中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2013年，新創(chuàng)造日新月異、新科技層出不窮。在科學(xué)的發(fā)展中，跨界與交叉成為新的主流，解讀生活與以人為本成為新的焦點(diǎn)。在回首過(guò)去，迎來(lái)2014年之際，我們將本周刊聚焦過(guò)的科技前沿梳理回放，讓我們聽(tīng)到創(chuàng)新的腳步，看到科技的明天。
腦機(jī)接口：人體進(jìn)入2.0時(shí)代
美國(guó)匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的研究人員在一位頸部以下癱瘓的女患者腦部左邊的運(yùn)動(dòng)皮層上植入兩個(gè)微電極裝置，這部分的運(yùn)動(dòng)皮層對(duì)控制人的四肢運(yùn)動(dòng)起著關(guān)鍵作用。研究人員將這些電極通過(guò)電腦與機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，電腦將腦部發(fā)出的電波通過(guò)復(fù)雜的算法轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)來(lái)控制機(jī)械臂。通過(guò)幾周的訓(xùn)練，她可以用自己的想法控制機(jī)械臂像手臂一樣執(zhí)行簡(jiǎn)單的任務(wù)。
浙江大學(xué)求是高等研究院副教授陳衛(wèi)東告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，腦機(jī)接口繞開(kāi)了常規(guī)的神經(jīng)肌肉通道，采集的大腦神經(jīng)信息經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)解碼轉(zhuǎn)化為指令，來(lái)控制外部設(shè)備；同樣道理，外部信息也可以經(jīng)腦機(jī)接口直接傳入大腦。
陳衛(wèi)東認(rèn)為，腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)人類(lèi)機(jī)能增進(jìn)，給人們繪制了一個(gè)誘人的前景，通過(guò)科學(xué)家、工程師、企業(yè)家的共同努力，人類(lèi)一定能提前享受到這一成果。
隱形材料：將虛擬拽進(jìn)現(xiàn)實(shí)
在美國(guó)加利福尼亞州長(zhǎng)灘舉行的TED2013會(huì)議上，來(lái)自新加坡南洋理工大學(xué)的物理學(xué)副教授張柏樂(lè)表演了一項(xiàng)好玩的技術(shù)。他將兩片方解石（能彎曲光線的鹽酸鹽礦物）粘貼在一個(gè)盒子上，讓盒子背后一個(gè)卷起的便利貼消失不見(jiàn)，但能看到其后面的背景，形成了奇妙的隱身效果。
要想徹底隱身，就得掌握光線的行進(jìn)方向。其理想的效果是，當(dāng)光線通過(guò)需要隱身的物體時(shí)，能夠繞過(guò)該物體，不僅需要減少散射，還要將物體背后的所有視覺(jué)信息傳遞給看它的人。
北京大學(xué)物理學(xué)院教授張家森在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示，要想讓光線彎曲，就不得不提負(fù)折射率材料。這是一類(lèi)人工材料，一般采用金屬，讓其內(nèi)部形成一個(gè)小的環(huán)流，產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的磁導(dǎo)率，再結(jié)合負(fù)的介電常數(shù)，就形成了負(fù)折射，這也是隱形材料中最重要的理論基礎(chǔ)之一。
量子密鑰：無(wú)法破譯的通信
2013年，中科院量子科技先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)協(xié)同創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)星地量子密鑰分發(fā)的全方位地面驗(yàn)證，為未來(lái)我國(guó)通過(guò)發(fā)射量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)基于星地量子通信的全球化量子網(wǎng)絡(luò)，對(duì)大尺度量子理論基礎(chǔ)檢驗(yàn)，以及探索如何融合量子理論與愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論，奠定了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。
中科院院士潘建偉介紹：“古人在信封上用火漆封口，一旦信件被中途拆開(kāi)，就會(huì)留下泄密的痕跡。量子密鑰在量子通信中的作用就像火漆一樣，但比火漆更徹底。一旦有人試圖打開(kāi)信件，量子密鑰會(huì)讓信件自毀，并讓使用者知曉?！?
