生物互動材料（Biointeractive Materials）

設想：為生物研制出高科技傳感器。

挑戰(zhàn)：必須研制出安全有效的控制裝置。

生物傳感器將小到可留存在人體、動物和作物體上或體內(nèi)。它們可監(jiān)控宿主的健康狀況，甚至可在宿主出現(xiàn)疾病時對其進行治療。一些生物互動材料已經(jīng)出現(xiàn)。紐約Sensatex公司研制的智能襯衫將生物傳感器與布料合二為一，用于監(jiān)控人體的重要信號如心率和體溫，并通過無線電收發(fā)機將相關數(shù)據(jù)傳給便攜式電腦。在美國陸軍資助的麻省理工學院軍用納米技術研究所，科學家們正在研制一種會變色的“作戰(zhàn)服”，它可為蒼蠅提供偽裝，或測試是否遭到生化武器的襲擊。最終，生物互動材料也可用在人體內(nèi)。已有好幾家公司正在準備進行納米晶體的臨床試驗。這種晶體材料能合成人造骨，在遇到嚴重骨折時，可用這些晶體材料作為骨骼“螺絲釘”，對受損的骨頭進行修復。

可生產(chǎn)生物燃料的植物

設想：由轉(zhuǎn)基因作物生產(chǎn)出取代石油的燃料。

挑戰(zhàn)：提高生物燃料作物的產(chǎn)量，控制生物燃料種植造成的環(huán)境緊張，對礦物燃料基礎結(jié)構(gòu)進行更新改造。

乙醇、甲醇、生物柴油及其他從農(nóng)作物中提取的燃料可減少污染并消除對國外石油的依賴。目前，大多數(shù)生物燃料都是從儲存在玉米中的糖分提取出來的低產(chǎn)量乙醇。與此類似的是，甲醇在燃燒時吸收的能量幾乎與其釋放的一樣多。然而，高產(chǎn)量的生物燃料作物可能會引發(fā)新的危機。轉(zhuǎn)基因作物可能會演變?yōu)轭愃埔案鹉菢拥某夒s草。而且，大范圍培植生物燃料也可能耗盡其他資源，如地下水。今天的石油戰(zhàn)爭可能會演化為明天的水戰(zhàn)爭。

仿生技術

設想：研制可替代喪失的或傷殘的人體器官。

挑戰(zhàn)：必須研制出更小、供電時間更長的供電儀器，并制造出可安全植入體內(nèi)的微型芯片。

第一代仿生設備，如起搏器、可植入的除纖顫器及助聽器改善了成千上萬人的生活。利用下一代仿生技術，人們可制造出精密復雜的假肢甚至人造器官。如，仿生手臂可由柔韌性好、具有導電性能的塑料制成，它們能直接接受大腦傳出的指令。在新墨西哥大學，研究人員已用聚合肌裝配出能踩自行車的骨架。他們希望，最終能研制出極靈巧的假手，使截肢者能學會彈奏或表演鋼琴。另外，為了滿足人們對仿生設備的巨大需求，一家名為“高級仿生技術”的公司將在兩年之內(nèi)推出一種能在晚上通過皮膚充電的可植入式助聽器。

意念電子（Cognitronics）

設想：研制電腦輔助的意念遙感器。

挑戰(zhàn)：要研制出可移動的、可靠的電腦與人腦之間的連接器。

“意念電子”這個術語聽起來有些新奇。在好萊塢一些科幻片中，會有這樣的情節(jié)：給電腦加載意識，使任何人都能獲得知識。目前，將大腦與電腦連在一起的研究仍處于初級階段，但還是能做到。比如，當一名患者在腦中想到要移動一條癱瘓的腿時，放置在其大腦中的探針就能將大腦脈沖轉(zhuǎn)換為能移動電腦光標的命令。意識電子的這種初步應用能幫助殘疾人恢復基本的技能。然而，隨著傳感器越來越精密，電腦輔助的意識遙感還是有可能實現(xiàn)的。屆時，只要在大腦中意念一下，你就能開燈、關燈、把電視聲音關掉，或者駕駛汽車了。

基因分類（Genotyping）

設想：根據(jù)人們的基因?qū)θ诉M行分類。

挑戰(zhàn)：要解開人類基因組秘密。

基因分類就是要找出DNA，人類的遺傳密碼，以及使人們各不相同的特性之間的聯(lián)系?；镜幕蚪M，也就是所有人都有的DNA圖譜已經(jīng)被繪制出來?，F(xiàn)在要做的是要了解每個基因?qū)嶋H上都是干什么的。其后，研究人員將能查出決定人的體格特征、壽命以及易患疾病的基因。

組合科學（Combinatorial Science）

設想：將統(tǒng)計分析與巨大的運算能力結(jié)合在一起，縮短研發(fā)時間。

挑戰(zhàn)：要研發(fā)出能管理巨額數(shù)據(jù)的工具。

組合科學是一種科學方法，而不僅僅是一門學科，它將使傳統(tǒng)科學發(fā)生翻天覆地的變化。研究人員不必再用假定來檢測理論，而是用功能強大的電腦對無數(shù)的方案進行篩選，從而確定出可能產(chǎn)生積極結(jié)果的方案。隨著運算能力的提高，組合科學在科研中將大顯身手。

分子生產(chǎn)（Molecular Manufacturing）

設想：利用原子建造復雜結(jié)構(gòu)。

挑戰(zhàn)：要發(fā)明出能控制原子的分子機器。

分子制造技術的目標非常古老，就是要創(chuàng)造出任何不存在的東西。部分研究人員相信，開始進行分子制造的最佳途徑是要研制出能自我復制的分子般大小的裝配器。這種微型機器人將能用原子組裝出物理學規(guī)則允許的任何材料。盡管科學家們已能將單個原子排列在一個平面上，但迄今還無人能將它們裝在一起。碳納米管使人們看到了分子制造材料的希望。碳納米管的管壁僅有10個原子厚，但用它們制成的材料的硬度卻相當于鋼的50至100倍?