“改變世界”這個詞已經(jīng)被用濫了蛤签，但對晶體管辞友、萬維網(wǎng)和手機這類發(fā)明，要形容其撼動世界歷史的影響力震肮，還有別的合適詞語嗎?的確有一些創(chuàng)新改變了歷史的方向称龙。

本文介紹的碳呼吸電池、手術(shù)機器人戳晌、量子衛(wèi)星和另外7種創(chuàng)新能否產(chǎn)生相似的效果呢?現(xiàn)在下結(jié)論還為時尚早鲫尊。大多數(shù)創(chuàng)新方案最終都失敗了，最偉大的創(chuàng)意往往也伴隨著最高的風險沦偎。但一個創(chuàng)意從引人發(fā)笑到變成大勢所趨模博，往往用不了多長時間。

1.碳呼吸電池

電化學電池能夠吸收大氣中的碳鹤仲，將其轉(zhuǎn)化為電能攘调。

單單削減溫室氣體排量已經(jīng)不足以阻止全球變暖。現(xiàn)在壕赘，我們必須將大氣中已經(jīng)存在的二氧化碳清除一部分拾哈。好消息是，做這件事的方法有很多;壞消息是铐儡，這些方法基本上都需要消耗大量能源染痊。

理想的碳封存技術(shù)可以產(chǎn)生電能，而不是消耗能量菠珍。在2016年7月發(fā)表于《科學進展》上的一篇論文中，美國康奈爾大學的研究人員瓦迪·阿爾·薩達特和林登·阿徹描述了一種能捕捉二氧化碳的電化學電池的設計方案亭弥。

電池的陰極材料采用的是鋁阴香，這種金屬成本低、儲量大粮剃、易于加工恳蹲。陽極由多孔碳構(gòu)成，研究人員向其中注入氧氣和二氧化碳的混合物俩滥。鋁嘉蕾、氧氣和二氧化碳在電池內(nèi)部發(fā)生反應，產(chǎn)生電能并生成草酸鋁霜旧。薩達特和阿徹表示错忱，在一個1.4伏電池的生命周期中，電池所吸收的碳是制造電池時所釋放的碳的2.5倍挂据。

阿徹表示以清，要想把這個設計轉(zhuǎn)化為實用的技術(shù)，他和同事還有很長的路要走。首先掷倔，他們需要證明該技術(shù)的成本效益足夠高眉孩，并且規(guī)模可以擴展勒葱。阿徹預計浪汪，如果他們能成功實現(xiàn)這樣的轉(zhuǎn)化，將來這種電池會配備在發(fā)電站和汽車排氣管上凛虽。

2.全新的抗生素

設計新型化合物的方法可用來對抗耐藥菌书吗。

很難想象一個沒有抗生素的世界是什么樣的，不過因為大規(guī)模濫用抗生素东种，我們正走近這樣的世界乖靠。美國國家疾病預防與控制中心表示，僅在美國撮译，每年就有超過23000人因感染抗生素無法對付的病菌而死亡萤忘。英國政府資助的一項研究估計，到2050年龄羽，全世界每年會有1000萬人死于耐藥菌悔邀。科學家正苦苦尋找能殺死超級病菌的新藥砂姥，例如大環(huán)內(nèi)酯類抗生素删舀。

邁爾斯和他的團隊找到了合成大環(huán)內(nèi)酯的方法。為了合成這種化合物掠记，研究人員把大環(huán)內(nèi)酯的結(jié)構(gòu)分解成8個基本模塊梭狱，然后以新的形式把它們組合起來，利用不同的組合方式調(diào)節(jié)其化學性質(zhì)傍菇。邁爾斯團隊在2016年5月發(fā)表于《自然》雜志(Nature)的論文中表示猾瘸，他們已經(jīng)合成了超過300種新型化合物。研究人員使用了14種致病細菌進行實驗丢习，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)化合物可以抑制細菌牵触，而且有很多可以殺死耐藥菌株。

