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2007：最令人怦然心動的十大新興技術 (轉貼自網管人電子報)
2007：最令人怦然心動的十大新興技術 本報記者 王俊鳴 美國《技術評論》雜志日前推出的“2007年新興10大技術”，被認為是2007年最令人興奮、最有可能影響整個產業和科研的技術，因為，它們將影響人們生活的各個方面。
　　1.對等網絡拯救視頻未來
　　對等網絡技術將能直接加速視頻信息的傳輸。
　　目前，包括音像在內的視頻數據占據了互聯網數據流的60%%，未來2年這一比例將達到98%%，這意味著網絡下載資料的速度將會越來越慢。對于互聯網行將“淹沒”視頻數字信息的問題，信息界的專家們認為，對等網絡技術將能拯救視頻信息傳輸的未來。
　　所謂的對等網絡，即P2P文件發布技術。目前業界對它還沒有一個標準的說法。簡單地說，P2P技術是一種用于不同電腦用戶之間、無需經過中繼設備直接交換數據或服務的技術。P2P計算可以說是一種互聯網技術的回歸，這是因為互聯網最初的設計目標就是讓網絡上的計算機互相之間可以直接通信而不需要中介。
　　與傳統的通信模式———用戶∕服務器等相比，對等網絡不存在中心節點（或中心服務器），其中的每一個節點大都同時具有信息消費者、信息提供者和信息通訊等三方面的功能。隨著各類數字終端、服務器資源、網絡帶寬等資源持續保持類似摩爾定律式的增長，P2P技術以其兩大方面的突出表現：即低成本、高可靠性的超大規模計算和存儲資源共享；強大的網絡聯通性，更直接、更靈活的信息溝通，成為信息技術發展需要的新共享方式的主要候選者之一。
　　利用對等網絡技術，人們上網傳遞信息方式將得以改變，有關源文件可分為幾個部分供他人下載，每一個用戶從不同的主機當中可以找到不同的部分分別下載，這樣文件傳輸的速度就大大增加了，而且無需用網絡服務器來保存源文件。
　　對等網絡技術是目前國際計算機網絡技術領域研究的一個熱點，也被《財富》雜志譽為將改變互聯網未來的四大新技術之一。目前，微軟、IBM等很多著名的企業和公司都投入到對P2P技術的研究之中。
　　2.量子點技術為太陽能“充電”
　　半導體量子點新技術，能夠大幅度提高廉價光伏太陽能電池的效能。
　　太陽能是人類取之不盡、用之不竭的能源。然而，它的能量卻因太陽能電池的成本居高不下，難以得到充分應用。目前，一些化學家提出了新的解決方案，利用只有幾個納米寬的半導體量子點制成的電池，有望最終降低太陽能發電的成本，使之能夠與化石能相抗衡。
　　量子點是科學家自20世紀90年代以來一直■心研究的半導體新技術，如今不斷取得進展。美國能源部國家實驗室的科學家發現，半導體量子點材料具有優越的與光相互作用的特性，量子點材料受高能光子撞擊時釋放電子的數量是硅半導體材料的2倍以上，這意味著光電轉化效率能夠得到大幅度的提高。不僅如此，量子點技術可以通過簡單的化學反應得以實現，其材料價格將非常低廉。
　　目前，通過光伏太陽能電池將陽光轉換為電力的挑戰在于：大幅度降低輸送每瓦太陽能電力的成本，而如果要與化石燃料、核能發電競爭，還要再降低5—10倍；與初級化石能源競爭則要降低25—50倍。有關試驗表明，基于納米技術的量子點新技術可以提升太陽能發電技術的競爭力。
　　美國國家再生能源實驗室的高級研究員安森‧諾基克認為，量子點技術的光伏太陽能電池能效可達42%%，高于目前能效為31%%的硅基電池。而且，量子點半導體材料的制造成本也很低，有效的聚合物量子點最終可使太陽能發電的成本與煤發電的成本相抗衡。盡管實現量子點技術的太陽能電池的商業化仍需幾年時間，但一旦如此，它將會幫助人們擺脫化石能。