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室教授劉乃樂(lè)在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，在不久的將來(lái)，量子保密通信將有可能走向大規(guī)模應(yīng)用，成為保障未來(lái)信息社會(huì)通信安全的關(guān)鍵技術(shù)。下一步的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)也將更加激烈，人類(lèi)將致力于將量子保密通信向更遠(yuǎn)距離和更大規(guī)模的廣域網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。
4D打印：自我組裝之夢(mèng)
3D打印，它絕對(duì)是近年來(lái)最受矚目的材料科技之一，可如果你認(rèn)為這就是打印的終點(diǎn)，實(shí)在為時(shí)尚早，因?yàn)椋?D打印已經(jīng)悄然出現(xiàn)了。4D打印的創(chuàng)造者是美國(guó)麻省理工學(xué)院建筑系的一位教員——斯凱勒·蒂比茨，2013年2月，蒂比茨在加利福尼亞長(zhǎng)灘島舉行的TED會(huì)議上公布了團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的4D打印技術(shù)。
眾所周知，3D打印要預(yù)先建模、掃描，然后用相應(yīng)的材料按照之前的計(jì)劃復(fù)制出來(lái)。4D打印則是直接將程序輸入材料當(dāng)中，物體被打印出來(lái)后，可以自主變形、重塑，而且不需要任何復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備。也就是說(shuō)，打印不再是創(chuàng)造過(guò)程的終結(jié)。蒂比茨自己認(rèn)為，它就像是沒(méi)有了電線和發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)器人。
華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長(zhǎng)史玉升在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，在3D打印尚且受到技術(shù)和材料等因素的制約，還并未轉(zhuǎn)化為真正的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的當(dāng)前，4D打印概念依然很飄渺。
穿戴設(shè)備：顛覆你的生活
2013年，以語(yǔ)音交互技術(shù)為亮點(diǎn)的谷歌眼鏡、靠手部肌肉就能控制無(wú)人機(jī)飛行的MYO腕帶、能夠追蹤腦電波的電子文身……這些可穿戴設(shè)備，就像一汪汪清泉，正在浸潤(rùn)渴求新鮮感的消費(fèi)電子市場(chǎng)。
這些設(shè)備可以很方便地穿戴在身上，或是整合進(jìn)用戶(hù)的衣服、配件中，從而執(zhí)行用戶(hù)的命令。比如：電子文身能像刺青一樣印在身體的多個(gè)部位上，防水不怕拉伸，能將身體變成移動(dòng)身份識(shí)別證。它還可以用來(lái)收集健康數(shù)據(jù)，可以測(cè)試腦電波、觀測(cè)心率和體溫等，就像是手臂上的迷你實(shí)驗(yàn)室。
清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授黃連生在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，對(duì)于可穿戴設(shè)備，不少人都擔(dān)心其存儲(chǔ)空間和電量消耗。但是，這些都不該是其硬性指標(biāo)之一，其重點(diǎn)功能，在于通過(guò)智能感應(yīng)設(shè)備，記錄數(shù)據(jù)，或是執(zhí)行命令。
無(wú)線充電：引領(lǐng)無(wú)尾電器時(shí)代
如果說(shuō)無(wú)線輸電技術(shù)還屬科技前沿，但無(wú)線充電技術(shù)已來(lái)到我們身邊。手機(jī)、平板電腦、相機(jī)、筆記本……這些移動(dòng)電子產(chǎn)品改變了我們的生活和娛樂(lè)方式。然而，這些移動(dòng)電子設(shè)備都離不開(kāi)電，走到哪兒都要充。伴隨著無(wú)線充電技術(shù)走進(jìn)人們的視野，充電的煩惱可能即將一掃而光。
華南理工大學(xué)電力學(xué)院副院長(zhǎng)張波告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，目前電磁感應(yīng)、磁諧振等磁場(chǎng)輸電技術(shù)相對(duì)成熟，但受限于周?chē)h(huán)境影響等因素，傳遞效率和功率均無(wú)法滿(mǎn)足人們?nèi)粘Ｐ枰?，這可能意味著人們還未探索到磁場(chǎng)輸電的“終極理論”。
而重慶大學(xué)電力電子與控制工程研究所所長(zhǎng)孫躍對(duì)無(wú)線輸電技術(shù)充滿(mǎn)信心：“目前，微小功率的無(wú)線輸電技術(shù)實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)取得可喜的進(jìn)步，研以致用，以用促研?？梢灶A(yù)計(jì)，再用10到15年的時(shí)間，無(wú)線輸電技術(shù)必將得到大面積推廣應(yīng)用?！?
