2007：最令人怦然心动的十大新兴技术

   美国《技术评论》杂志日前推出的“2007年新兴10大技术”，被认为是2007年最令人兴奋、最有可能影响整个产业和科研的技术，因为，它们将影响人们生活的各个方面。

　　
1.对等网络拯救视频未来

　　对等网络技术将能直接加速视频信息的传输。

　　目前，包括音像在内的视频数据占据了互联网数据流的60%%，未来2年这一比例将达到98%%，这意味着网络下载资料的速度将会越来越慢。对于互联网行将“淹没”视频数字信息的问题，信息界的专家们认为，对等网络技术将能拯救视频信息传输的未来。

　　所谓的对等网络，即P2P文件发布技术。目前业界对它还没有一个标准的说法。简单地说，P2P技术是一种用于不同电脑用户之间、无需经过中继设备直接交换数据或服务的技术。P2P计算可以说是一种互联网技术的回归，这是因为互联网最初的设计目标就是让网络上的计算机互相之间可以直接通信而不需要中介。

　　与传统的通信模式———用户／服务器等相比，对等网络不存在中心节点（或中心服务器），其中的每一个节点大都同时具有信息消费者、信息提供者和信息通讯等三方面的功能。随着各类数字终端、服务器资源、网络带宽等资源持续保持类似摩尔定律式的增长，P2P技术以其两大方面的突出表现：即低成本、高可靠性的超大规模计算和存储资源共享；强大的网络联通性，更直接、更灵活的信息沟通，成为信息技术发展需要的新共享方式的主要候选者之一。

　　利用对等网络技术，人们上网传递信息方式将得以改变，有关源文件可分为几个部分供他人下载，每一个用户从不同的主机当中可以找到不同的部分分别下载，这样文件传输的速度就大大增加了，而且无需用网络服务器来保存源文件。

　　对等网络技术是目前国际计算机网络技术领域研究的一个热点，也被《财富》杂志誉为将改变互联网未来的四大新技术之一。目前，微软、IBM等很多著名的企业和公司都投入到对P2P技术的研究之中。

2.量子点技术为太阳能“充电”

　　半导体量子点新技术，能够大幅度提高廉价光伏太阳能电池的效能。

　　太阳能是人类取之不尽、用之不竭的能源。然而，它的能量却因太阳能电池的成本居高不下，难以得到充分应用。目前，一些化学家提出了新的解决方案，利用只有几个纳米宽的半导体量子点制成的电池，有望最终降低太阳能发电的成本，使之能够与化石能相抗衡。

　　量子点是科学家自20世纪90年代以来一直潜心研究的半导体新技术，如今不断取得进展。美国能源部国家实验室的科学家发现，半导体量子点材料具有优越的与光相互作用的特性，量子点材料受高能光子撞击时释放电子的数量是硅半导体材料的2倍以上，这意味着光电转化效率能够得到大幅度的提高。不仅如此，量子点技术可以通过简单的化学反应得以实现，其材料价格将非常低廉。

　　目前，通过光伏太阳能电池将阳光转换为电力的挑战在于：大幅度降低输送每瓦太阳能电力的成本，而如果要与化石燃料、核能发电竞争，还要再降低5—10倍；与初级化石能源竞争则要降低25—50倍。有关试验表明，基于纳米技术的量子点新技术可以提升太阳能发电技术的竞争力。

　　美国国家再生能源实验室的高级研究员安森.诺基克认为，量子点技术的光伏太阳能电池能效可达42%%，高于目前能效为31%%的硅基电池。而且，量子点半导体材料的制造成本也很低，有效的聚合物量子点最终可使太阳能发电的成本与煤发电的成本相抗衡。尽管实现量子点技术的太阳能电池的商业化仍需几年时间，但一旦如此，它将会帮助人们摆脱化石能。

3.“光纤开关”精确治疗神经性疾病

　　利用绿藻蛋白制成的“光纤开关”，将使科研人员对人脑某一部分的功能进行开关式控制，有助于治疗抑郁症、帕金森等神经性疾病。

　　美国斯坦福医学中心的卡尔.迪舍斯在医治神经性疾病患者时发现，尽管通常的电激等疗法能挽救患者的生命，但却给他们带来了失忆、头痛等严重的副作用。迪舍斯于是想到用光纤开关的方式来控制患者的神经元细胞，可实施精确治疗，而且能减少副作用，最终达到有效的治疗目的。

