紧跟技术进步的脚印
网络科普文摘
1、新视野
美国《技术评论》杂志每年都会评选出10项可能改变世界面貌的新兴技术。今年，榜上有名的包括实时搜索、社会化电视、绿色水泥等等，其中有些技术可能刚刚“小荷才露尖尖角”，比如“双效抗体”等；另外一些技术已经成为业界人士脑海中的热门词汇，比如云计算。无论如何，这些技术必将会在2010年的世界“搅动一池春水”，有望让我们的生活更加健康和美好。
2、社会化电视
虽然近年来实时电视节目的收视率有逐年下降的趋势，但是诸如冬奥运和格莱美音乐颁奖典礼等重大事件却吸引了越来越多的观众，出现了比之前更多的新闻和评论。电视业正在慢慢复苏，这或许可以归结于一些新的“观看”方式的诞生：人们在观看电视节目的同时，还使用智能手机或笔记本电脑来传输文本、发送推特信息、实时提供明星的绯闻逸事等。
麻省理工学院电子研究实验室的特邀科学家玛丽-乔斯·蒙特佩蒂已经花了好几年的时间研究“社会化电视”（Social TV）——把促进电视节目质量的“社会化网络”和更加被动的传统电视收视习惯进行无缝连接。这样做的目标是：使看电视成为不同地方的观众们能够相互分享和讨论，并且让每个观众能更快地找到他们想要看的节目。
蒙特佩蒂希望将不同的通讯系统连接在一起，尤其是将手机和宽带服务连接在一起，来创造一种优雅的用户体验。她正在同英国电信（BT）公司着手研发这套系统，BT向英国和爱尔兰的1500万人（其中一半是数字电视的订户）提供宽带连接服务。
去年年底，蒙特佩蒂展示了一套非常有趣的系统原型：一个中央数据库将YouTube等视频网站上的视频集中在一起，让社交网络的用户分享特定的数据，然后将视频传送到用户的电视机上，让用户能够通过手机发送评论并且对电视节目进行评级。这种应用程序也让用户告诉网络，他们希望什么程序出现在其电视上。
例如，如果用户的某个朋友向他推荐了某个视频，用户也同意接受，这个视频将会在某个指定的时间出现在用户的电视屏幕上。除了考虑到商业因素外，蒙特佩蒂也希望社会化电视网站帮助相距遥远的朋友和家人保持密切的联系，体会“海内存知己，天涯若比邻”的感觉。
今年2月，蒙特佩蒂的团队向BT公司提交了该系统的精简版本。BT公司大学战略研究部门的负责人杰夫·帕特摩尔说，这样的一套系统可能将于今年横空出世。蒙特佩蒂正急切等着美国部署社会化电视网站。
3.移动3D——智能手机将成为三维市场的主流
《阿凡达》使3D电影方兴未艾。澳大利亚的动态数码景深公司（DDD）正在将3D带到智能手机和其他移动设备上。
三星B710手机看起来像是一款典型的传统智能手机，但是一旦将屏幕从竖屏转为横屏时，不可思议的事情发生了：屏幕上的图像由2D变成了3D。这种景深感效果是由DDD的首席技术官朱利恩·弗拉克发明的，该技术有望解决3D领域的最大瓶颈，力争能够做到不戴特殊眼镜就可享受观看3D节目的乐趣。
弗拉克发明软件的工作原理是通过估算各种物体的景深而将2D视频合成3D场景，比如将最上层的天空和远处的背景结合在一起。接着，它会持续不断地将很多差别很小的图像叠加在一起并呈现给观众，从而使其在大脑中产生景深感，从而获得3D体验。
这项技术将会运用在已经开始被大肆炒作的3D电视机上，但是最适合使用这项技术的对象则非智能手机莫属，因为该技术的视角范围较小，手机用户更便于选择最佳观看角度，这也是为什么手机多媒体设备能够抢占先机，引领3D技术成为主流的原因。市场调研机构DisplaySearch最近预测，到2018年，全球将会有7100万这样的移动设备。
