即將改變世界的科技創(chuàng)新

技術(shù)無處不在，它們使更多事情變?yōu)榭赡?。但有時候，一些發(fā)明或見解有著極大的影響力，它們創(chuàng)造著一個個“節(jié)點(diǎn)”,將歷史劃分為“前”與“后”。蒸汽機(jī)、晶體管、萬維網(wǎng)——每一個想法似乎都從天而降，從根本上改變了這個世界。哪些關(guān)鍵技術(shù)將在如今的創(chuàng)新浪潮中脫穎而出，顛覆未來的世界？下面是10個頂尖的新創(chuàng)意和新技術(shù)。

游戲人生

不久的將來，當(dāng)你站在浴室鏡子前刷牙時，也許會看到在新聞頭條的旁邊有一個記分板，上面記錄著你與鄰居目前的“家庭碳足跡”排名。你的電動牙刷會發(fā)出聲響并通知你，在過去的6個月中，保證一天刷兩次牙，為你賺得足夠分?jǐn)?shù)，可以在下一次健康檢查中打9折。你洗完澡（簡單的淋浴，否則會影響家庭令人羨慕的能耗分?jǐn)?shù)以及它帶來的稅捐減免），穿上衣服，就可以在家庭辦公計算機(jī)上參加公司晨會，邊參與討論邊回復(fù)郵件，由于你和同事都以個性化的虛擬形象出現(xiàn)在電腦屏幕上，因此完全不必?fù)?dān)心有失禮儀。另外，自從隨意指定的銷售目標(biāo)被個性化的“生活測定計”所取代（屏幕上會實(shí)時顯示客戶的積極反饋），你會感覺生活更有目的性，更能掌控自己每天的任務(wù)，這一天也將會變得很順利。

【約翰·帕夫盧斯（文）徐海燕（翻譯）】

靈活收費(fèi)的公路

未來的公路同現(xiàn)在也許沒有太大區(qū)別，但它們很可能不再免費(fèi)。“你可以擁有私人車道，”Skymeter公司創(chuàng)始人貝恩·格魯什說，“但如果你想開車來拜訪我，就必須交納公路使用費(fèi)?！盨kymeter的總部設(shè)在加拿大的多倫多，主要生產(chǎn)一種基于GPS技術(shù)的測量設(shè)備，用于監(jiān)測公路的使用情況。得益于GPS等無線定位技術(shù)的發(fā)展，估量公路的真實(shí)價值和駕駛的真正成本現(xiàn)在已經(jīng)可以做到了。這里涉及一個概念性術(shù)語，叫做“動態(tài)交通收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)”,它是指司機(jī)按照行駛里程交納費(fèi)用，而不是依靠注冊費(fèi)或者燃油稅這些傳統(tǒng)方式。雖然目前這種方法只在少數(shù)地區(qū)試行，但城市規(guī)劃者認(rèn)為，新方法能夠改善城市交通狀況，讓駕車者感覺愉悅。2010年早些時候，美國麻省理工學(xué)院和通用汽車公司的研究人員在《“未來車”世紀(jì)》一書中提到這種構(gòu)想。該研究認(rèn)為，制定明確的道路收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，能夠優(yōu)化道路使用情況，減少交通堵塞和意外發(fā)生的幾率。

【湯姆·范德比爾特（文）王昊明（翻譯）】

人類數(shù)字處理工具

美國華盛頓大學(xué)的生物學(xué)家和計算機(jī)科學(xué)家創(chuàng)造了一個名為“蛋白質(zhì)折疊游戲”（Foldit）的在線小游戲，它的大獲成功證明，在處理復(fù)雜的科學(xué)問題上，人類直覺優(yōu)于計算機(jī)算法。Foldit在屏幕上向玩家呈現(xiàn)半折疊的蛋白質(zhì)，讓他們根據(jù)一些簡單的規(guī)則扭曲蛋白質(zhì)，使它形成理想的形狀。玩家預(yù)測出正確蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的速度不僅比任何算法都更快，還能憑直覺解決計算機(jī)或許永遠(yuǎn)也不可能解決的問題。

華盛頓大學(xué)的計算機(jī)科學(xué)家、Foldit的發(fā)明者之一賽斯·庫珀說：“為了將蛋白質(zhì)折疊成正確的形狀，首先你可能需要從看似完全錯誤的幾個方向進(jìn)行彎曲。人類在把玩虛擬物體時能夠看清全貌，并且找出那些巧妙的解決方法?！?/p>

