據(jù)《科學(xué)美國(guó)人》網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道，世界經(jīng)濟(jì)論壇近日在夏季達(dá)沃斯年會(huì)上發(fā)布了2016年度十大新興技術(shù)，這份榜單由該論壇的新興技術(shù)跨界理事會(huì)編纂，與《科學(xué)美國(guó)人》雜志合作發(fā)表。他們相信這十大技術(shù)展示了創(chuàng)新的力量，能夠改變?nèi)祟?lèi)的生活，以及變革工業(yè)的面貌并保護(hù)我們的星球。
自動(dòng)駕駛汽車(chē)漸入佳境
汽車(chē)的出現(xiàn)改變了現(xiàn)代生活的面貌：改變了我們的生活所在地、購(gòu)買(mǎi)習(xí)慣、工作方式等。隨著汽車(chē)越來(lái)越普遍，它們已經(jīng)成為社會(huì)文化和生態(tài)不可分割的一部分。
我們正處在一個(gè)變革性的交通技術(shù)改變之巔：從有人駕駛的汽車(chē)到能夠自動(dòng)駕駛的汽車(chē)轉(zhuǎn)變，每個(gè)人都被裹挾其中。盡管目前自動(dòng)汽車(chē)對(duì)于社會(huì)的長(zhǎng)期影響很難預(yù)測(cè)，但有一點(diǎn)毋庸置疑：它將給我們的生活帶來(lái)深刻的影響。
谷歌等企業(yè)多年來(lái)一直在測(cè)試自動(dòng)駕駛汽車(chē)，并取得了不少成績(jī)。這些智能車(chē)會(huì)對(duì)來(lái)自車(chē)載雷達(dá)、攝像頭、超聲測(cè)距儀、全球定位系統(tǒng)（GPS）以及存儲(chǔ)地圖的大量傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在沒(méi)有人力干預(yù)的情況下，暢行于日益復(fù)雜且快速變化的交通環(huán)境中。
不過(guò)，消費(fèi)者才剛剛開(kāi)始使用具備自動(dòng)駕駛能力的車(chē)輛。自動(dòng)駕駛的推廣將通過(guò)穩(wěn)步實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)車(chē)輛沒(méi)有的日益智能化、安全和便利功能來(lái)逐步進(jìn)行。例如，某些車(chē)型已經(jīng)提供自動(dòng)平行泊車(chē)、車(chē)道自動(dòng)保持、緊急制動(dòng)甚至半自動(dòng)巡航控制等功能。去年10月，特斯拉汽車(chē)公司推出了一款供特斯拉車(chē)主下載的軟件包，可實(shí)現(xiàn)有限形式的自動(dòng)駕駛操作。特斯拉推出的自動(dòng)駕駛功能可代替駕車(chē)人控制并調(diào)整方向盤(pán)角度和車(chē)輛行駛速度，讓車(chē)輛在原有車(chē)道內(nèi)平穩(wěn)行駛，并與前車(chē)保持安全距離。
隨著技術(shù)不斷成熟，法律和監(jiān)管逐漸放開(kāi)，無(wú)人駕駛這一趨勢(shì)可能會(huì)持續(xù)進(jìn)行下去。目前，美國(guó)已有6個(gè)州準(zhǔn)許無(wú)人駕駛汽車(chē)上路，更多州可能會(huì)緊隨其后。而且汽車(chē)保險(xiǎn)商和立法機(jī)構(gòu)正在就相關(guān)事宜進(jìn)行討論，比如，當(dāng)自動(dòng)駕駛汽車(chē)撞車(chē)時(shí)，責(zé)任和成本如何承擔(dān)等。盡管自動(dòng)駕駛汽車(chē)被寄予厚望，人們認(rèn)為它比現(xiàn)在汽車(chē)更安全，但難免也會(huì)發(fā)生事故。
當(dāng)然，這方面還有很多改善空間。在美國(guó)，撞車(chē)等事故每年會(huì)導(dǎo)致3萬(wàn)人喪命、230萬(wàn)人受傷。自動(dòng)駕駛汽車(chē)可能也有諸多不足之處，比如軟件非常復(fù)雜，但它們不會(huì)出現(xiàn)分神或冒險(xiǎn)等行為，而這兩者是目前交通事故的“罪魁禍?zhǔn)住薄?br /> 一旦汽車(chē)或卡車(chē)實(shí)現(xiàn)常規(guī)性自動(dòng)駕駛，整個(gè)社會(huì)將面臨更深遠(yuǎn)的變革。對(duì)很多人來(lái)說(shuō)，擁有專(zhuān)屬于自己的汽車(chē)將不再是現(xiàn)代生活的一項(xiàng)必需品。共享汽車(chē)和無(wú)人駕駛出租車(chē)以及運(yùn)載服務(wù)可能會(huì)成為常態(tài)。這種變化將讓年老體弱者大大受益，要知道，老齡化已成為很多國(guó)家的一種趨勢(shì)。共享能編程的汽車(chē)有望降低對(duì)本地停車(chē)場(chǎng)的需求；通過(guò)預(yù)防事故降低擁堵并使安全高速駕駛成為可能。