　　3.“光纖開關”精確治療神經性疾病 　　利用綠藻蛋白制成的“光纖開關”，將使科研人員對人腦某一部分的功能進行開關式控制，有助于治療抑鬱症、帕金森等神經性疾病。
　　美國斯坦福醫學中心的卡爾‧迪舍斯在醫治神經性疾病患者時發現，盡管通常的電激等療法能挽救患者的生命，但卻給他們帶來了失憶、頭痛等嚴重的副作用。迪舍斯于是想到用光纖開關的方式來控制患者的神經元細胞，可實施精確治療，而且能減少副作用，最終達到有效的治療目的。
　　迪舍斯領導的研究小組利用綠藻的一種蛋白質作為控制神經元細胞的光纖開關。當神經元細胞受光時，這種蛋白質則會刺激細胞中的微電流傳導到下一個細胞。科研人員以此利用光纖開關刺激某個特定的、引起肌肉抽動反應的神經元或腦電波，達到治療神經性疾病的目的。有關動物試驗表明，這種治療方法大大減輕了老鼠的抑鬱症狀。
　　目前，研究小組已將他們發明的光纖開關分送到100個實驗室，利用老鼠、蠕蟲、蒼蠅和石斑魚進行進一步的試驗。有關專家甚至認為，在研究如何治療神經性疾病的同時，這一技術還可以成為新的研究工具。
　　不過，科研人員還需要保證利用安全的基因治療方法，將光纖開關送達目標神經元細胞。如果未來科學家發現特定的、導致神經性疾病的細胞，這種治療方法將會更精確、更有效。
　　4.納米蛋白碎片可止血助康復
　　細微的納米級纖維通過止血以及恢復腦傷來拯救生命。
　　美國麻省理工學院的科研小組利用納米技術發明一種液體，使用這種液體對準流血的傷口，一噴即刻可止血。小組負責人艾尼斯伯力克表示，不僅如此，這種液體及其相關納米纖維制品還有助于恢復病人的腦傷。
　　據介紹，這種神奇的液體是由納米級的蛋白質碎片（也稱縮胺酸）制成的。其快速止血的能力適合用于手術、事故現場救助和戰場急救等特殊情況。另一方面，縮胺酸在機體內能自我裝配形成纖維網狀的透明膠，這有助于恢復受損的腦和脊柱組織。有關動物試驗顯示，將這種納米蛋白碎片涂覆在小鼠身體內與視覺相關的、受傷的神經周圍，那些神經就能很快地生長，小鼠的視覺得以很快恢復。
　　與目前的方式相比，納米蛋白碎片的止血功能具有很多優點，如快速、透明、方便使用，不損傷其他組織以及術后無需清除等。同時，它還能以提供細胞生長所需氨基酸的方式加速傷口的愈合。
　　艾尼斯伯力克表示，納米蛋白碎片材料將最先用于手術中。不過，在應用之前，還需要對其進行更進一步的人體試驗。一旦人體試驗證明有效，預計此后3—5年內就可以應用。
　　有關專家認為，納米蛋白碎片材料的研制成功說明，科學家可以充分利用納米結構材料的自我組裝功能，借鑒這一思路可以開發出更多的、更理想的醫療技術產品。
　　5.數字擴張技術讓手機上的世界更清晰
　　將整個真實世界的數字信息化加倍，讓手機告訴你更多細節。
　　對于一個在陌生城市的人來說，有一張導游圖，或是一臺GPS，今天也許就夠用了，不過還是要費很多口舌；將來，你需要的可能是一部手機，它能夠很快告訴你某某餐館的飯菜口味、價位等信息。
　　諾基亞公司研發中心麥克斯‧卡哈里帶領的團隊正在以“手機上的擴張世界”項目打造這樣的手機，他們希望將現有真實世界的數字信息量再擴大幾倍，好讓手機上顯示的世界更清晰。
　　該科研團隊最近在國際會議上展示了這樣的手機模型，他們把GPS傳感器、指南針等功能加入諾基亞的智能手機。利用GPS傳感器的信息，智能手機能像照相機那樣精確地顯示物體間的距離。隨著手機位置的移動，其外部環境的地理名稱立刻就能顯示出來。此外，用戶還可從網上下載需要的詳細信息載入手機備查。
　　不過，盡管諾基亞的GPS傳感器性能可靠價格也不貴，但是一些工程人員還是認為，他們在手機上引入過于復雜的功能。法國一家名為“整體包容”的公司則采用擴張真實世界的理念，以圖像技術作為手段。僅憑相關軟件，這家公司開發出能模擬物體間距離的手機，這種手機已在亞洲和歐洲的一些地區開始試銷，他們希望這樣的手機能率先用于賭博游戲和商業廣告。