　　迪舍斯领导的研究小组利用绿藻的一种蛋白质作为控制神经元细胞的光纤开关。当神经元细胞受光时，这种蛋白质则会刺激细胞中的微电流传导到下一个细胞。科研人员以此利用光纤开关刺激某个特定的、引起肌肉抽动反应的神经元或脑电波，达到治疗神经性疾病的目的。有关动物试验表明，这种治疗方法大大减轻了老鼠的抑郁症状。

　　目前，研究小组已将他们发明的光纤开关分送到100个实验室，利用老鼠、蠕虫、苍蝇和石斑鱼进行进一步的试验。有关专家甚至认为，在研究如何治疗神经性疾病的同时，这一技术还可以成为新的研究工具。

　　不过，科研人员还需要保证利用安全的基因治疗方法，将光纤开关送达目标神经元细胞。如果未来科学家发现特定的、导致神经性疾病的细胞，这种治疗方法将会更精确、更有效。

4.纳米蛋白碎片可止血助康复

　　细微的纳米级纤维通过止血以及恢复脑伤来拯救生命。

　　美国麻省理工学院的科研小组利用纳米技术发明一种液体，使用这种液体对准流血的伤口，一喷即刻可止血。小组负责人艾尼斯伯力克表示，不仅如此，这种液体及其相关纳米纤维制品还有助于恢复病人的脑伤。

　　据介绍，这种神奇的液体是由纳米级的蛋白质碎片（也称缩胺酸）制成的。其快速止血的能力适合用于手术、事故现场救助和战场急救等特殊情况。另一方面，缩胺酸在机体内能自我装配形成纤维网状的透明胶，这有助于恢复受损的脑和脊柱组织。有关动物试验显示，将这种纳米蛋白碎片涂覆在小鼠身体内与视觉相关的、受伤的神经周围，那些神经就能很快地生长，小鼠的视觉得以很快恢复。

　　与目前的方式相比，纳米蛋白碎片的止血功能具有很多优点，如快速、透明、方便使用，不损伤其他组织以及术后无需清除等。同时，它还能以提供细胞生长所需氨基酸的方式加速伤口的愈合。

　　艾尼斯伯力克表示，纳米蛋白碎片材料将最先用于手术中。不过，在应用之前，还需要对其进行更进一步的人体试验。一旦人体试验证明有效，预计此后3—5年内就可以应用。

　　有关专家认为，纳米蛋白碎片材料的研制成功说明，科学家可以充分利用纳米结构材料的自我组装功能，借鉴这一思路可以开发出更多的、更理想的医疗技术产品。

5.数字扩张技术让手机上的世界更清晰

　　将整个真实世界的数字信息化加倍，让手机告诉你更多细节。

　　对于一个在陌生城市的人来说，有一张导游图，或是一台GPS，今天也许就够用了，不过还是要费很多口舌；将来，你需要的可能是一部手机，它能够很快告诉你某某餐馆的饭菜口味、价位等信息。

　　诺基亚公司研发中心麦克斯.卡哈里带领的团队正在以“手机上的扩张世界”项目打造这样的手机，他们希望将现有真实世界的数字信息量再扩大几倍，好让手机上显示的世界更清晰。

　　该科研团队最近在国际会议上展示了这样的手机模型，他们把GPS传感器、指南针等功能加入诺基亚的智能手机。利用GPS传感器的信息，智能手机能像照相机那样精确地显示物体间的距离。随着手机位置的移动，其外部环境的地理名称立刻就能显示出来。此外，用户还可从网上下载需要的详细信息载入手机备查。

　　不过，尽管诺基亚的GPS传感器性能可靠价格也不贵，但是一些工程人员还是认为，他们在手机上引入过于复杂的功能。法国一家名为“整体包容”的公司则采用扩张真实世界的理念，以图像技术作为手段。仅凭相关软件，这家公司开发出能模拟物体间距离的手机，这种手机已在亚洲和欧洲的一些地区开始试销，他们希望这样的手机能率先用于赌博游戏和商业广告。