3.量子衛(wèi)星

量子密鑰的天基傳輸可能會讓“不可攻破”的互聯(lián)網(wǎng)變?yōu)楝F(xiàn)實咐低。

要建立絕對安全的加密方法揽思，并不需要比鉛筆和紙更高級的技術(shù)：只要選擇一串隨機的字符和數(shù)字，用作加密信息的密鑰见擦。把這個密鑰寫在紙上钉汗，用一次之后把紙燒掉就行。關(guān)鍵是要確保沒有人能攔截或篡改密鑰鲤屡。而在互聯(lián)網(wǎng)上儡湾，竊取或篡改密鑰的事情一直沒斷過特恬。量子密鑰分發(fā)可以解決這個問題，該方法會從糾纏光子中生成一個一次性密鑰徐钠。量子密鑰分發(fā)的問題是癌刽，沒人知道如何長距離傳輸糾纏光子。然而今年8月寥伍，中國科學院成功將世界第一顆量子衛(wèi)星送入軌道虑治，為解決這個問題邁進了一大步。

中國科學院的項目名為量子科學實驗衛(wèi)星撼腹，是與奧地利科學院合作的項目瘪棱。該項目利用衛(wèi)星向中國境內(nèi)相距1200千米的兩個觀測站傳輸量子密鑰，這一距離是目前最遠傳輸紀錄的8倍瓦腋。如果中國研究人員創(chuàng)造了量子密鑰傳輸距離的新紀錄窒兼，那么未來的衛(wèi)星就能提供一個軌道平臺，建立起不可攻破的“量子互聯(lián)網(wǎng)”妙旅，物理定律可以確保加密數(shù)據(jù)包的絕對安全军裂。

4.替代外科手術(shù)的微型機器人

遠程控制的微型機器人可以在體內(nèi)完成治療。

醫(yī)學干預手段越先進战覆，侵入性就越低⊥常現(xiàn)在，麻省理工學院的研究人員發(fā)明了一種機器人柬乓，可以在胃里完成簡單的手術(shù)攘活，且完全不需要切口或連接外部的纜線——病人只需把機器人吞下去就行。

這種微型機器人包裹在用冰做成的口服含片里玄呛，被人服下后會進到胃里阅懦。冰膠囊融化后，機器人會像折紙一樣打開徘铝。展開后的機器人看起來像一張有皺褶的紙耳胎，材料上的皺褶讥高、縫隙和補丁的位置都是精心設計好的肄蓄，它們遇熱或受磁場作用時會膨脹或收縮，進而借此移動。這種移動方式類似關(guān)節(jié)和肌肉的運動方式怠缸。外科醫(yī)生通過外部電磁場影響機器人上的磁鐵，就可控制機器人的運動钳宪。

機器人的主體由生物相容性材料制成——部分材料來自豬的小腸揭北，也是香腸腸衣的材料。這些材料可以向體內(nèi)傷口給藥或是像創(chuàng)可貼那樣固定在傷口上吏颖。機器人還能用自帶的磁鐵“捕捉”并移除異物搔体，比如誤吞的紐扣電池。

5.發(fā)現(xiàn)貧困地區(qū)的軟件

機器學習軟件可以分析衛(wèi)星圖片，找到需要幫助的偏遠貧困地區(qū)竿赂。

2015年仲寇，聯(lián)合國定下一個目標，希望在2030年前在世界范圍內(nèi)消除極端貧困宅谁。這個目標很大膽购具。要實現(xiàn)目標，第一步就是找到最窮的人都在哪里记浸，而這一步的難度就非常大惯醇。在貧困和易發(fā)戰(zhàn)亂的國家進行經(jīng)濟調(diào)查既昂貴又危險。研究人員嘗試通過一種間接的辦法來解決這一難題：他們在夜間的人造衛(wèi)星照片中尋找特別暗的區(qū)域裸悟】钜埃“一般來說，晚上亮起來的地方經(jīng)濟狀況更好绕时，”斯坦福大學地球科學系統(tǒng)助理教授馬紹爾·博克解釋說侮增。但這種方法有缺陷，尤其是在區(qū)分貧困程度方面愤售。在晚上蛔琅，從太空中看，輕度貧困和極端貧困的地方是一樣的峻呛，都是漆黑一片罗售。