　　實際上，諾基亞研究人員也在研究實時圖像識別算法，他們希望這樣的算法軟件進一步完善現有智能手機的準確性和可靠性能。無論是諾基亞還是“整體包容”公司，他們的研發工作均在傳遞這樣一個信息：將真實世界顯示在手機上的概念將成為2007年的手機潮流。
　　6.超材料讓隱身成為現實
　　超材料將引發通信、數據存儲和太陽能等方面的革命。
　　我就站在你面前，你卻看不見我。這樣的隱身衣不再是科幻故事的專利，科學家利用超材料已經將這種隱身衣變成了現實。
　　美國杜克大學的大衛‧史密斯科研小組于2006年11月展示了這種隱身衣的雛形。他們利用包裹在玻璃纖維內的金屬和線纜，設計并制成了“超材料”中的同心環部件，讓微波輻射沿最內圈彎曲，就像水繞開石塊兒流動那樣。與通常的材料相比，這種新型圓環吸收或反射的微波量更少。科研小組表示，“我們的材料已經能減少了物體產生的反光和影子，徹底消滅反光和影子正是隱身衣必須具備的重要特征。”
　　超材料科學專門研究具有不同于自然原子光學特性的人工原子。全球從事超材料研究的權威專家認為，利用超材料實現隱形，這是光學材料領域的一個全新概念。超材料的薄層能夠讓光線繞過物體，從而使物體隱形。它就像一扇大門，可以將人們引入一個看似虛幻無比，卻又真實存在的神奇世界。
　　史密斯小組表示，制備這種超材料并不容易，需要使材料組份小于10—20納米。目前可以預計的超材料用途包括：利用超材料可以在很大程度上自由地設計用于隱形的材料；開發能使光線傳輸更集中的材料等。實際上，很多研究小組正在開發這種材料，一旦開發成功，超材料制成的CD或DVD所存儲的信息量將倍增，同時在光纖通信領域超材料能起到加速信息傳輸和降低能耗的作用。另一方面，在能源收集方面，超材料制成的太陽能板可以吸收來自各個方向的光束，不必局限于直射的太陽光，這將大幅度地提高太陽能的利用效率。
　　7.數字壓縮成像讓拍照效果更好
　　數字壓縮成像技術能夠讓照相機和醫療掃描儀更有效地抓取高質量的圖像。
　　目前的數字式照相機就像一臺微型攝像機，400萬像素的照相機在工作狀態時，每個成像傳感器都要工作，但是實際上后來上傳到計算機時，卻丟失很多信息，而且整個拍照過程耗能很大。對此，美國萊斯大學電氣和計算機工程系的巴拉尼克與凱利教授給人們帶來有關數字成像的新思路，他們相信從軟件和硬件方面，可以將照相機做得更小、拍照速度更快，而且圖像效果更好。
　　兩位教授表示，他們開發出一種新型照相機，這種照相機利用單個圖像傳感器收集光學信息，并利用新的軟件算法重新構建高清晰度的圖像。照相機的核心采用壓縮感應新技術，收集只相當于目前照相機感應的一小部分的光學數據。但是，相關軟件卻可以將這一小部分視頻數據放大，并利用計算機將其重新還原成高清晰度的圖像。
　　2004年，研究人員首次提出了壓縮成像這一概念。專家認為，未來兩年內這一技術及其產品將有實際應用。在醫學核磁共振系統中，它拍照的速度將是目前的10倍。未來5年—10年內，新技術能裝載到微型手機等電子消費品上。
　　8.個性化監控儀成為病人與醫生的好幫手
　　讓計算機幫助解讀醫療檢測數據，醫療診斷和預警正朝個性化方向發展。
　　醫療行業是對專家的依賴程度最高的行業，需要專家分析大量的檢測數據，從而診斷出患者的病情。美國麻省理工學院電氣工程和計算機系的教授戈特奇設想：能否讓計算機承擔一部分數據分析工作？在某種程度上說，計算機能夠幫助醫生更高效地解讀各類醫療檢測數據，甚至還能提供更為準確、更個性化的檢測分析結果。