而弗拉克认为，此项技术现在最好的应用应该是在游戏领域。DDD已经发布了软件，让游戏在计算机上呈现3D效果，该公司也希望在两年内为移动设备装配同样的软件。
这套软件是一个类似于手机游戏和视频的应用程序，将会促进3D屏幕遍地开花，同时也为下一代令人震惊的交互接口和应用程序的研发奠定基础，就像手机上的2D屏幕催生了一些基于触摸的界面和扩展现世技术的发展。
4.绿色水泥：将二氧化碳固化在水泥中
英国《卫报》去年公布的数据显示，全世界每年生产20亿吨水泥，每生产1吨普通水泥，就释放出近1吨二氧化碳。水泥的生产占据了世界二氧化碳排放量的5%，超过整个航空业的年排放量。并且，人们对水泥的需求量还直线上升，法国农业信贷银行的一份报告预测，到2020 年，全球水泥需求量将比现在增加50%。
就在各国面对水泥引发的环保问题一筹莫展的时候，英国Novacem公司应运而生，它由英国帝国理工学院创办，由该学校毕业的博士生尼克劳斯·瓦拉斯普鲁斯担任首席科学家。瓦拉斯普鲁斯表示，该公司致力于研发不同的材料，以替代传统的波特兰水泥（即普通水泥）的原料。
瓦拉斯普鲁斯表示：“我们生产的水泥独特之处在于，它是碳负性的。在生产过程中，它排放出的二氧化碳远远小于它在被使用时吸收的空气中二氧化碳量。”去年1月份，英国一年一度的Rushlight Award揭晓，该奖项旨在鼓励当年在英国和爱尔兰最出色的科技发明。Novacem公司凭借“绿色水泥”荣膺此项大奖。
瓦拉斯普鲁斯的绿色水泥采用镁硅酸盐取代先前的基础原料石灰岩。瓦拉斯普鲁斯表示，镁硅酸盐不仅在制造过程中比标准水泥需要的热量少，而且在硬化过程中还能够有效吸收空气中大量的二氧化碳，这使得生产总体上是“碳负性”。Novacem公司表示，这种水泥产品在整个生命周期中每吨可吸收0.6吨的二氧化碳，而且，它在加热时需要的温度也相对不高，大约需要650摄氏度。Novacem公司也对其使用加热时不释放二氧化碳的镁硅酸盐申请了专利。
Novacem公司打算同英国最大的私人建筑公司莱恩·奥罗克公司合作，尝试着让该行业更多地使用“绿色水泥”。在2011年，该公司将收到150万美元的资助，其中一部分来自英国皇家学会，Novacem公司计划建造一个新的试验工厂来制造其最新式的水泥。
其他新兴公司也在尝试不同的方法减少水泥的碳足迹，包括位于美国加州的Calera公司，该公司于2008年提出了一种新的水泥生产理念：工厂通过二氧化碳提供的热量来维持生产，这样一种环保节约型生产水泥体系理论甫一出现便广受人们的关注，该工厂于1908年8月份在加利福尼亚建立了第一个示范点，向外界推广该生产体系理念。最近，该公司收到了大约5000万美元的风险投资。
5.改造干细胞
美国威斯康星大学麦迪逊分校医学与公共卫生院教授詹姆斯·汤姆森实验室于1998年首次成功培养出了人类胚胎干细胞，该实验室也于2007年与其他研究人员同时制造出了人类诱导性多功能干细胞。汤姆森手中的小塑料瓶中装着超过15亿个心脏细胞，这些细胞由汤姆森参与创办的细胞动力公司培育，这些细胞来自于一种新的干细胞。汤姆森认为，这种干细胞能够改进人类的疾病研究并且改变我们的药物研发和药物测试模式。