與其他技術(shù)一樣，自動(dòng)駕駛汽車(chē)也有自己的缺點(diǎn)和不足。未來(lái)，商業(yè)駕駛可能不再是一項(xiàng)穩(wěn)定的職業(yè)。同時(shí)，共享汽車(chē)也提出了一些棘手的隱私和安全問(wèn)題。另外，越來(lái)越多人能買(mǎi)得起汽車(chē)，這可能會(huì)加劇而非緩解交通擁堵或污染等問(wèn)題。但自動(dòng)駕駛汽車(chē)帶來(lái)的好處如此不可抗拒，因此，它們的廣泛使用只是時(shí)間問(wèn)題，而不是能否成真的問(wèn)題。
物聯(lián)網(wǎng)邁向納米化
利用廉價(jià)的微型傳感器以及微型處理器，加上微型供電裝置以及無(wú)線天線搭建起來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)，正在迅速把網(wǎng)絡(luò)世界從計(jì)算機(jī)和移動(dòng)裝置擴(kuò)展至物質(zhì)世界中的常用物品：恒溫調(diào)節(jié)器汽車(chē)、門(mén)鎖甚至寵物跟蹤器。人們每天幾乎都會(huì)宣布推出了新的物聯(lián)網(wǎng)裝置。分析師們估計(jì)，到2020年，將有300億臺(tái)這樣的裝置。
互聯(lián)物品，尤其是這些由人工智能系統(tǒng)監(jiān)控和控制的互聯(lián)物品的爆發(fā)式發(fā)展，可能賦予普通物品令人驚嘆的功能：比如在認(rèn)出自己的主人已經(jīng)下班，正在回家的路上時(shí)，房門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)；或者一款植入體內(nèi)的心臟檢測(cè)器能在器官出現(xiàn)異常癥狀時(shí)通知醫(yī)生。
科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)始把傳感器的尺寸從毫米或微米級(jí)縮小到納米級(jí)，小到能在生物體內(nèi)循環(huán)；小到能直接混合到建筑材料內(nèi)，這是朝納米物聯(lián)網(wǎng)邁出的關(guān)鍵第一步，而納米物聯(lián)網(wǎng)有望引領(lǐng)醫(yī)學(xué)及其他許多行業(yè)邁入一個(gè)全新的天地。
迄今最先進(jìn)的納米傳感器中，有些通過(guò)使用合成生物學(xué)工具修改單細(xì)胞的有機(jī)體，比如細(xì)菌制成，這些過(guò)程的目標(biāo)是構(gòu)建出簡(jiǎn)單的生物計(jì)算機(jī)，這些計(jì)算機(jī)使用DNA和蛋白質(zhì)來(lái)識(shí)別特定的化學(xué)物質(zhì)；存儲(chǔ)幾個(gè)比特的信息；隨后再通過(guò)改變顏色或釋放出其他容易探測(cè)的信號(hào)來(lái)報(bào)告其狀態(tài)。
而有些納米傳感器由非生物材料，比如碳納米管等制造而成，其能像無(wú)線納米天線一樣，感應(yīng)并發(fā)送信號(hào)。
因?yàn)檫@些納米傳感器如此小，其能從數(shù)百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)那兒收集信息。接著，外部設(shè)備將這些數(shù)據(jù)整合在一起，生成詳細(xì)程度不可思議的地圖，揭示光、振動(dòng)、電流、磁場(chǎng)、化學(xué)濃度以及其他環(huán)境最細(xì)微的變化。
現(xiàn)在看來(lái)，從智能傳感器過(guò)渡到納米物聯(lián)網(wǎng)這一趨勢(shì)似乎已經(jīng)定局，但仍然有幾個(gè)問(wèn)題需要解決。一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)是將所有需要的元件整合成一個(gè)能自我供電的納米設(shè)備，從而探測(cè)到變化并將數(shù)據(jù)上載到互聯(lián)網(wǎng)；另一個(gè)技術(shù)障礙則包括麻煩的隱私和安全問(wèn)題。任何植入體內(nèi)的納米設(shè)備——不管是有意還是無(wú)意植入，都可能有毒，也可能誘發(fā)身體的免疫反應(yīng)。另外，這一技術(shù)可能也會(huì)使不受歡迎的監(jiān)控成為可能。因此，在使用時(shí)，首先應(yīng)該將納米傳感器嵌入或植入簡(jiǎn)單且風(fēng)險(xiǎn)小的生物體內(nèi)，比如嵌入植物和工業(yè)過(guò)程中用到的不會(huì)感染的微生物體內(nèi)，以避免這些惱人的問(wèn)題，并對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。
