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2013十大科技前沿:脑机接口 隐形材料

2014-01-04
2013十大科技,脑机接口,隐形材料,4D打印
2013十大科技前沿:隐形材料 将虚拟拽进现实
2014-01-04 来源:光明网

  2013年,新创造日新月异、新科技层出不穷。在科学的发展中,跨界与交叉成为新的主流,解读生活与以人为本成为新的焦点。在回首过去,迎来2014年之际,我们将本周刊聚焦过的科技前沿梳理回放,让我们听到创新的脚步,看到科技的明天。

  脑机接口:人体进入2.0时代

  创新指数:★★★★

  可推广指数:★★★

  美国匹兹堡大学医学中心的研究人员在一位颈部以下瘫痪的女患者脑部左边的运动皮层上植入两个微电极装置,这部分的运动皮层对控制人的四肢运动起着关键作用。研究人员将这些电极通过电脑与机械臂实现互联,电脑将脑部发出的电波通过复杂的算法转化为数字信号来控制机械臂。通过几周的训练,她可以用自己的想法控制机械臂像手臂一样执行简单的任务。

  浙江大学求是高等研究院副教授陈卫东告诉《中国科学报》记者,脑机接口绕开了常规的神经肌肉通道,采集的大脑神经信息经过计算机解码转化为指令,来控制外部设备;同样道理,外部信息也可以经脑机接口直接传入大脑。

  陈卫东认为,脑机接口实现人类机能增进,给人们绘制了一个诱人的前景,通过科学家、工程师、企业家的共同努力,人类一定能提前享受到这一成果。

  隐形材料:将虚拟拽进现实

  创新指数:★★★★

  可推广指数:★★★★

  在美国加利福尼亚州长滩举行的TED2013会议上,来自新加坡南洋理工大学的物理学副教授张柏乐表演了一项好玩的技术。他将两片方解石(能弯曲光线的盐酸盐矿物)粘贴在一个盒子上,让盒子背后一个卷起的便利贴消失不见,但能看到其后面的背景,形成了奇妙的隐身效果。

  要想彻底隐身,就得掌握光线的行进方向。其理想的效果是,当光线通过需要隐身的物体时,能够绕过该物体,不仅需要减少散射,还要将物体背后的所有视觉信息传递给看它的人。

  北京大学物理学院教授张家森在接受《中国科学报》采访时表示,要想让光线弯曲,就不得不提负折射率材料。这是一类人工材料,一般采用金属,让其内部形成一个小的环流,产生一个负的磁导率,再结合负的介电常数,就形成了负折射,这也是隐形材料中最重要的理论基础之一。

  量子密钥:无法破译的通信

  创新指数:★★★★★

  可推广指数:★★★★

  2013年,中科院量子科技先导专项协同创新团队,在国际上首次成功实现星地量子密钥分发的全方位地面验证,为未来我国通过发射量子科学实验卫星,实现基于星地量子通信的全球化量子网络,对大尺度量子理论基础检验,以及探索如何融合量子理论与爱因斯坦广义相对论,奠定了必要的技术基础。

  中科院院士潘建伟介绍:“古人在信封上用火漆封口,一旦信件被中途拆开,就会留下泄密的痕迹。量子密钥在量子通信中的作用就像火漆一样,但比火漆更彻底。一旦有人试图打开信件,量子密钥会让信件自毁,并让使用者知晓。”

  中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室教授刘乃乐在接受《中国科学报》记者采访时表示,在不久的将来,量子保密通信将有可能走向大规模应用,成为保障未来信息社会通信安全的关键技术。下一步的国际竞争也将更加激烈,人类将致力于将量子保密通信向更远距离和更大规模的广域网络发展。

  4D打印:自我组装之梦

  创新指数:★★★★

  可推广指数:★★★

  3D打印,它绝对是近年来最受瞩目的材料科技之一,可如果你认为这就是打印的终点,实在为时尚早,因为,4D打印已经悄然出现了。4D打印的创造者是美国麻省理工学院建筑系的一位教员――斯凯勒・蒂比茨,2013年2月,蒂比茨在加利福尼亚长滩岛举行的TED会议上公布了团队所研发的4D打印技术。

  众所周知,3D打印要预先建模、扫描,然后用相应的材料按照之前的计划复制出来。4D打印则是直接将程序输入材料当中,物体被打印出来后,可以自主变形、重塑,而且不需要任何复杂的机电设备。也就是说,打印不再是创造过程的终结。蒂比茨自己认为,它就像是没有了电线和发动机的机器人。

  华中科技大学材料科学与工程学院副院长史玉升在接受《中国科学报》记者采访时表示,在3D打印尚且受到技术和材料等因素的制约,还并未转化为真正的产业应用的当前,4D打印概念依然很飘渺。

  穿戴设备:颠覆你的生活

  创新指数:★★★★★

  可推广指数:★★★★

  2013年,以语音交互技术为亮点的谷歌眼镜、靠手部肌肉就能控制无人机飞行的MYO腕带、能够追踪脑电波的电子文身……这些可穿戴设备,就像一汪汪清泉,正在浸润渴求新鲜感的消费电子市场。

  这些设备可以很方便地穿戴在身上,或是整合进用户的衣服、配件中,从而执行用户的命令。比如:电子文身能像刺青一样印在身体的多个部位上,防水不怕拉伸,能将身体变成移动身份识别证。它还可以用来收集健康数据,可以测试脑电波、观测心率和体温等,就像是手臂上的迷你实验室。

  清华大学计算机系教授黄连生在接受《中国科学报》记者采访时表示,对于可穿戴设备,不少人都担心其存储空间和电量消耗。但是,这些都不该是其硬性指标之一,其重点功能,在于通过智能感应设备,记录数据,或是执行命令。