　　戈特奇的科研小組為此進行了有關計算機解讀人體內電信號數據的工作，并開發設計出了個性化的癲癇症探測器。目前，許多病人采用一種能刺激其迷走神經的植入性儀器來控制癲癇症狀，但這種儀器沒有任何靈活性，不管病人是否願意，儀器每隔幾分鐘都會工作。為了克服這一缺陷，戈特奇設計一種非侵入性、由軟件控制的傳感器來測量病人腦電波，使儀器在特定情況下開始工作。這些傳感器無須植入病人體內，除了待命工作外，甚至就可以幫助病人在癲癇症出現之前，提醒他們到安全地點休息等，在現實生活中，這種提前預警功能可以拯救很多患者的生命。
　　除了開發癲癇診斷探測儀外，戈特奇小組現在還針對心臟病進行類似的研發。他們與心臟病學專家合作，在研究大量的有關心臟病數據的基礎上，建立了有關心臟病監測和預警的模型，進而開發相關軟件和儀器。
　　上述兩種診斷儀器的研發代表醫學發展的一種新潮流。美國西奈山醫院醫療信息學中心負責人凱瑞教授說，戈特奇小組的工作很有應用前景，是向精確化、自動化醫療數據診斷方面邁出的重要一步。
　　9.光天線讓激光與DVD容量突破極限
　　高聚光性的納米光天線，突破激光應用的極限，可在一張DVD盤中容納數百部電影片。
　　在過去數年中，科研人員一直嘗試制造一種容量可與計算機芯片相當、像素能與光學顯微鏡相媲美的高性能DVD，但總因碰到衍射極限這樣的難題而失敗。如今，哈佛大學的科研小組開發出一種簡單的新工藝———他們研制的“光天線”，可使激光等高集聚性光突破這一技術瓶頸，得到更廣泛的商業應用。
　　物理學上的衍射極限，是指鏡頭很難將直射光束聚焦成一個直徑小于該光束波長一半的亮點上。由于這一技術瓶頸，激光應用受到限制。由電氣工程師科吉爾和克帕森領導的小組，采用金元素制成了納米級的“光天線”，通過將“光天線”應用激光上，他們將紅外線聚焦在直徑僅40納米寬的亮點上，這一直徑僅是紅外線波長的二十分之一，進而突破了衍射極限的限制。
　　科研小組認為，利用這樣的光天線，在未來激光讀取儲存的能力將使DVD光盤能夠存儲3600千兆字節的數據，其容量相當于750盤現今容量為4700兆的DVD盤。目前，小組已經展示了各種激光器模型，并就此發明開始與一些存儲公司進行協商。
　　除了能夠提高激光讀取儲存能力之外，光天線還能用于圖片的平板印刷，特別是用于硅芯片制造方面，有望突破目前激光在芯片上進行刻蝕的極限。不過，研究人員表示，在此應用之前，還需要制造出只有50納米長的天線。一旦商業化試驗成功，光天線將引發從超高密光存儲到超高清晰度光學顯微鏡等方面的技術革命。
　　10.單細胞分析可明察疾病原因
　　探測到單個細胞瞬間的變化，不僅有助于了解生命的過程，而且可以改善醫學測試和治療手段。
　　為了更好地了解和治療諸如癌症、糖尿病等人類疑難病症，科學家總是希望在上百萬個細胞中，了解典型的、致病的細胞的行為和狀態，特別是單個細胞的差异。
　　單細胞分析是分析化學、生物學和醫學之間滲透發展形成的跨學科前沿領域。在過去幾十年中，已有一些方法幫助科學家了解單個細胞的行為差异，但它們仍有很大的局限性。利用這些方法，科研人員只能研究目前已知的細胞，但難以研究大多數目前未知的細胞。美國華盛頓州立大學的諾爾曼‧道奇科研小組的單細胞分析成果，則成為探索單細胞活動的有力幫手，他們以超靈敏的技術分離了單細胞，并能揭示其中未知的分子活動情況。
　　目前，道奇小組利用單細胞分析技術從事食道癌和肺癌方面的研究，他們在識別由單個癌症細胞主導的蛋白質變异方面取得了成功。小組還在研究，癌症擴散是否是由細胞中蛋白質不斷分化所造成。這一問題一旦得到證實，細胞間活動的差异就能顯示疾病是否在傳播。這樣的技術可以使醫生盡早地了解癌症發病情況，以及盡早采取措施。

　　密西根大學的肯尼迪教授曾通過分析單細胞的胰島素，揭示出了多種糖尿病的病因。他對此評論說，道奇小組的新技術可以揭示細胞活動的差异。這樣的新技術實現大規模的商業化還需要10年到20年的時間，不過一旦成熟的話，將能很好地造福人類。