當(dāng)納米物聯(lián)網(wǎng)到來(lái)時(shí)，它可能會(huì)為我們提供與城市、房屋、工廠甚至我們身體有關(guān)的更詳細(xì)、更廉價(jià)、更新的圖像。今天，交通燈、可穿戴設(shè)備或監(jiān)控?cái)z像頭幾乎在逐步聯(lián)網(wǎng)。下一步，數(shù)十億納米傳感器可能會(huì)捕獲大量實(shí)時(shí)信息并將其上載到云端。
下一代增容的電池
近年來(lái)，太陽(yáng)能和風(fēng)能的容量已取得了兩位數(shù)的增長(zhǎng)，但太陽(yáng)能和風(fēng)能比較反復(fù)無(wú)常。盡管每年風(fēng)力發(fā)電廠的規(guī)模越來(lái)越大；太陽(yáng)能電池的效率由于光伏材料的改進(jìn)而不斷提高，但這些可再生能源仍然只能提供全球總電力需求的5%左右。
更好的電池可能可以解決這一問(wèn)題，使零排放的可再生能源發(fā)展更快，更容易給目前沒(méi)有電就無(wú)法生存的12億人提供可靠的電力。
在過(guò)去幾年里，具有足夠大的容量，可以為整個(gè)工廠、城鎮(zhèn)甚至連接孤立鄉(xiāng)間社區(qū)的“微型電網(wǎng)”供電的新型蓄電池得到了驗(yàn)證。這些蓄電池是以鈉、鋁或者鋅為基本材料。它們不再含有傳統(tǒng)鉛酸電池使用的笨重金屬以及腐蝕性化學(xué)物質(zhì)；而且，與目前電子設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)廣泛使用的鋰電池相比，它們更便宜、更容易擴(kuò)大規(guī)模，也更安全。這些新技術(shù)更適用于主要依靠太陽(yáng)能或風(fēng)能的系統(tǒng)。
例如，去年10月份，流體能量（Fluidic Energy）公司宣布，與印尼政府簽署了一項(xiàng)協(xié)議，在500個(gè)偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村布設(shè)35兆瓦的太陽(yáng)能電池板，為170萬(wàn)人提供家庭用電。為了提供可靠的電力，太陽(yáng)能電池系統(tǒng)將使用該公司的鋅-空氣電池來(lái)存儲(chǔ)250兆瓦小時(shí)的能量。今年4月份，該公司與馬達(dá)加斯加簽署了同樣的協(xié)議，為100個(gè)偏遠(yuǎn)村莊布設(shè)太陽(yáng)能電池板。
對(duì)于目前無(wú)法從電網(wǎng)獲得電力供應(yīng)的人來(lái)說(shuō)，可再生能源發(fā)電和電網(wǎng)級(jí)蓄電池的結(jié)合是極具變革性的；而且，對(duì)于致力于節(jié)能減排的發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)，更好的電池也擁有巨大的潛力。
開(kāi)放式人工智能生態(tài)系統(tǒng)
蘋(píng)果公司的Siri、谷歌公司的OK Google、微軟公司的Cortana以及亞馬遜公司的Echo等能提供極好的服務(wù)，它們能使用自然語(yǔ)言處理程序從人們的言談中提取出問(wèn)題，接著提供一些有限的幫助，比如，查找餐廳、獲得汽車(chē)的行駛線路、為聚會(huì)找一個(gè)空曠的場(chǎng)地或僅僅進(jìn)行一次簡(jiǎn)答的網(wǎng)頁(yè)搜索。但我們經(jīng)常會(huì)遇到的情況是，它們對(duì)某個(gè)幫助請(qǐng)求給出的反饋是“對(duì)不起，我不知道”，或者“這就是我在網(wǎng)上找的”，這與私人助手貼心又溫柔的輔助真是不可同日而語(yǔ)。而且，這些系統(tǒng)都是大公司的專(zhuān)利產(chǎn)品，對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，很難給其添加新功能。
但是，在過(guò)去幾年里，多項(xiàng)新興技術(shù)相互“聯(lián)姻”，讓我們能更容易制造出功能更強(qiáng)大、更類(lèi)似人的數(shù)字助手——也就是說(shuō)，更容易形成一個(gè)開(kāi)放的人工智能生態(tài)系統(tǒng)。這一生態(tài)系統(tǒng)不僅與我們的移動(dòng)裝置和電腦相連，并且通過(guò)這些移動(dòng)裝置和計(jì)算機(jī)訪問(wèn)我們的信息、通訊錄、財(cái)政狀況、日程安排以及工作文件，而且與臥室中的恒溫調(diào)節(jié)器、浴室中的體重計(jì)、手腕上的手環(huán)甚至馬路上的汽車(chē)相連。今后幾年里，互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)以及你自己的個(gè)人數(shù)據(jù)的互相連接——這些連接可以在任何地方通過(guò)與人工智能對(duì)話立即實(shí)現(xiàn)——可以在未來(lái)幾年釋放更高的生產(chǎn)率，讓數(shù)百萬(wàn)人更健康和幸福。