  无线充电:引领无尾电器时代

  创新指数:★★★★

  可推广指数:★★★★

  如果说无线输电技术还属科技前沿,但无线充电技术已来到我们身边。手机、平板电脑、相机、笔记本……这些移动电子产品改变了我们的生活和娱乐方式。然而,这些移动电子设备都离不开电,走到哪儿都要充。伴随着无线充电技术走进人们的视野,充电的烦恼可能即将一扫而光。

  华南理工大学电力学院副院长张波告诉《中国科学报》记者,目前电磁感应、磁谐振等磁场输电技术相对成熟,但受限于周围环境影响等因素,传递效率和功率均无法满足人们日常需要,这可能意味着人们还未探索到磁场输电的“终极理论”。

  而重庆大学电力电子与控制工程研究所所长孙跃对无线输电技术充满信心:“目前,微小功率的无线输电技术实际应用已经取得可喜的进步,研以致用,以用促研。可以预计,再用10到15年的时间,无线输电技术必将得到大面积推广应用。”

  太空集能:太阳能的高端利用

  创新指数:★★★

  可推广指数:★★★

  美国宇航局(NASA)前工程师约翰・曼金斯博士正在研制一种鸡尾酒杯形卫星,名为“SPS-ALPHA”(随机性大型相位阵列太阳能人造卫星),旨在探索利用部署在太空中的太阳能电池板向地球传输能量的可能性。SPS-ALPHA最早可在2025年发射升空,一个太阳能卫星阵列便可满足人类1/3的用电需求。

  哈尔滨工业大学电气学院副院长朱春波在接受《中国科学报》记者采访时表示,地面上太阳光能量密度比较低,目前我们应用的太阳能板效率只有百分之十几到百分之二十,而光电转换效率又比较低。因此,我们在地面上能够利用到的太阳能是十分有限的。

  在太空,理论上,在地球同步轨道上,99%的时间可以接受太阳能辐射,每平方米太阳能可以产生1336瓦热量。

  早在1968年,美国科学家彼得・格拉赛(Peter Glaser)就首先提出了建造空间太阳能电站的构想。

  朱春波认为,空间太阳能电站从长远看是可行的,但需要在太空运输组装、微波传输效率、降低对环境影响三项技术上有所突破。

  LIFI通讯:“点灯”上网

  创新指数:★★★★★

  可推广指数:★★★★

  2013年10月17日,一种利用屋内可见光传输网络信号的国际前沿通讯技术Lifi在复旦大学实验室成功实现。研究人员将网络信号接入一盏1W的LED灯珠,灯光下的4台电脑即可上网,最高速率可达3.25G,平均上网速率达到150M。

  复旦大学信息学院教授迟楠在接受《中国科学报》记者采访时表示,Lifi因为其调制在可见光谱上,比Wifi的无线电谱大10000倍,因此有着更大的带宽和更高的速率。而它的可遮挡性避免了屋外“蹭网”行为。

  尽管Lifi技术还没有彻底产业化、商业化,但迟楠认为,这项技术的应用前景十分广泛,体积更小、功耗更低、速率更高、传输更远是其发展目标。“比如飞机、高铁,甚至餐厅的饭桌上,都可以使用Lifi技术,你只需要一盏台灯,就可以在手机上看高清视频、点菜或者呼叫服务。”

  人造鸡蛋:畜牧业的挑战

  创新指数:★★★

  可推广指数:★★★★

  2013年11月,美国加州旧金山汉普顿・克里克公司研发的一种可以替代鸡蛋的人造食材在全美各大超市上架出售。这种被称为“超越”了鸡蛋的“人造鸡蛋”一经出现,便吸引了不少人的目光。

  根据汉普顿・克里克公司创办人乔希・泰特里克介绍,这种“人造鸡蛋”是用12种植物提取物制作而成的,其中从豆类植物中提取的蛋白质是其主要成分。因此,在口感上,与传统鸡蛋并无太大差别。“人造鸡蛋”食材的能量转换率为2:1,大大高于畜牧业的39:1。用它取代传统鸡蛋可以降低成本和售价。

  中国农业大学食品科学与营养工程学院副教授李兴民告诉《中国科学报》记者,目前的“人造食品”主要是用豆类植物蛋白代替动物蛋白。豆类植物蛋白也属于优质蛋白,可以满足人体对氨基酸的需求。

  潜射无人机:深海暗器

  创新指数:★★★

  可推广指数:★★★★★

  2013年12月5日,一架无人机从美国海军“洛杉矶”级核潜艇“普罗维登斯”号的鱼雷发射管中发射升空,并将实时侦察的视频画面传回核潜艇和其他作战舰艇。经过数小时飞行后,该无人机在位于巴哈马的美国海军海上系统司令部大西洋水下测试和评估中心着陆。

  军事评论员宋忠平在接受《中国科学报》记者采访时介绍,无人机不是从潜艇中直接冲出水面发射的,而是将无人机放在一个密闭的发射舱中,潜艇在水下先将发射舱弹射出去,发射舱靠自身浮力升到水面漂浮待机;当潜艇指挥官下达发射命令后,无人机才从发射舱中升空,并在空中打开折叠的机翼、启动发动机。

  美军潜射无人机试验成功后,有观点认为这会给海军作战模式带来根本改变。

  未来有可能会出现搭载数十架甚至上百架无人机的大型潜艇,这种潜艇可称为“水下航母”,不但可以代替传统航母而且作战更隐蔽,打击更突然。
责任编辑:陈群(QN054)作者:魏刚


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本栏目主要介绍最新科技发展动态方面,包括最新的现代科学研究成果、现代科技方向、现代科学技术动态、2013十大科技前沿:脑机接口 隐形材料等。特别关注有关人与文化的价值方面的研究。

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