無人機試驗成功后，有觀點認為這會給海軍作戰模式帶來根本改變。 未來有可能會出現搭載數十架甚至上百架無人機的大型潛艇，這種潛艇可稱為“水下航母”，不但可以代替傳統航母而且作戰更隱蔽，打擊更突然。(中國科學報) |