2007年，日本京都大学的山中伸弥团队和汤姆森/俞君英团队，通过插入4个特定基因，第一次成功地将普普通通的人体皮肤细胞直接改造为功能与胚胎干细胞类似的“诱导多能干细胞（iPS）”。得到的iPS细胞具有胚胎干细胞的两个确定的特征：能够不断地自我复制；能够如变色龙一般变身为人体内的任何细胞类型。因为，该方法没有使用人类的胚胎干细胞，有效避免了复制或摧毁胚胎的道德争议，同时可能达到与胚胎干细胞相同的医疗效力。
关于iPS细胞的喜讯次第传来，科学家们也相信，iPS细胞和干细胞能够替代人类受损或者有缺陷的身体组织。但是，汤姆森认为，他们最重要的贡献将是为人类发展和疾病研究提供前所未有的窗口。科学家能够使用罹患各种不同病症（包括糖尿病）的病人的细胞来制造干细胞，并且诱导这些细胞变成因为疾病而遭到破坏的细胞，这或许会让研究人员更好地防患于未然，在疾病初露端倪时检测到疾病，并且追踪让其扭曲的分子过程。
从近一点来说，iPS细胞能够彻底变革药物的有毒测试，汤姆森表示，这些细胞可以无限量地为人类提供各个身体器官。细胞动力公司也在努力扩展干细胞的应用领域。该公司出售由其iPS产生的心脏肌肉细胞给总部位于瑞士的制药巨头罗氏（Roche）公司，罗氏公司使用这些细胞来检测药物的副作用以筛选实验药物。汤姆森希望，这些细胞将帮助揭露药物研发过程初期出现的问题，以节省研究和测试所需要的大量成本。
例如，iPS产生的心脏细胞会在盘子中跳动，科学家能够探测哪个药物改变了心脏的韵律。科学家也能够使用这些细胞在分子层面研究心脏的功能如何。并且，细胞动力公司也正在研究其他类型的细胞，包括大脑和肝脏细胞。肝脏细胞对制药研究人员意义重大，因为药物的毒性常常在肝脏中显现，研究人员表示：“有一个能够在进入人体前预测药物毒性的模型非常重要。”
通过使用人的细胞来制造iPS细胞，科学家也能够更好地了解药物将如何影响不同的人。汤姆森也已经使用患有肌萎缩性侧索硬化症（ALS）、唐氏综合征、脊髓性肌萎缩症等病症的病人的细胞制造出了iPS细胞。
如果这种研究获得成功，研究人员希望使用iPS细胞来研究其他的疾病，并且研发出药物来治疗这些疾病。细胞动力公司的合作伙伴、罗氏公司早期安全和调查毒理学主任凯勒·克拉贾说：“这会从根本上改变药物的开发。”
用太阳能直接制造可再生燃料
6.植入式电子设备——可降解的芯片能减少移植手术对人体的伤害
下一代植入式医疗设备将不再依赖由工厂中制造的材料，而是使用蠕虫肚子中培育出的高科技材料。美国塔夫斯大学的生物医学工程师菲奥里泽·奥蒙特使用蚕丝制作了一些可植入的光学和电子学设备，这些设备将成为生命特征的监视器、血液检测仪、图像中心和医务中心，而且在不需要时，可以轻而易举地将这些植入人体的设备销毁。
植入式电子设备可以提供更加清晰的人体内部状况图片，让医生更好地了解病人体内的情况，或者帮助监视患者的慢性病发展情况或术后身体恢复情况，但生物相容性等问题也限制了植入设备的使用，许多在电子设备中广泛使用的材料被植入人体后会引发免疫反应。另外，目前大部分植入芯片需要通过外科手术植入人体，而在不需要的时候，还得通过手术取出，因此，只有在关键时刻，人们才会选择植入式电子设备（比如心脏起搏器）。
然而，蚕丝天性柔软，在人体内可降解；并且，它能像光学玻璃一样透光；尽管蚕丝不能被制成晶体管和电线，它却可以作为电子设备阵列的机械支撑，使电子设备阵列可以稳定地待在生物组织的表面。采用不同的加工工艺，蚕丝还能在人体内立刻降解或者待上几年时间。并且，蚕丝还可以用来长期储存诸如酶等纤细的分子。