通過(guò)集中使用匿名的健康數(shù)據(jù)并向個(gè)人提供個(gè)性化的健康建議，這樣的系統(tǒng)應(yīng)該可以在健康方面取得顯著成效并降低醫(yī)療保健的成本。人工智能在金融服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)該能夠減少錯(cuò)誤，為上年紀(jì)的人提供新的保護(hù)。
這一技術(shù)的核心機(jī)密是情境。直到現(xiàn)在，機(jī)器一直不太注意我們的工作、身體以及生活的細(xì)節(jié)。一名人類(lèi)私人助理知道你何時(shí)能打擾、何時(shí)感到壓力、何時(shí)煩躁、何時(shí)感到饑餓、何時(shí)覺(jué)得累；它也知道什么人、什么事對(duì)你很重要；什么人或事你想避開(kāi)。人工智能系統(tǒng)也在慢慢學(xué)習(xí)并獲得這些技能。盡管剛一開(kāi)始，它們可能沒(méi)有人類(lèi)那么多才多藝，但它們將會(huì)變得很有用，至少價(jià)格上占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位。
目前，已有數(shù)家公司研制出了這樣的系統(tǒng)并進(jìn)行了展示。比如，微軟公司的科學(xué)家建造了一個(gè)系統(tǒng)，能夠知道你何時(shí)很忙因此沒(méi)法打電話，并在你合適的時(shí)候安排會(huì)面。而一些公司能基于簡(jiǎn)單的英語(yǔ)提問(wèn)，為你搜尋適合自己偏好的航班信息。
光遺傳學(xué)“照亮”臨床神經(jīng)科學(xué)
大腦，即使相對(duì)來(lái)說(shuō)像老鼠那樣比較簡(jiǎn)單的大腦，其功能都非常復(fù)雜。神經(jīng)科學(xué)家們和心理學(xué)家們能觀測(cè)大腦對(duì)不同刺激的反應(yīng)，他們甚至標(biāo)識(shí)出了大腦的基因如何被表達(dá)，但無(wú)法控制個(gè)體神經(jīng)元和其他類(lèi)型的大腦細(xì)胞何時(shí)關(guān)閉和打開(kāi)。因此，很難解釋大腦的工作原理，并最終治愈帕金森癥和抑郁等疾病。
那么，神經(jīng)科學(xué)家如何通過(guò)測(cè)量大腦中的信息流來(lái)了解大腦的功能呢？傳統(tǒng)的方法是用電極記錄和測(cè)量神經(jīng)元的活動(dòng)，但電極會(huì)刺激周?chē)拿總€(gè)神經(jīng)元且無(wú)法區(qū)分不同的大腦細(xì)胞，因此，這是一個(gè)比較粗糙也不精確的方法。
2005年，神經(jīng)科學(xué)家們展示了一項(xiàng)新技術(shù)，借用遺傳工程方法讓神經(jīng)細(xì)胞對(duì)特定顏色的光做出反應(yīng)，這一技術(shù)就是所謂的光遺傳學(xué)技術(shù)，這一技術(shù)基于科學(xué)家們?cè)谏鲜兰o(jì)70年代對(duì)色素蛋白，也就是所謂的視紫紅質(zhì)進(jìn)行的研究。沒(méi)有眼睛的微生物在視紫紅質(zhì)（由視蛋白編碼）的幫助下從入射光那兒獲取能量和信息。
通過(guò)插入一個(gè)或者多個(gè)視蛋白基因進(jìn)入老鼠特定的神經(jīng)元內(nèi)，生物學(xué)家們現(xiàn)在能夠使用可見(jiàn)光來(lái)隨意地將特定神經(jīng)元打開(kāi)或者關(guān)閉。過(guò)去幾年，科學(xué)家們已經(jīng)定制了不同版本的這些蛋白，能夠?qū)Σ煌念伾龀龇磻?yīng)，從深紅色到綠色再到藍(lán)色。通過(guò)將不同的基因放入不同的細(xì)胞內(nèi)，他們使用不同顏色的光脈沖，采用精確地時(shí)間順序，激活一個(gè)神經(jīng)元和其幾位鄰居。
這是一個(gè)至關(guān)重要的進(jìn)展，因?yàn)樵谏矬w的大腦內(nèi)，時(shí)間就意味著一切。
光遺傳技術(shù)的出現(xiàn)顯著加快了腦科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步。但由于將光遞送到腦組織內(nèi)部是一件難事，因此，實(shí)驗(yàn)受限?，F(xiàn)在，科學(xué)家們正在對(duì)超薄的柔性微芯片（“塊頭”還沒(méi)有一個(gè)神經(jīng)元大）進(jìn)行測(cè)試，此類(lèi)設(shè)備作為可注射設(shè)備，將神經(jīng)置于無(wú)線控制之下。它們能夠被插入腦部深處，而對(duì)周?chē)M織幾乎不造成任何損害。