【約翰·帕夫盧斯（文）徐海燕（翻譯）】

DNA晶體管

IBM和羅氏制藥公司的研究人員正在重新設(shè)計一種DNA 晶 體管”的全新測序設(shè)備，采用了一種簡單得近乎天真的測序方式：一個完整的DNA分子穿過硅芯片上一個直徑為3納米的小孔，與此同時，電子傳感器將一個一個地識別DNA分子的組成單元——堿基。DNA鏈通過納米孔的速度很難控制，IBM的研究小組想到可以利用DNA天然帶有負(fù)電荷的性質(zhì)來控制它們穿過納米孔的速度。參與該項(xiàng)目的科學(xué)家古斯塔沃·A·斯托洛維茨基說：“我們是這樣想的，如果測序儀的納米孔本身就帶有電極——層與層之間被絕緣材料隔開的金屬薄層，那么電場就會與DNA發(fā)生相互作用?！彪妶鰰白プ　盌NA,使它在納米孔中保持不動。當(dāng)電場關(guān)閉，DNA會繼續(xù)通過納米孔，但當(dāng)下一個堿基到達(dá)測序位置時，電場又會自動出現(xiàn)。這個過程會不斷重復(fù)，直到整個DNA鏈穿過納米孔。

盡管還存在問題，一些產(chǎn)業(yè)觀察家仍認(rèn)為，“DNA晶體管”會成為一種快速、高效、成本低廉的基因組測序技術(shù)。在未來幾年內(nèi)，“DNA晶體管”測出一個完整基因組序列的成本就能降到1000美元以內(nèi)。

殺菌性凈水器

大部分傳統(tǒng)凈水器都用一些微孔來濾除細(xì)菌，但這些孔有可能被堵，因此需要付出不菲的代價定期維護(hù)。美國斯坦福大學(xué)的材料科學(xué)家崔屹發(fā)明了一種方法，可以用銀離子和電流殺死細(xì)菌，免除了后期維護(hù)的麻煩。他把從沃爾瑪買來的棉布浸入導(dǎo)電性碳納米管和銀納米線的混合材料中，做成一個簡單高效的殺菌性凈水器：銀納米線相當(dāng)于一種高效殺菌劑，因?yàn)殂y離子可以破壞細(xì)菌的遺傳物質(zhì)；另一種殺菌功效則來自微電流（由兩節(jié)9伏電池供電），因?yàn)樗梢云茐募?xì)菌的細(xì)胞膜。在實(shí)驗(yàn)室中，這種凈水器能殺死水中98%的大腸桿菌，而且由于棉布中小孔的直徑較大，凈水效率可達(dá)濾菌性凈水器的8000倍。

南非斯坦陵布什大學(xué)的科學(xué)家找到了一種方法，把殺菌性碳顆粒封裝在納米纖維中，以增大表面積，提高它們吸附有毒物質(zhì)和細(xì)菌的效率。這種凈水器的造價約為0.5美分，可以裝在普通瓶子的瓶頸處，每個“茶葉袋”能凈化1升污水。目前，南非國家標(biāo)準(zhǔn)局正在測試這種技術(shù)。完成測試后，科學(xué)家打算先嘗試性地把少量“茶葉袋”送往需要它們的社區(qū)。

四處游蕩的食草機(jī)器人

要不了多久，能夠自主行動的機(jī)器人就會在地球上四處走動，尋找生物質(zhì)原料，并將它們轉(zhuǎn)換為能量。強(qiáng)動力自動戰(zhàn)術(shù)機(jī)器人就是這樣一種機(jī)器人。美國馬里蘭大學(xué)克拉克工程學(xué)院智能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室主任、負(fù)責(zé)開發(fā)EAtR的美國機(jī)器人技術(shù)公司的董事長羅伯特·芬克爾斯坦介紹，EAtR能通過智能軟件從外表上分辨出它需要的“食物”——木屑、干樹葉及其他植物生物質(zhì)，以及巖石、動物糞便和金屬等廢棄物等對它們無用的東西，然后利用基于激光的近距離制導(dǎo)系統(tǒng)，控制自己的機(jī)器手抓取這些植物，并把它們送入一個通向外燃機(jī)的漏斗中，外燃機(jī)以此為燃料，給機(jī)載電池充電。芬克爾斯坦說，這種能自主工作的發(fā)電機(jī)會給軍隊(duì)、老百姓，甚至科學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來一場革命。

芬克爾斯坦希望在2012年推出一個能完全自主移動、覓食的模型。

【約翰·帕夫盧斯（文）申寧馨（翻譯）】

借用自然密碼

當(dāng)計算機(jī)科學(xué)家嘗試著弄明白如何管理越來越復(fù)雜的數(shù)字化世界時，他們開始更多地從大自然尋找靈感。英國諾丁漢大學(xué)的計算機(jī)科學(xué)家朱莉·格林史密斯設(shè)計了樹突細(xì)胞算法，這一算法能夠檢測出計算機(jī)病毒和其他惡意代碼，就像我們的免疫系統(tǒng)能夠感知真正的病毒一樣。

另外一個由華盛頓州里奇蘭市西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)安全研發(fā)人員組成的團(tuán)隊(duì)從螞蟻和其他群居昆蟲那里獲得了靈感。他們發(fā)明了“數(shù)碼螞蟻”,可以在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中漫游，就像真正的螞蟻那樣在巢穴中巡視，并在察覺到威脅時能夠迅速將它們圍住。