3年前，奥蒙特开始着手研究蚕丝，那时，塔夫斯大学的生物医学工程师大卫·帕卡兰向他寻求帮助，制作一种新的材料来做生物支架，以便为新长出的组织提供支持。奥蒙特把蚕丝在开水中煮沸，并将得到的溶液提纯，获得了主要材料：蚕丝蛋白。这个方案可以在模具中做到10纳米大小的尺寸。奥蒙特用模具制作出了棱镜、镜子、透镜以及光纤等各式各样的光学设备。将抗体或者酶和蚕丝溶液混合之后，再进入模具加工，就可以制造出感应任何低浓度生物分子（从葡萄糖到肿瘤标志物）的生物传感器以植入人体。
奥蒙特和卡帕兰以及伊利诺伊州立大学的材料科学家约翰·罗杰斯合作，奥蒙特成功研制出由蚕丝和柔韧的硅电子设备合成的植入物。例如，这个团队之前就是用蚕丝薄膜将一些极小的晶体管阵列和发光二极管（LED）固定在一起，LED是可以识别病毒制造者聚集状况的植入式芯片的基础。科学家已经证明，这些小设备在小动物身上表现良好，没有出现任何结疤或者免疫反应。最后，蚕丝会在人体内降解，只留下一小部分硅和其他电路中所用的材料。
另一个设备使用蚕丝来做金属电极网，该金属电极网可以取代用来检测脑部状况以及治疗诸如癫痫等病症的长钉一样的电极，并且能够更精准地监测神经活动。这种以蚕丝为原料制成的电极可能成为植入式电子设备的“开路先锋”，两三年内就可用于植入人体并监测人体状况。
奥蒙特还列举了另外一些应用：例如，一个蚕丝光缆可以从一个LED阵列传输光线到植入人体的蚕丝传感器，蚕丝传感器通过改变颜色来告诉人们癌症又复发了。另外，这些设备还能控制人们服用药物的剂量。利用一根蚕丝光纤，还可将一些信息传输到人体的皮肤表面，再使用手机将这些信息读出。奥蒙特说，制造这些设备的材料都已经具备，只要把这些材料放到一起，一根小小的蚕丝就能帮助我们拯救生命。
7.用太阳能直接制造可再生燃料
美国投资机构旗舰风投公司的首席执行官努巴·阿费彦曾表示：“生物燃料都是来自于二氧化碳和水，那么是否存在一种方式可以将二氧化碳直接转变为我们所需要的燃料，而不用费事利用玉米、柳枝稷或者海藻来获取呢？”
对于阿费彦创办的新兴公司朱尔生物技术公司（Joule Biotechnologies）来说，答案似乎是肯定的。去年，该公司宣布，他们设计出了新的方法，可以从喂养阳光与二氧化碳的转基因微生物（genetically manipulated microorganism）中提炼出乙醇与其他液态燃料。
不同于一般的生物燃料公司，朱尔公司称，其“日光养殖”系统不需要藻类或者其他植物等生物原料就可以运作，在这个系统下，微生物在盐水里透过光合作用获得成长所需要的动能，然后直接分泌出燃料或者商用化学物质。
朱尔公司的制造过程依赖其太阳能转化炉（SolarConverter），这个转化炉会收集阳光并向装有微生物的溶液喂养二氧化碳，这些模组可以串联在一起形成一个巨大的生产单位，且燃料被抽出后溶液可以回收再利用。
朱尔公司的生物工程师们也给他们的转基因微生物安装了限制其生长速度的开关。科学家让其仅仅在几天内繁殖，接着启动开关，让生物组织的能量从提供生长变成生产燃料。
实验室测试和小规模的尝试让阿费彦估计，使用这种方法每亩地获得的液体燃料是使用玉米来制造乙醇的100倍，是使用其他农业肥料获得的生物燃料的10倍，其同化石燃料相比，非常具有竞争力。