光遺傳技術(shù)已經(jīng)為帕金森癥震顫、慢性疼痛、視力損傷和抑郁等大腦疾病打開(kāi)了新大門(mén)。大腦神經(jīng)化學(xué)顯然與某些大腦疾病存在重要關(guān)聯(lián)，這便是藥物可在一定程度上幫助改善癥狀的原因。但在大腦的高速電路同時(shí)受到擾亂的區(qū)域，光遺傳學(xué)研究——尤其是在新興無(wú)線微芯片技術(shù)的支持下——可提供新治療途徑。例如，最新研究表明，在某些案例中，關(guān)閉特定神經(jīng)元的非侵入性光療法可以治療慢性疼痛，從而為現(xiàn)有疼痛療法提供了一種替代治療方案。
芯片器官帶來(lái)生物學(xué)新視野
很多重要的生物學(xué)研究和實(shí)用藥物測(cè)試只能通過(guò)研究某個(gè)器官在工作時(shí)的“一舉一動(dòng)”才能進(jìn)行，一項(xiàng)新技術(shù)能在微芯片上培育功能性的人類(lèi)器官模塊，這種“芯片器官”或許可滿(mǎn)足這一需要，使科學(xué)家能以前所未有的方式研究生理學(xué)機(jī)制和行為，為藥物研發(fā)提供機(jī)會(huì)。
2010年，哈佛大學(xué)威斯研究所的唐納德·因格貝爾利用微芯片制造技術(shù)與組織工程技術(shù)，將人類(lèi)細(xì)胞與真空芯片結(jié)合，制造出“一片”能自由呼吸的“芯片肺臟”，這是第一款芯片器官。
私人企業(yè)聞風(fēng)而動(dòng)。由因格貝爾和威斯研究所其他同事領(lǐng)導(dǎo)的“模擬（Emulate）”公司與研究機(jī)構(gòu)、業(yè)內(nèi)公司和包括美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究計(jì)劃局（DAPRA）在內(nèi)的政府部門(mén)締結(jié)了合作關(guān)系。迄今為止，已有多個(gè)組織報(bào)告成功制造出肺、肝、腎、心臟、骨髓以及眼角膜等“芯片器官”。此外，源自英國(guó)牛津大學(xué)的CN Bio機(jī)構(gòu)研制出名為量子-B的肝臟芯片，可幫助科研人員找到治愈乙肝的方法。
每個(gè)芯片器官的尺寸大約與USB存儲(chǔ)器相仿。它由柔韌、半透明的聚合物制成。在芯片內(nèi)部存在布局復(fù)雜的微流體管道，每根微流體管道的直徑不到1毫米，布滿(mǎn)取自目標(biāo)器官的人類(lèi)細(xì)胞。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)物、血液及實(shí)驗(yàn)藥物等測(cè)試用混合物被泵入管道時(shí)，這些細(xì)胞會(huì)復(fù)制活體器官的某些關(guān)鍵功能。
芯片內(nèi)部的小室可以模擬某一器官組織的特殊結(jié)構(gòu)，例如肺部微小的氣囊；然后非常精確地模擬人類(lèi)的呼吸，讓空氣通過(guò)氣道。與此同時(shí)，可以將混合著細(xì)菌的血液泵入其他管道，科學(xué)家就可以觀察細(xì)胞如何對(duì)感染做出反應(yīng)。這項(xiàng)技術(shù)將使科學(xué)家看到以前從未看到過(guò)的生物機(jī)制和生理行為。
由于“芯片器官”裝置對(duì)諸如細(xì)菌以及空氣污染產(chǎn)生的反應(yīng)和活體器官相似，在未來(lái)將有可能會(huì)被用來(lái)測(cè)試藥物安全以及人體對(duì)環(huán)境的反應(yīng)。若獲得監(jiān)管部門(mén)批準(zhǔn)，這些裝置能大大減少制藥檢查方面對(duì)活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的依賴(lài)，同時(shí)也能減少制藥成本、縮短藥物推向市場(chǎng)的時(shí)間。
軍隊(duì)和生物防御研究人員也看到了芯片器官以不同方式挽救生命的潛力。模擬肺臟和其他類(lèi)似的設(shè)備或許可以用于測(cè)試器官對(duì)生物、化學(xué)或放射武器的反應(yīng)。但因?yàn)閭惱韱?wèn)題，目前還無(wú)法進(jìn)行類(lèi)似的測(cè)試。
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率大增
目前支配世界市場(chǎng)的硅基太陽(yáng)能電池面臨著三個(gè)瓶頸。利用鈣鈦礦來(lái)替代硅這種新的制造高效太陽(yáng)能電池的方法，或許能一次解決這三個(gè)問(wèn)題并且從陽(yáng)光中獲得更多能量。