　　实际上，诺基亚研究人员也在研究实时图像识别算法，他们希望这样的算法软件进一步完善现有智能手机的准确性和可靠性能。无论是诺基亚还是“整体包容”公司，他们的研发工作均在传递这样一个信息：将真实世界显示在手机上的概念将成为2007年的手机潮流。

6.超材料让隐身成为现实

　　超材料将引发通信、数据存储和太阳能等方面的革命。

　　我就站在你面前，你却看不见我。这样的隐身衣不再是科幻故事的专利，科学家利用超材料已经将这种隐身衣变成了现实。

　　美国杜克大学的大卫.史密斯科研小组于2006年11月展示了这种隐身衣的雏形。他们利用包裹在玻璃纤维内的金属和线缆，设计并制成了“超材料”中的同心环部件，让微波辐射沿最内圈弯曲，就像水绕开石块儿流动那样。与通常的材料相比，这种新型圆环吸收或反射的微波量更少。科研小组表示，“我们的材料已经能减少了物体产生的反光和影子，彻底消灭反光和影子正是隐身衣必须具备的重要特征。”

　　超材料科学专门研究具有不同于自然原子光学特性的人工原子。全球从事超材料研究的权威专家认为，利用超材料实现隐形，这是光学材料领域的一个全新概念。超材料的薄层能够让光线绕过物体，从而使物体隐形。它就像一扇大门，可以将人们引入一个看似虚幻无比，却又真实存在的神奇世界。

　　史密斯小组表示，制备这种超材料并不容易，需要使材料组份小于10—20纳米。目前可以预计的超材料用途包括：利用超材料可以在很大程度上自由地设计用于隐形的材料；开发能使光线传输更集中的材料等。实际上，很多研究小组正在开发这种材料，一旦开发成功，超材料制成的CD或DVD所存储的信息量将倍增，同时在光纤通信领域超材料能起到加速信息传输和降低能耗的作用。另一方面，在能源收集方面，超材料制成的太阳能板可以吸收来自各个方向的光束，不必局限于直射的太阳光，这将大幅度地提高太阳能的利用效率。

7.数字压缩成像让拍照效果更好

　　数字压缩成像技术能够让照相机和医疗扫描仪更有效地抓取高质量的图像。

　　目前的数字式照相机就像一台微型摄像机，400万像素的照相机在工作状态时，每个成像传感器都要工作，但是实际上后来上传到计算机时，却丢失很多信息，而且整个拍照过程耗能很大。对此，美国莱斯大学电气和计算机工程系的巴拉尼克与凯利教授给人们带来有关数字成像的新思路，他们相信从软件和硬件方面，可以将照相机做得更小、拍照速度更快，而且图像效果更好。

　　两位教授表示，他们开发出一种新型照相机，这种照相机利用单个图像传感器收集光学信息，并利用新的软件算法重新构建高清晰度的图像。照相机的核心采用压缩感应新技术，收集只相当于目前照相机感应的一小部分的光学数据。但是，相关软件却可以将这一小部分视频数据放大，并利用计算机将其重新还原成高清晰度的图像。

　　2004年，研究人员首次提出了压缩成像这一概念。专家认为，未来两年内这一技术及其产品将有实际应用。在医学核磁共振系统中，它拍照的速度将是目前的10倍。未来5年—10年内，新技术能装载到微型手机等电子消费品上。

8.个性化监控仪成为病人与医生的好帮手

　　让计算机帮助解读医疗检测数据，医疗诊断和预警正朝个性化方向发展。

　　医疗行业是对专家的依赖程度最高的行业，需要专家分析大量的检测数据，从而诊断出患者的病情。美国麻省理工学院电气工程和计算机系的教授戈特奇设想：能否让计算机承担一部分数据分析工作？在某种程度上说，计算机能够帮助医生更高效地解读各类医疗检测数据，甚至还能提供更为准确、更个性化的检测分析结果。

　　戈特奇的科研小组为此进行了有关计算机解读人体内电信号数据的工作，并开发设计出了个性化的癫痫症探测器。目前，许多病人采用一种能刺激其迷走神经的植入性仪器来控制癫痫症状，但这种仪器没有任何灵活性，不管病人是否愿意，仪器每隔几分钟都会工作。为了克服这一缺陷，戈特奇设计一种非侵入性、由软件控制的传感器来测量病人脑电波，使仪器在特定情况下开始工作。这些传感器无须植入病人体内，除了待命工作外，甚至就可以帮助病人在癫痫症出现之前，提醒他们到安全地点休息等，在现实生活中，这种提前预警功能可以拯救很多患者的生命。