现在，采用传统方式来获得生物燃料受到诸多因素的制约，比如使用玉米制造生物燃料会占用大量耕地，同时产生大量废水，新的制造生物燃料的方式需要的水更少，并且，也不会占用大量耕地，制造它们只需要昂贵的、多步骤的生产过程。为了将风险降至最低，该公司研发出了一个模块化的过程，不需要大的以及昂贵的演示工厂，公司正在德克萨斯州建立小型的商业化工厂。
无独有偶，美国加州生物技术研究集团合成基因公司也正在与明尼苏达州立大学生物技术研究所合作，试图直接用二氧化碳来制造生物燃料。
8.双效抗体——“一箭双雕”治疗癌症
在美国基因技术公司（Genentech）位于旧金山的总部，资深科学家杰玛尼·弗一直在重新设计该公司最赚钱的两种抗癌药物。一种是抗体赫赛汀（Herceptin），主要对抗位于乳癌细胞上的Her2（人类表皮生长因子受体2）抗原；另一种是阿瓦斯丁（Avastin），它能够阻止肿瘤自制血管，使其无法吸收养分而饿死。
杰玛尼·弗的目标是证明，通过使一个抗体紧密地结合到两个不同的抗原上，她能够为那些正在与乳腺癌做斗争的患者带来更大的胜算机会。去年，她和同事证明，一个经过改造后的赫赛汀抗体不仅能够关闭老鼠身上的Her2受体，而且也能够锁住血管内皮生长因子（VEGF），前者被认为会促进肿瘤的生长，而后者则在一些侵略性的乳腺肿瘤里高表达，相关论文发表在2009年3月20日出版的《科学》杂志上。
设计出这样一种“双效”抗体能够帮助解决化疗药物存在的一个主要问题：癌细胞通常会对化疗药物产生免疫力，变异使得癌细胞能够适应药物的攻击。医生们常常将不同的化疗药物混合在一起，在癌细胞找到“逃生路线”之前杀死癌细胞。设计出一种能够对癌细胞进行多方“拦截”的药物将能够让治疗变得更加简单方便。
一个单细胞繁殖的抗体能够承担两个抗体的工作具有很好的商业前景，可能让治疗的费用减半、缩短治疗时间。基因技术公司也已经开始进行试验，以确认是否赫赛汀和阿瓦斯丁合作能够比单独使用其中一种药物更好地战胜乳腺癌。
基因技术公司正在使用这项技术研发另一个双效药物。与此同时，杰玛尼·弗的实验也激发了其他科学家研发类似药物的兴趣。美国斯克利普斯研究所的分子生物学教授卡洛斯·巴巴斯说：“双效药物对治疗癌症意义重大。”巴巴斯创办了CovX公司，专门从事双效抗体的生产。尽管她和弗是竞争对手，但是，巴巴斯高度评价了弗团队的研究成果，称其为“抗体研发史上美丽的篇章”。
9.新型光伏发电——用纳米粒子提高太阳能发电效率
1995年，凯利·卡切波尔完成了她的物理学本科学历后，决定进入一个停滞不前的领域：太阳能电池。2006年，已经成为博士后的卡切波尔获得了一项重大的发现，推开了制造光电转换率更高的薄膜太阳能电池的大门。这个进步或许可以让太阳能在同化石燃料的博弈中更具竞争优势。卡切波尔现在是澳大利亚国立大学等离子研究团队的一员。
薄膜太阳能电池一般用非晶硅或者碲化镉制造，与常规的由更厚而且更昂贵的硅晶片制造的太阳能电池相比，成本更低。当然，薄膜太阳能电池的效率也更低，因为，如果一个电池的厚度比射入光线的波长还短时，光线就更难被吸收和转换。因此，仅仅几微米厚的薄膜电池只能微弱地吸收一些近红外的波长。如此一来，薄膜电池的光电转化率只有8%到12%，而一般晶硅太阳能电池的转换率能达到14%到19%。而要产生更多的电能就需要制造更大的设备，这就大大限制了太阳能技术的应用范围。