硅基光伏電池的第一個(gè)局限性在于：它們由一種很少在自然界中找到純凈成分的元素制成，盡管氧化硅并不短缺，但是，將其中的氧氣去除從而獲得純凈的硅會(huì)耗費(fèi)大量能量。一般來(lái)說(shuō)，制造商們?cè)谝粋€(gè)電弧爐內(nèi)將氧化硅在1500到2000攝氏度融化，此過(guò)程會(huì)排放不少溫室氣體，因此，制造硅基光伏電池的成本相對(duì)來(lái)說(shuō)就比較高。
鈣鈦礦是一類(lèi)范圍廣泛的材料，其主要由碳和氫制成的有機(jī)分子結(jié)合鉛等金屬以及氯等鹵族元素采用三位晶體結(jié)構(gòu)制成，其制造成本更加低廉而且溫室氣體排放更少。制造商們可以將很多液態(tài)溶液混合，然后沉積出鈣鈦礦薄膜，不需要電弧爐，薄膜本身也非常輕。
這些屬性因此消除了硅太陽(yáng)能電池的第二個(gè)限制：堅(jiān)硬且笨重。平的以及大塊板狀的硅基光伏電池表現(xiàn)最出色，但是，這些太陽(yáng)能電池板使得大規(guī)模安裝非常昂貴。
傳統(tǒng)硅基太陽(yáng)能電池的第三個(gè)主要限制在于其能源轉(zhuǎn)化效率，15年來(lái)，其能效一直卡在25%。當(dāng)鈣鈦礦首次問(wèn)世時(shí)，其能效比硅基太陽(yáng)能電池更低。2009年，由鉛、碘化物以及銨制成的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池只能將4%的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能，但是，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的發(fā)展勢(shì)頭非常迅猛，部分原因在于鈣鈦礦有數(shù)千種不同的組成。
到2016年，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的能效已經(jīng)超過(guò)20%，7年之內(nèi)提高了4倍，而且，過(guò)去兩年更是令人驚嘆地翻了一番。它們目前在商業(yè)上與光伏電池展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)，且可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到效率極限。雖然硅基太陽(yáng)能電池技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在不斷優(yōu)化。
不過(guò)，我們也不能急著向它“托付終身”，想要實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦電池的巨大商業(yè)價(jià)值，目前還有3個(gè)難題急需解決：首先鈣鈦礦有毒。鈣鈦礦電池材料含有鉛，這是一種對(duì)人體和環(huán)境有極大危害的元素。美國(guó)西北大學(xué)已研發(fā)出一種用錫代替鉛的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，但轉(zhuǎn)換效率還只有6%。這種電池還處于研發(fā)初級(jí)階段，效率在未來(lái)還有提升空間；第二，鈣鈦礦電池中的鉛容易氧化揮發(fā)，而當(dāng)晶體遇水時(shí)則易分解。如果我們使用鈣鈦礦電池發(fā)電，它很有可能滲出流到屋頂或土壤中，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生威脅；第三，鈣鈦礦電池壽命不長(zhǎng)。目前，壽命最長(zhǎng)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可達(dá)到1000小時(shí)，而傳統(tǒng)晶硅電池壽命一般可達(dá)到25年。
盡管鈣鈦礦的未來(lái)依舊困難重重，但在能源緊缺的今天，人們不會(huì)放棄任何產(chǎn)生新能源的機(jī)會(huì)。與其他新興的電池技術(shù)攜手，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池或許也能改善缺乏可靠電力的12億人的生活水平。
系統(tǒng)代謝工程學(xué)變微生物為工廠
跟蹤我們每天購(gòu)買(mǎi)和使用的產(chǎn)品，從塑料、衣物到化妝品和燃料，追本溯源，你將發(fā)現(xiàn)它們大都由來(lái)自于地下深處的物品制成。制造這些產(chǎn)品的工廠也或多或少由各種化學(xué)物質(zhì)組成。而且，這些化學(xué)物質(zhì)來(lái)自于主要由化石燃料提供能量的工廠，這些工廠能將石化產(chǎn)品變成其他各種化學(xué)物品。
