《探索》杂志评出2006年七大技术发现

http://www.sina.com.cn 2007年01月08日 07:56 新浪科技

  新浪科技讯 据1月号《探索》杂志报道,刚刚过去的2006年,科学家在技术领域又有了许多新突破,新进展,新发明,下列七项技术因其独到的“创意”和潜力巨大的实用价值,将载入科学发展史册。

  1.为瘫痪患者实施神经移植手术

  美国布朗大学约翰·丹格休在医学科技领域中的不懈努力使人类更接近于通过思想就直接和电脑产生反应的时代。今年7月,他和他的研究小组在《自然》杂志上发表了一篇文章,阐述了在医学上的一个巨大突破:他们用植入人体的电极获取大脑信号,并用这些信号控制一些装置。

  研究人员在一个从脖子以下都瘫痪的25岁马萨诸塞州人身上进行了实验。医生在2004年把一个由100个电极组成的微小阵列放进他的初级运动皮层中。这个脑区域控制着有意运动,从神经细胞那里收集电脉冲,并把它们发送给许多信号处理器。电脑把他移动胳膊和手的思想转化成外用装置的真实运动时,丹格休和同事们密切注视着这个过程。这个系统首次开始运作了,这意味着瘫痪患者有能力控制这种技术:他能移动一个电脑光标,玩

电子游戏,打开电子邮件,画一个粗糙的圆圈,操作电视遥控器,甚至可以移动一只假手等。

  早期的研究人员在猴子身上测试了这种基本的脑机接口系统,另外,乔治亚州的一个研究组织早在20世纪90年代就把电极植入人体内进行实验。但是,还没有组织像丹格休的研究小组一样通过植入的电极控制这么多的人类神经细胞,同时取得如此惊人的成绩。

  14个月后,这套系统开始升级。研究人员现在已经对另外三名患者进行测试,其中包括丹格休发表在《自然》杂志上的文章的主要撰写人、神经学家利·霍奇伯格。丹格休希望现在的这些试验成为使严重致残的患者拥有空前独立性的第一步。他表示:“试验中的参与者是研究的倡导者。”

  2.谁为新奥尔良悲剧负责?

  在最近50年里,美国陆军工程兵团公司为保护新奥尔良免遭飓风伤害,建造了大约350英里的防洪堤。但是,当“卡特里娜”飓风到来时,这套复杂的保护系统失去了作用。为了找出问题究竟出在哪里,陆军工程兵团公司组建了一支由150名科学家和工程师组成的特遣部队前往现场进行调查。这支“部门间性能评估特遣部队”(Interagency Performance Evaluation Task Force)在6月1日公布了详细答案——长达6000页、多达9册的书籍。他们在书中说,工程失误、设计失败和几十年的马虎大意不仅使陈旧的防洪堤高度降低,还降低了它们的坚固程度,使它们根本无法阻挡像卡特里娜一样威力巨大的飓风。

  事实上,当初设计这些防洪堤的目的只是为了抵挡3类飓风。卡特里娜抵达陆地时确实属于3类,但是由于它在海上高达5类,所以它的杀伤力变得更加强大。尽管20世纪70年代的研究显示需要加大防洪力度,但是陆军工程兵团公司从来没有重新设计过这套保护系统。研究结果还让陆军工程兵团公司意识到没有对下沉影响进行跟踪调查也是造成严重后果的一个重要原因。在新奥尔良,地面随着时间的推移会逐渐下沉,这是个不争的事实。数据显示,自从这套保护系统建立以来,有些地方的防洪堤和防洪岸壁已经下沉了2.5英尺。由于预算削减,陆军工程兵团公司可能拒绝调整设计方案,有时还偷工减料。例如,工程师用泥土建造防洪堤,常常用它们把装满泥沙的填充材料盖起来。卡特里娜飓风入侵时,这些低劣建筑根本不是巨浪的对手。

  中将卡尔·斯特洛克在卡特里娜飓风吞噬新奥尔良时不仅是主任工程师,还是陆军工程兵团公司指挥官,他在新奥尔良召开的一个记者招待会上表示,他要为防洪堤的失效负责任。研究报告说,那套保护系统是有名无实的。坐落在伯克利的加利福尼亚大学工程师、一项独立研究的负责人之一罗伯特·比伊表示,他欣赏陆军工程兵团公司敢于面对错误的勇气,同时指出部门间性能评估特遣部队做得还不够。只是把问题重心放在工程失误上并不能说明导致文明疏忽的组织问题。比伊说:“陆军工程兵团公司明明知道这套保护系统是过时和错误的,但从来没有人谈起它。”

  土木和环境工程师艾德·林克是部门间性能评估特遣部队指挥官,他认为不能把这场灾难的全部责任都归于一个部门上。林克表示:“我认为,从一个国家的角度考虑,很多部门都有失职嫌疑。我们在长时间里并没有对新奥尔良进行长期投资,我们浪费了许多时间,最终铸成大错。”

  3.化学方法真能把稻草变成石油?