当金属表面的电子被入射的光线刺激后，会形成等离子体振荡。在传统的硅基太阳能电池的制造中，很多人都利用等离子体效应，从而保证电池更加高效，但是却没有人利用这个效应来制造薄膜电池。卡切波尔发现，她敷在一块薄膜太阳能电池表面的银纳米粒子，并不会像镜子一样完全反射直接照射到其表面的光线。相反，粒子表面上形成的等离子体将使光子偏斜，这样，这些光子会在薄膜电池内部来回反射，以便于长波长光的吸收。
卡切波尔的测试设备的光电转化效率比普通的薄膜太阳能电池高30%左右。如果卡切波尔能把她的纳米粒子技术和大规模制造薄膜电池结合起来，很可能会改变太阳能电池技术领域的平衡，加速太阳能取代传统化石燃料能源的步伐。薄膜太阳能电池不仅能获得更多的市场份额（目前，其在美国的市场份额为30%），同时，也会加速整个光伏产业的发展。
毫无疑问，在薄膜太阳能电池制造上，碲化镉将慢慢取代硅。但是碲是稀有元素，专家们担心它的供给可能无法满足需求。而在这方面，硅则更有优势。
目前已经有多家公司向卡切波尔抛出了“橄榄枝”。但是，卡切波尔希望在商业化这项技术之前，能够更好地完善它。同时，澳大利亚斯文本科技大学的研究人员们也正和业界巨头、世界上最大的硅基太阳能电池制造商中国尚德太阳能电力有限公司开发他们的等离子体薄膜太阳能电池制造技术，据称，该公司的等离子体太阳能电池有望在4年内实现商业化。
10.云编程——Blomm语言降低云应用开发难度
云计算为我们提供了无限的计算和存储能力。然而，程序员们似乎并不知道怎样最大限度地利用这种能力。
当前，大部分程序员们都倾向于改造已有的程序，使其可以在云端运行，而不是直接编写一个为云量身定做的应用程序。而且，在跟踪数据和获取程序在云上运行的状态方面，云做得还不够好。如果程序员们能够很好地解决这些问题，他们就可以更加充分地利用好云了。
比如，对于在线音乐零售商们来说，在云端，他们可以更好地管理社会化媒体：当一个歌手突然成为“当红炸子鸡”时，网站就会很快刷新，摆满有关该歌手的唱片的促销活动的广告，以迎合当下消费者们最大的兴趣。
加州大学伯克利分校的约瑟夫·海勒斯太因认为，他可以开发出一套软件来很好地追踪数据和密切监视云端的动向，使得编写复杂的云端应用程序变得简单明了。他的想法是，修改各种数据库编程语言，并用其来快速搭建任何云端应用，包括社会化网络、通讯工具、游戏等等。通过好几年的测试和修改，这些语言现在已经可以很好地从大型数据库中读取和写入数据。如果这其中的任何一种语言可以很好地实现云端友好化，那么，程序员们就真的不用再花大力气处理各种细微的数据了，只需要关注他们想要的结果就可。
这个想法面临的挑战是，这些语言只能处理那些静态的分批的数据，不能处理动态的变化的数据（比如从传感器组成的网络收集到的数据）。海勒斯太因的解决方法是，在语言中加入一个概念：数据可以是动态的，在数据被处理的时候，数据会发生变化。这使得程序能够为可能会晚来或者永远不会来的数据做好准备。
海勒斯太因的主意已经结了果实：Bloom语言。海勒斯太因团队已经使用Bloom语言快速重建了Hadoop（一个可以管理大量数据的工具），并在其上增加了多项功能。Bloom语言降低了应用开发的难度，可以让更多程序员们参与到云应用的开发中来，从而创造出更多更强大的云应用。
海勒斯太因团队将于2010年晚些时候发布Bloom。他们也在向外界展示如何将Bloom应用于实时的应用程序中，比如在线的多玩家游戏、监测地震或者海啸的警报信息等。（刘霞）