用活的有機(jī)物代替石油化學(xué)產(chǎn)品、天然氣和煤來(lái)制造我們?nèi)粘Ｉ钪兴玫漠a(chǎn)品不僅對(duì)氣候和環(huán)境有利；對(duì)全球經(jīng)濟(jì)來(lái)說(shuō)也是一件好事。我們已經(jīng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域使用這種方式。從長(zhǎng)期來(lái)說(shuō)，在制造擁有很多屬性的廉價(jià)材料方面，微生物擁有很大的潛力。我們可以摒棄目前從地下挖取原材料的方式，代之以在充滿(mǎn)了活體微生物的巨大生物反應(yīng)器內(nèi)“孵化”出這些材料。
要想基于生物的化學(xué)產(chǎn)品真正成為主流，它必須能在價(jià)格與性能方面，與傳統(tǒng)的化學(xué)產(chǎn)品相媲美。隨著系統(tǒng)代謝工程學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，這一目標(biāo)目前似乎可以實(shí)現(xiàn)。代謝工程學(xué)的基本宗旨是改變微生物的生物化學(xué)屬性，使其大部分能量和資源能被合成有用的化學(xué)產(chǎn)品。有時(shí)候，修改包括改變有機(jī)物的遺傳組成；有時(shí)候，修改包括改變微生物的代謝機(jī)制，這一點(diǎn)相比前者更加復(fù)雜。
隨著合成生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)和進(jìn)化工程學(xué)取得進(jìn)展，代謝工程學(xué)現(xiàn)在能創(chuàng)造出生物系統(tǒng)，制造以常規(guī)手段難以制?。ㄒ蚨职嘿F）的化學(xué)物質(zhì)。在最近一次成功的演示活動(dòng)中，經(jīng)特殊設(shè)定的微生物生成了一種可植入、能生物降解的聚合物PLGA，可用于外科縫合、移植和修復(fù)，也可以用作治療癌癥和感染的藥物輸送材料。此外，系統(tǒng)代謝工程學(xué)也被用來(lái)制造酵母菌株。
使用新陳代謝工程學(xué)能夠制造的化學(xué)物質(zhì)范圍逐年加大。盡管這一技術(shù)目前還不能制造出所有石化產(chǎn)品制造的產(chǎn)品，但它有可能制造出無(wú)法用石油廉價(jià)制造的新奇化學(xué)物質(zhì)，尤其是復(fù)雜的有機(jī)化合物，這些材料目前必須從植物或者動(dòng)物中提取，因此“身價(jià)”很高、產(chǎn)量很小。
與化石燃料不同，由微生物制造的化學(xué)物質(zhì)可回收且?guī)缀醪粫?huì)釋放溫室氣體，而且，有些物質(zhì)甚至有潛力通過(guò)吸收二氧化碳或甲烷并將其整合成最終可被作為固體廢物埋掉的產(chǎn)品，從而減少大氣中二氧化碳的含量。
區(qū)塊鏈為數(shù)據(jù)“保駕護(hù)航”
數(shù)字貨幣比特幣背后的區(qū)塊鏈技術(shù)是一種分散式的公共交易分類(lèi)賬，它不被任何企業(yè)或個(gè)人擁有或控制。任何用戶(hù)都可以讀取完整的區(qū)塊鏈。借用編制密碼的數(shù)字手段，資金每次從一個(gè)賬戶(hù)轉(zhuǎn)至另一個(gè)賬戶(hù)都會(huì)以一種安全和可證實(shí)的方式記錄下來(lái)。由于區(qū)塊鏈的眾多副本散布在全球各地，它被認(rèn)為能夠有效防止篡改。
比特幣對(duì)執(zhí)法和國(guó)際現(xiàn)金控制提出的挑戰(zhàn)已引發(fā)各界人士的廣泛討論，但是，區(qū)塊鏈分類(lèi)賬的用途已經(jīng)超出簡(jiǎn)單的金錢(qián)交易范疇。
與互聯(lián)網(wǎng)一樣，區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)基于其他技術(shù)和應(yīng)用的開(kāi)放式全球基礎(chǔ)設(shè)施；而且，與互聯(lián)網(wǎng)一樣，區(qū)塊鏈?zhǔn)沟媒灰啄軌蜣饤墏鹘y(tǒng)的中間人，降低甚至消除交易成本。
通過(guò)使用區(qū)塊鏈，個(gè)人不需要銀行賬號(hào)就能安全地交換金錢(qián)或者購(gòu)買(mǎi)保險(xiǎn)，甚至能跨越國(guó)境。區(qū)塊鏈技術(shù)也讓陌生人能夠不通過(guò)律師就簽署簡(jiǎn)單且可實(shí)施的合同。它使得人們可以直接出售房產(chǎn)、票務(wù)、股票以及其他資產(chǎn)而無(wú)需任何中間商。據(jù)估計(jì)，到2022年，區(qū)塊鏈技術(shù)每年可為銀行節(jié)約200多億美元的成本。