博克和他在斯坦福的團隊認為，可以用機器學習的方法來改進人造衛(wèi)星成像研究钩述。研究人員利用非洲五國的日間和夜間衛(wèi)星圖像來訓練圖片分析軟件寨躁。在綜合了日間和夜間的圖片數(shù)據(jù)后，計算機“學會”把日間圖片的特征(道路牙勘、城市區(qū)域和農(nóng)業(yè)用地)與不同水平的夜間亮度關(guān)聯(lián)起來职恳。“利用夜間的燈光方面，可以找出日間照片中有何重要特征放钦，”博克說。

當訓練結(jié)束后恭金，博克的軟件可以僅僅根據(jù)白天的衛(wèi)星圖片發(fā)現(xiàn)貧困區(qū)域的位置操禀。

6.會制冷的衣服

納米多孔纖維讓穿著者感到?jīng)隹欤@可以降低對空調(diào)的需求横腿。

地球變得越熱颓屑，把空調(diào)溫度調(diào)得更低的人就越多。但是空調(diào)制冷需要能源灰深，而獲取能源會排放溫室氣體饵卸。

崔屹是斯坦福大學材料科學與工程學教授铲苹，他想用衣服幫助人們解暑降溫。即便是最輕薄的棉纖維衣物也會吸收身體發(fā)射出的紅外線驻奇，從而鎖住熱量镐刽。崔屹和他的團隊發(fā)現(xiàn)，一種用于制造鋰離子電池的納米多孔聚乙烯材料(nanoPE)峰抽，可以讓這些輻射散發(fā)出去尘箫。

與棉質(zhì)衣服相比，nanoPE可以讓模擬的人體皮膚多降溫2攝氏度媚瘫。崔屹團隊于2016年9月在《科學》(Science)雜志上報告了這一發(fā)現(xiàn)呛营。崔屹表示：“如果你穿上nanoPE的衣服，只要外部溫度比你的體溫稍低逢痕，你就會感到?jīng)隹斐把琛！比绻谴鬅崽烨恚憧赡苓€是想開空調(diào)缴渊，但可以把溫度調(diào)高一些。有研究顯示鱼炒，只要把空調(diào)溫度調(diào)高幾度衔沼，就能讓能耗降低近一半。

7.抗病毒終極方案

一個罕見的遺傳突變也許可以催生出能對抗所有病毒的藥物昔瞧。

眾所周知指蚁，病毒很擅長躲避人造藥物的攻擊，但它們面對罕見基因突變ISG15時卻很無力自晰。帶有這個突變的人能更好地抵御大多數(shù)可以感染人類的病毒——但每1000萬人里只有不到1人攜帶這一突變凝化。西奈山伊坎醫(yī)學院的杜贊·博古諾維奇認為，可以模擬這一突變來研發(fā)藥物酬荞。他有可能找到一種可以臨時對抗所有病毒的藥物搓劫，讓人不會因感染病毒而生病。

博古諾維奇希望找到一種藥物混巧，可以通過相同方式把ISG15突變作為目標枪向。“只要稍稍調(diào)整一下我們的系統(tǒng)猎蚀，就可以壓住感染的第一波爆發(fā)糠牍，”他解釋道。博古諾維奇的團隊正從1600萬種化合物中篩選有前景的抗病毒藥物室域。當他們發(fā)現(xiàn)候選化合物以后淹疙，就需要精細地調(diào)整化合物的化學性質(zhì)针容，完成毒理學和動物試驗杜域，并最終進行人體臨床試驗柴哈。這項研究并不是必定能獲得成功的。有些攜帶ISG15突變的人會偶發(fā)癲癇唁谣，出現(xiàn)類似紅斑狼瘡的自體免疫疾病癥狀冶巴。研究人員開發(fā)的藥物需要避免出現(xiàn)副作用。

8.新算法讓計算機學會橫向思考

人工智能方法可以讓計算機在視覺模式識別方面勝過人類溪惶。

如果有人給看你一個陌生字母表里的字母顺鸯，再讓你把它寫到一張紙上，也許你能做到终距，但計算機卻做不到——即使它有最先進的深度學習算法也不行尊捞。哪怕只是做一些基本的圖片區(qū)分工作，機器學習系統(tǒng)也需要用大量的數(shù)據(jù)進行訓練宏怔。