美國州立波特蘭大學(xué)的計算機(jī)科學(xué)家梅拉尼·米切爾介紹說，這樣的“仿生學(xué)”算法與圖靈機(jī)和其他經(jīng)典的計算模型一樣歷史悠久。但是在這樣一個每年都有無數(shù)信息生成、信息量越來越飽和的網(wǎng)絡(luò)互連時代，基于大自然的編碼或許是處理這些信息最好的辦法?！坝捎谌藗冊絹碓揭庾R到計算再也不僅僅是計算機(jī)的事，對在生物科學(xué)和計算機(jī)科學(xué)之間開展合作具有濃厚的興趣，”米切爾解釋說，“這些生物系統(tǒng)全都擅長于一件事情，就是模式識別，甚至能夠在信息泛濫的情況下將有用信號從噪音中分離出來。

【約翰·帕夫盧斯（文）徐海燕（翻譯）】

以一當(dāng)百的遺傳病檢測

美國Counsyl公司開發(fā)的新技術(shù)，只需要一點(diǎn)唾液就可以檢測100多種隱性致病基因。從某種意義上說，這就像是多種傳統(tǒng)獨(dú)立致病基因篩查的組合，從醫(yī)學(xué)角度看，最終結(jié)果是一樣的。然而新方法只需一次檢測，而且僅需350美元。Counsyl公司稱，新方法的準(zhǔn)確率和特異率高達(dá)99%——也就是說極少產(chǎn)生假陽性或假陰性結(jié)果。到目前為止，Counsyl測試大多應(yīng)用于不孕癥患者。能夠提供此項(xiàng)測試的耶魯生殖醫(yī)學(xué)中心的主任、Counsyl公司顧問委員會成員帕斯夸萊·帕特里奇奧表示，這種測試有助于協(xié)助醫(yī)生治療那些因不明原因而習(xí)慣性流產(chǎn)的夫婦。

【瑪麗·卡邁克爾（文）王冬（翻譯）】

從垃圾中獲取燃料

在不遠(yuǎn)的將來，煉油廠的規(guī)模可能會小到只有在顯微鏡下才能看清結(jié)構(gòu)。它們的原料也會發(fā)生變化，甚至能將生活垃圾中的碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)換為燃料。

這種技術(shù)的關(guān)鍵是依靠外界作用，使垃圾中擁有氫或碳成分的分子產(chǎn)生變化，生成在室溫下為液態(tài)、適合作為內(nèi)燃機(jī)燃料的產(chǎn)物。

2010年 7月，美國LS9公司（位于南圣弗朗西斯科）的科學(xué)家宣布，他們修改了大腸桿菌的基因，讓它們能直接將糖轉(zhuǎn)化為烷類——這是碳?xì)浠衔锏囊环N，與標(biāo)準(zhǔn)煉油廠的許多產(chǎn)品屬于同一類。但是，只要適當(dāng)修改基因組，也許在不久的未來，細(xì)菌就能將垃圾中的糖類轉(zhuǎn)變?yōu)槟闫囉拖淅锏娜剂稀?/p>

【馬修·L·沃爾德（文）王昊明（翻譯）】

越來越重要的垃圾DNA

人類基因組中負(fù)責(zé)編碼蛋白質(zhì)的部分只占2%,它們被稱為基因。其余部分在過去一直被生物學(xué)家認(rèn)作“垃圾DNA”。但是近十幾年來，生物學(xué)家逐漸認(rèn)識到，這一堆“廢物”實(shí)際上是一些非常重要的遺傳密碼，它們雖然不是基因，卻負(fù)責(zé)調(diào)控基因的表達(dá)。對垃圾DNA進(jìn)行的更徹底的研究，可能顛覆我們對環(huán)境和基因間微妙相互作用的認(rèn)識，還可以幫助人們制定出對抗疾病的全新戰(zhàn)術(shù)。

在垃圾DNA研究領(lǐng)域，每隔幾個月就會冒出一些令人激動的新發(fā)現(xiàn)。據(jù)2010年9月出版的《自然—醫(yī)學(xué)》雜志報道，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一種叫做神經(jīng)母細(xì)胞瘤的罕見神經(jīng)系統(tǒng)癌癥可能與垃圾DNA相關(guān)，在這種癌癥患者體內(nèi)，一小段垃圾DNA產(chǎn)生的RNA使得某個抑癌基因失效。與之類似，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一種罕見肌肉萎縮癥部分患者的第 4號染色體末端有一段特殊的垃圾DNA拷貝，拷貝數(shù)為1到10不等。垃圾DNA也不僅與罕見病癥聯(lián)系在一起，比如2010年2月發(fā)表于《自然》雜志的一篇文章就探討了第9號染色體上一個垃圾DNA區(qū)域與心臟病發(fā)病率之間的關(guān)系。

垃圾DNA還能幫生物適應(yīng)環(huán)境。2009年5月，比利時魯汶大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，酵母的基因組中有一個基因，其活性直接受一段垃圾DNA重復(fù)次數(shù)的控制。因?yàn)檫@些DNA片段重復(fù)的次數(shù)比其他DNA區(qū)域更加頻繁，所以這種機(jī)制可以加速生物進(jìn)化。

【梅琳達(dá)·溫納·莫耶（文）王冬（翻譯）】