大約50家銀行已經(jīng)宣布了區(qū)塊鏈項(xiàng)目。去年，投資人向那些利用區(qū)塊鏈做生意的初創(chuàng)公司砸下了10億美金。包括微軟、IBM以及谷歌在內(nèi)的技術(shù)巨頭們都有各自在進(jìn)行的區(qū)塊鏈項(xiàng)目。很多公司著迷于區(qū)塊鏈技術(shù)在解決互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)中的兩大頑疾——隱私和安全問(wèn)題等方面的潛能。
因?yàn)閰^(qū)塊鏈交易被公鑰和私鑰記錄，這些密鑰都是一些普通人難以理解的長(zhǎng)字符，當(dāng)允許第三方核驗(yàn)他們的數(shù)字交易時(shí)，人們能選擇保持匿名。而且，除了個(gè)人，機(jī)構(gòu)也能使用區(qū)塊鏈存儲(chǔ)公共記錄以及有約束力的承諾。例如，英國(guó)劍橋大學(xué)的研究人員已經(jīng)證明，如何要求制藥公司將臨床藥物測(cè)試中必要而詳細(xì)的描述添加到區(qū)塊鏈上。這將阻止該公司在測(cè)試沒(méi)有獲得預(yù)期效果的情況下改變條件，這是制藥公司的一個(gè)常用伎倆。
二維材料能提供科研新工具
新材料能改變世界?，F(xiàn)在，一類(lèi)具有巨大潛力的由單層原子構(gòu)成的新材料正如雨后春筍般涌現(xiàn)。這個(gè)被稱(chēng)為二維材料的新型材料家族在過(guò)去幾年間不斷壯大，現(xiàn)已包括了呈網(wǎng)格狀的碳（石墨烯）、硼（硼墨烯）、六方氮化硼（白色石墨烯）、鍺（鍺烯）、硅（硅烯）、磷（黑磷）以及錫（錫烯）等。更多二維材料已被證明在理論上是可行的，但迄今尚未被合成出來(lái)，比如由碳合成石墨炔（Graphynes）等。每一種材料都有令人興奮的特性，而且可以像搭樂(lè)高那樣組合起來(lái)形成更多的新材料。
二維材料領(lǐng)域的革命始于2004年。那一年，英國(guó)曼切斯特大學(xué)的科學(xué)家安德烈·蓋姆和科斯提亞·諾沃謝夫用透明膠帶撕出來(lái)石墨烯，讓全世界的科學(xué)家頂禮膜拜，而這兩位科學(xué)家也因此榮膺2010年諾貝爾獎(jiǎng)。
石墨烯比鋼還堅(jiān)固，比鉆石硬，非常輕、透明、柔軟，且擁有超高的導(dǎo)電性，因此，在量子計(jì)算、生物計(jì)算、光計(jì)算、碳納米管等硅計(jì)算替代者中脫穎而出。
盡管剛開(kāi)始石墨烯比黃金還貴，但由于生產(chǎn)技術(shù)的不斷改進(jìn)，石墨烯的價(jià)格已大幅下降。石墨烯現(xiàn)在非常便宜，可以將其整合到濾水設(shè)備內(nèi)，從而使水脫鹽和污水處理更便宜。隨著成本不斷降低，石墨烯能被添加到用于鋪路的混合物或水泥內(nèi)來(lái)清理城市，除了其堅(jiān)固耐用之外，它也能從大氣中吸收一氧化碳和氧化氮。
其他二維材料可能也將跟隨石墨烯的發(fā)展步伐，隨著成本的不斷降低，用在包括電子設(shè)備在內(nèi)的多個(gè)領(lǐng)域。例如，石墨烯已被用來(lái)制造能被縫入服裝內(nèi)的柔性傳感器。當(dāng)被添加到聚合物內(nèi)時(shí)，石墨烯能夠提供更輕質(zhì)的機(jī)翼以及汽車(chē)輪胎。
六方氮化硼已與石墨烯和氮化硼“聯(lián)姻”來(lái)改善鋰電池和超級(jí)電容的性能。通過(guò)將更多能量包裹于更小的空間內(nèi)，這一材料能夠降低充電時(shí)間；延長(zhǎng)電池的壽命并且降低智能手機(jī)和電動(dòng)汽車(chē)的重量。
不管什么新材料進(jìn)入環(huán)境，其是否有毒一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)。當(dāng)然，我們必須非常謹(jǐn)慎?？茖W(xué)家們已經(jīng)對(duì)石墨烯是否有毒進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)10年的研究，目前為止，還沒(méi)有任何證據(jù)表明其對(duì)人們的健康或者環(huán)境有害，但是，研究仍在持續(xù)進(jìn)行。
二維材料的發(fā)明為技術(shù)專(zhuān)家們制造出了多個(gè)功能強(qiáng)大的工具?？茖W(xué)家們和工程師們可以將光學(xué)、力學(xué)和電學(xué)屬性各異的材料混合在一起，制造出擁有更多功能的產(chǎn)品。20世紀(jì)的創(chuàng)造基石—鋼鐵和硅與這些新型材料相比也相形見(jiàn)絀。
東莞市長(zhǎng)安創(chuàng)威電子設(shè)備制造廠專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)：
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