  美国罗格斯大学和北卡罗来纳大学的研究人员在4月宣布,一种非常好的通用技术可以把废物、煤或几乎所有碳的来源材料转变成

柴油和汽油。这种新方法由罗格斯大学化学家艾伦·戈德曼和他的研究小组发明,依赖于合成化学。早在80多年前,德国科学家为了制造合成燃料就发明了合成化学。

  这种叫“链烷复分解”的技术总共经过两次催化反应:先把低价值碳链打开,然后将它们再次结合成有用长度的碳链。例如,它能把两条由6个碳组成的链变成一条由2个碳组成的链(一种优良的可燃气体)和一条由10个碳组成的链(完美的柴油机燃料)。通过改善这种方法的产量和效率,美国可以把它所拥有的丰富的煤资源变成合成燃料,从而降低这个国家对进口石油的依赖性。

  4.纳米电极和神经细胞连接

  研究人员在8月宣布,一种微型装置能制造一条通往神经细胞的电路,这个发明总有一天会为损坏的神经细胞找到人造替代品。

  哈佛大学化学家查尔斯·利伯和他的同事们发明了一种工具,它可以对一个神经细胞的多个方面记录、刺激和调整信号。从本质上来说,通过这种技术能获取脑细胞信号。这种装置极其微小,只有20毫微米,只能安装在一个神经细胞上。尽管研究人员已经有能力制造通往动物和人类神经系统的电路,但是迄今为止还没有人能在人的神经轴突或树突上建立一种联系。利伯表示:“这些装置不仅可以用于记录信号,还能把电压送回神经细胞。我们可以激活神经细胞的活性,控制电脉冲的传播速度。”

  该发明对研究和治疗都有深远意义。科学家不久或许能通过它解释神经细胞是怎样来回输送信号的,学习、记忆和其他功能是如何产生的。总有一天,植入人脑的“利伯电极”或许可以帮助损坏的神经恢复它们的功能。他表示:“我们的目标就是改善人体状况。

  5.发射激光的集成电路造就超速电脑

  世界上没有比光更快的东西了。数十年来,工程师试图用基于激光的信号处理器(就像用于通过光缆传送互联网数据的处理器)把传统的电脑集成电路合并起来提高它们的速度。美国英特尔公司和加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的研究人员在9月宣布,他们已经找到一个方法,有望实现这个长期探索的目标。

  美国英特尔公司和加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的研究小组计划发明一个能操作电和光的混合装置。他们把一种充当激光媒介的化合物——一层薄的磷化铟和硅片结合在一起,然后将这两种材料放到一个充满带电荷氧原子的环境里。为了加快这个反应速度,研究人员还把砷化铝镓铟和磷化铟一起放了进去。在这两种材料的表面形成一层薄薄的氧化物,它们紧紧地粘在一块。这个新装置的发明者之一、加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的约翰·鲍尔斯表示:“我们只用一种混合物就能制造出数千激光。这显然比把每条激光结合起来的方法更有优势。”

  通过电流供给能量后,覆盖着氧化物的这一层制造出光,光沿着用硅制作的通道进入一个“调节器”,调节器每秒可以使光晃动数十亿次。在这个速度交换的两打激光每秒能处理一万亿个比特信息,比现在的硅集成电路快100倍。鲍尔斯和他的研究小组表示,再过10年他们的新集成电路将允许电脑在几秒钟时间里下载一部长篇影片。

  6.电容器可能取代电池

  今年的一部纪录片这样问:“电车死于谁手?”事实上,一个主要杀手就是基础化学。电池在储藏和释放电荷上的能力不足。但是,如今电车或许能获得二次生命,因为科学家已经在一种叫超级电容器的科技上取得了一定进步。

  电池通过不活跃的化学反应发挥作用。但是,超级电容器和它不同,把电极表面上的电流储存起来,它们几乎能马上被再次充电。缺点是超级电容器只拥有一小部分能量——就和尺寸相仿的电池产生的能量差不多。美国麻省理工学院工程师约耳·斯奇达尔领导的研究人员在2月透露,超级电容器的表面覆盖着许多碳纳米管,这些材料可以有力增加超级电容器电极的表面面积,从而使它拥有20倍能量。斯奇达尔估计,基于这项科学突破制造的装置将在不到5年的时间里和消费者见面。

  7.

机器人学习如何感觉

  美国内布拉斯加大学的工程师们6月表示,他们已经发明了一种方法,可以赋予机器人触觉。电子皮肤不仅便宜,还很柔软,敏感度是人指尖的两倍。这种感觉由一种膜层产生,它由一种非常薄的高分子膜分开的许多单分子层硫化镉和硫化金纳米颗粒制成。在电子皮肤上产生的压力都能增加通过这层膜层的传导性。

  人造皮肤有助于机器人捕获良好目标。研究人员拉维·萨拉弗表示,它的另一个用途是用做探测器,可以感知患者体内的癌组织。他还说:“为了对电子皮肤的医学应用进行测试,我们常去屠宰店,购买肝脏和肌肉。”如果这个想法变成显示,轻微的机器触摸总有一天会代替活组织检查。(杨孝文)

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