　　除了开发癫痫诊断探测仪外，戈特奇小组现在还针对心脏病进行类似的研发。他们与心脏病学专家合作，在研究大量的有关心脏病数据的基础上，建立了有关心脏病监测和预警的模型，进而开发相关软件和仪器。

　　上述两种诊断仪器的研发代表医学发展的一种新潮流。美国西奈山医院医疗信息学中心负责人凯瑞教授说，戈特奇小组的工作很有应用前景，是向精确化、自动化医疗数据诊断方面迈出的重要一步。

9.光天线让激光与DVD容量突破极限

　　高聚光性的纳米光天线，突破激光应用的极限，可在一张DVD盘中容纳数百部电影片。

　　在过去数年中，科研人员一直尝试制造一种容量可与计算机芯片相当、像素能与光学显微镜相媲美的高性能DVD，但总因碰到衍射极限这样的难题而失败。如今，哈佛大学的科研小组开发出一种简单的新工艺———他们研制的“光天线”，可使激光等高集聚性光突破这一技术瓶颈，得到更广泛的商业应用。

　　物理学上的衍射极限，是指镜头很难将直射光束聚焦成一个直径小于该光束波长一半的亮点上。由于这一技术瓶颈，激光应用受到限制。由电气工程师科吉尔和克帕森领导的小组，采用金元素制成了纳米级的“光天线”，通过将“光天线”应用激光上，他们将红外线聚焦在直径仅40纳米宽的亮点上，这一直径仅是红外线波长的二十分之一，进而突破了衍射极限的限制。

　　科研小组认为，利用这样的光天线，在未来激光读取储存的能力将使DVD光盘能够存储3600千兆字节的数据，其容量相当于750盘现今容量为4700兆的DVD盘。目前，小组已经展示了各种激光器模型，并就此发明开始与一些存储公司进行协商。

　　除了能够提高激光读取储存能力之外，光天线还能用于图片的平板印刷，特别是用于硅芯片制造方面，有望突破目前激光在芯片上进行刻蚀的极限。不过，研究人员表示，在此应用之前，还需要制造出只有50纳米长的天线。一旦商业化试验成功，光天线将引发从超高密光存储到超高清晰度光学显微镜等方面的技术革命。

10.单细胞分析可明察疾病原因

　　探测到单个细胞瞬间的变化，不仅有助于了解生命的过程，而且可以改善医学测试和治疗手段。

　　为了更好地了解和治疗诸如癌症、糖尿病等人类疑难病症，科学家总是希望在上百万个细胞中，了解典型的、致病的细胞的行为和状态，特别是单个细胞的差异。

　　单细胞分析是分析化学、生物学和医学之间渗透发展形成的跨学科前沿领域。在过去几十年中，已有一些方法帮助科学家了解单个细胞的行为差异，但它们仍有很大的局限性。利用这些方法，科研人员只能研究目前已知的细胞，但难以研究大多数目前未知的细胞。美国华盛顿州立大学的诺尔曼.道奇科研小组的单细胞分析成果，则成为探索单细胞活动的有力帮手，他们以超灵敏的技术分离了单细胞，并能揭示其中未知的分子活动情况。

　　目前，道奇小组利用单细胞分析技术从事食道癌和肺癌方面的研究，他们在识别由单个癌症细胞主导的蛋白质变异方面取得了成功。小组还在研究，癌症扩散是否是由细胞中蛋白质不断分化所造成。这一问题一旦得到证实，细胞间活动的差异就能显示疾病是否在传播。这样的技术可以使医生尽早地了解癌症发病情况，以及尽早采取措施。

　　密西根大学的肯尼迪教授曾通过分析单细胞的胰岛素，揭示出了多种糖尿病的病因。他对此评论说，道奇小组的新技术可以揭示细胞活动的差异。这样的新技术实现大规模的商业化还需要10年到20年的时间，不过一旦成熟的话，将能很好地造福人类。

　　
来源：科技日报 记者 王俊鸣 

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