太空集能：太陽(yáng)能的高端利用
美國(guó)宇航局（NASA）前工程師約翰·曼金斯博士正在研制一種雞尾酒杯形衛(wèi)星，名為“SPS－ALPHA”（隨機(jī)性大型相位陣列太陽(yáng)能人造衛(wèi)星），旨在探索利用部署在太空中的太陽(yáng)能電池板向地球傳輸能量的可能性。SPS－ALPHA最早可在2025年發(fā)射升空，一個(gè)太陽(yáng)能衛(wèi)星陣列便可滿(mǎn)足人類(lèi)1/3的用電需求。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣學(xué)院副院長(zhǎng)朱春波在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，地面上太陽(yáng)光能量密度比較低，目前我們應(yīng)用的太陽(yáng)能板效率只有百分之十幾到百分之二十，而光電轉(zhuǎn)換效率又比較低。因此，我們?cè)诘孛嫔夏軌蚶玫降奶?yáng)能是十分有限的。
在太空，理論上，在地球同步軌道上，99%的時(shí)間可以接受太陽(yáng)能輻射，每平方米太陽(yáng)能可以產(chǎn)生1336瓦熱量。
早在1968年，美國(guó)科學(xué)家彼得·格拉賽（Peter Glaser）就首先提出了建造空間太陽(yáng)能電站的構(gòu)想。
朱春波認(rèn)為，空間太陽(yáng)能電站從長(zhǎng)遠(yuǎn)看是可行的，但需要在太空運(yùn)輸組裝、微波傳輸效率、降低對(duì)環(huán)境影響三項(xiàng)技術(shù)上有所突破。
LIFI通訊：“點(diǎn)燈”上網(wǎng)
2013年10月17日，一種利用屋內(nèi)可見(jiàn)光傳輸網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的國(guó)際前沿通訊技術(shù)Lifi在復(fù)旦大學(xué)實(shí)驗(yàn)室成功實(shí)現(xiàn)。研究人員將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接入一盞1W的LED燈珠，燈光下的4臺(tái)電腦即可上網(wǎng)，最高速率可達(dá)3.25G，平均上網(wǎng)速率達(dá)到150M。
復(fù)旦大學(xué)信息學(xué)院教授遲楠在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，Lifi因?yàn)槠湔{(diào)制在可見(jiàn)光譜上，比Wifi的無(wú)線電譜大10000倍，因此有著更大的帶寬和更高的速率。而它的可遮擋性避免了屋外“蹭網(wǎng)”行為。
盡管Lifi技術(shù)還沒(méi)有徹底產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化，但遲楠認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣泛，體積更小、功耗更低、速率更高、傳輸更遠(yuǎn)是其發(fā)展目標(biāo)。“比如飛機(jī)、高鐵，甚至餐廳的飯桌上，都可以使用Lifi技術(shù)，你只需要一盞臺(tái)燈，就可以在手機(jī)上看高清視頻、點(diǎn)菜或者呼叫服務(wù)?！?
人造雞蛋：畜牧業(yè)的挑戰(zhàn)
2013年11月，美國(guó)加州舊金山漢普頓·克里克公司研發(fā)的一種可以替代雞蛋的人造食材在全美各大超市上架出售。這種被稱(chēng)為“超越”了雞蛋的“人造雞蛋”一經(jīng)出現(xiàn)，便吸引了不少人的目光。
根據(jù)漢普頓·克里克公司創(chuàng)辦人喬?！ぬ┨乩锟私榻B，這種“人造雞蛋”是用12種植物提取物制作而成的，其中從豆類(lèi)植物中提取的蛋白質(zhì)是其主要成分。因此，在口感上，與傳統(tǒng)雞蛋并無(wú)太大差別?！叭嗽祀u蛋”食材的能量轉(zhuǎn)換率為2：1，大大高于畜牧業(yè)的39：1。用它取代傳統(tǒng)雞蛋可以降低成本和售價(jià)。
中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院副教授李興民告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，目前的“人造食品”主要是用豆類(lèi)植物蛋白代替動(dòng)物蛋白。豆類(lèi)植物蛋白也屬于優(yōu)質(zhì)蛋白，可以滿(mǎn)足人體對(duì)氨基酸的需求。
潛射無(wú)人機(jī)：深海暗器
2013年12月5日，一架無(wú)人機(jī)從美國(guó)海軍“洛杉磯”級(jí)核潛艇“普羅維登斯”號(hào)的魚(yú)雷發(fā)射管中發(fā)射升空，并將實(shí)時(shí)偵察的視頻畫(huà)面?zhèn)骰睾藵撏Ш推渌鲬?zhàn)艦艇。經(jīng)過(guò)數(shù)小時(shí)飛行后，該無(wú)人機(jī)在位于巴哈馬的美國(guó)海軍海上系統(tǒng)司令部大西洋水下測(cè)試和評(píng)估中心著陸。
軍事評(píng)論員宋忠平在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)介紹，無(wú)人機(jī)不是從潛艇中直接沖出水面發(fā)射的，而是將無(wú)人機(jī)放在一個(gè)密閉的發(fā)射艙中，潛艇在水下先將發(fā)射艙彈射出去，發(fā)射艙靠自身浮力升到水面漂浮待機(jī)；當(dāng)潛艇指揮官下達(dá)發(fā)射命令后，無(wú)人機(jī)才從發(fā)射艙中升空，并在空中打開(kāi)折疊的機(jī)翼、啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。
美軍潛射無(wú)人機(jī)試驗(yàn)成功后，有觀點(diǎn)認(rèn)為這會(huì)給海軍作戰(zhàn)模式帶來(lái)根本改變。
未來(lái)有可能會(huì)出現(xiàn)搭載數(shù)十架甚至上百架無(wú)人機(jī)的大型潛艇，這種潛艇可稱(chēng)為“水下航母”，不但可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)航母而且作戰(zhàn)更隱蔽，打擊更突然。