借助貝葉斯規(guī)劃這個機器學習框架奏路，計算機已離這一飛躍不遠了。紐約大學臊诊、麻省理工學院和多倫多大學的研究者組成的團隊證實鸽粉，只需學習一個例子，使用了貝葉斯規(guī)劃學習方法的計算機就能比人更好地識別和復寫陌生的手寫字符抓艳。

貝葉斯規(guī)劃學習方法和深度學習有本質(zhì)上的差別触机。深度學習粗略地模擬了人腦基本的模式識別能力。而貝葉斯規(guī)劃學習的靈感來自人腦的另一種能力：推斷出可以生成某種模式的一系列動作玷或。這種機器學習方法既全能又高效儡首。

9.廉價診斷試紙

對埃博拉、肺結(jié)核等疾病的廉價快速的篩查方法偏友，可以挽救偏遠貧窮地區(qū)病人的生命椒舵。

一個發(fā)著高燒的病人來到了非洲農(nóng)村的一家診所。診斷結(jié)果可能是從輕度傷寒到埃博拉的任何一種疾病约谈。即使這家診所有驗血設施笔宿，也需要幾天時間才能獲得結(jié)果。那么醫(yī)生該怎么辦呢?是開抗生素處方還是要求隔離病人?

過去十年里填篱，研究人員一直在尋找一種快捷徙掠、廉價的試紙診斷方法(類似驗孕棒或驗孕試紙)，以便在這種場合拯救生命革陋。

第一代診斷試紙一般只能發(fā)現(xiàn)入侵物產(chǎn)生的分子或致病微生物乌窿，從而檢測疾病。但接下來有可能出現(xiàn)直接檢測病原體DNA的診斷工具锦钓。這些工具叫核酸測試庙炮，可以讓醫(yī)生在疾病最早期就能準確地診斷出疾病。耶格爾和哈佛大學的化學教授喬治·懷特賽茲等研究者正各自獨立研究核酸試紙求驳。

10.用超級原子制造的超級分子

新方法能夠設計出超越元素周期表限制的原子种司、分子和有用材料刷桐。

元素周期表中看上去有許多元素，但對于化學家和材料科學家來說還不夠多娶得。要設計具備某種非同尋常的特性的合成材料痛只，比如設計像木頭一樣可降解的硅類半導體，大自然的配方往往存在局限懊湾。哥倫比亞大學化學系教授柯林·納科爾斯表示：“很多時候漱竖，你想要的是一種并不存在的原子⌒蠓ィ”用所謂“超級原子”組成的超級分子可以滿足這個需要馍惹。超級原子是行為如同單個原子的原子團，研究者可以設法使其具備特別的電磁特性玛界，這是元素的自然組合很難或不可能獲得的性質(zhì)讼积。雖然化學家早在幾十年前就知道如何構(gòu)建超級原子，但一直找不到一種可靠的方法將它們連接成更大型的結(jié)構(gòu)脚仔。

現(xiàn)在勤众，納科爾斯的研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種方法，可以用超級原子來制造“設計分子”鲤脏。這些合成結(jié)構(gòu)能夠模擬天然分子的特性们颜，同時材料科學家可以對這些特性進行“微調(diào)”，以達到某些特殊的目標猎醇。納科爾斯表示：“你可以很容易地改變由超級原子構(gòu)成的分子的化學性質(zhì)或磁性窥突，而單憑原子結(jié)構(gòu)是做不到這一點的。這就像給元素周期表增加了一個維度硫嘶∽栉剩”

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡分享纤厨，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負責族逻，也不構(gòu)成任何其他建議。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布守镰、編輯整理上傳崎络，對此類作品本站僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負責猖右。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻颗酷、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題稽橱，請第一時間告知戏丽，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認版權(quán)并按國家標準支付稿酬或立即刪除內(nèi)容，以保證您的權(quán)益！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn耙屹。