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全球九大新兴科技展望
更新时间:2022-01-21

许多读者十分关注并希望了解当今各国争相研究开发的科学技术。根据最新调查,美国《技术评论》杂志介绍了九个开拓性新兴科技领域。

合成生物学

合成生物学是指人们将“基因”连接成网络,

让细胞来完成设计人员设想的各种任务。例如把网络同简单的细胞相结合,可提高生物传感性,帮助检查人员确定地雷或生物武器的位置。再如向网络加入人体细胞,可以制成用于器官移植的完整器官。

让·维斯是麻省理工学院计算机工程师,早在他读研究生时就迷上了生物学,并开始为细胞“编程”,现在已成为合成生物学的领军人物。维斯的导师、计算机工程师和生物学家汤姆·奈特表示,他们希望研制出一组生物组件,可以十分容易地组装成不同的“产品”。

目前,研究人员正在试图控制细胞的行为,研制不同的基因线路——即特别设计的、相互影响的基因。波士顿大学生物医学工程师科林斯已研制出一种“套环开关”,所选择的细胞功能可随意开关。加州大学生物学和物理学教授埃罗维茨等人研究出另外一种线路:当某种特殊蛋白质含量发生变化时,细胞能在发光状态和非发光状态之间转换,起到有机振荡器的作用,打开了利用生物分子进行计算的大门。维斯和加州理工学院化学工程师阿诺尔一起,采用“定向进化”的方法,精细调整研制线路,将基因网络插入细胞内,有选择性地促进细胞生长。

维斯目前正在研究另外一群称为“规则系统”的基因,他希望细菌能估计刺激物的距离,并根据距离的改变做出反应。该项研究可用来探测地雷位置:当它们靠近地雷时细菌发绿光;远离地雷时则发红光。

维斯另一项大胆的计划是为成年干细胞编程,以促进某些干细胞分裂成骨细胞、肌肉细胞或软骨细胞等,让细胞去修补受损的心脏或生产出合成膝关节。尽管该工作尚处初级阶段,但却是生物学调控领域中重要的进展。

通用翻译

鉴于通用翻译在商业和国家安全领域广阔的应用前景,IBM公司及卡内基梅隆大学等在通用翻译研发方面投入了巨大的人力物力。

IBM沃森研究中心的计算机科学家高玉清在研发通用翻译软件方面作了大量开拓性工作。她设计的系统是帮助医生同患者交流,也能发展成适于其他种语言的互译系统。

目前人们普遍使用的是逐字翻译系统,高玉清的研究重点则是语意分析。作为远景计划研究局研发计划的一部分,高玉清研究小组研发出用于笔记本计算机的中-英文翻译软件,最近又开发出适用于PDA的版本。

在美国国防部远景研究计划局的另一项计划中,SRI国际公司语言技术和研究实验室主任波莱科达领导的研究小组已研制成更为专用的翻译装置———“单向对话短语”书,供在阿富汗和伊拉克美军使用,用者只要按一下英语键,则可向当地居民询问有关医疗及其他特殊问题。

纳米导线

目前纳米技术的研发已达到“炽热”程度,研制纳米导线是制造大多数纳米器件和装置的关键因素。

纳米导线是一种又长又细的导线,通常直径只有人头发丝的万分之一。研究人员目前可以调控直径5纳米至几百纳米之间的纳米线,而调控的长度可达几百微米。对半导体硅和化学敏感的氧化锡及像氮化镓等发光半导体,都能制成纳米导线。

加州大学伯克利分校杨培东在改进纳米导线特性方面获得重大进展,被公认为纳米导线的先驱。为了制成纳米导线,杨培东他们采用能融化金薄膜或其他金属的特殊小室,小室中金属形成纳米尺寸的微滴,在微滴上空喷发诸如硅烷等化学蒸汽,其分子会被分解。短时间内,这些分子在融化的微滴上达到超饱和,形成纳米晶体。随着更多的蒸汽分子在金属微滴上被分解,晶体则长成树状。如果在几百万个金属微滴上同时发生这一过程,科学家则能形成大量的纳米线。

杨培东等人已制成氮化镓和氧化锌纳米线“森林”,这些纳米线能发出紫外光,该特性对制造“单片实验室”十分有用。“单片实验室”可快速和低成本地分析医学、环境和其他种样品。

目前的难题是制成纳米线和其他系统组件之间的电子连件。杨培东估计,目前全世界至少有100个研究小组正集中力量来解决上述问题。去年,英特尔公司已同哈佛大学的利伯合作,纳米线成为其计算机芯片开发长期规划的一部分。

拜埃斯氏技术

科学家们认为,拜埃斯氏机器学习将是下一波软件开发工具,拜埃斯氏统计学作为概率论的一个古老冷门分支似乎正在焕发青春。

斯坦福大学副教授克洛应用拜埃斯氏统计学取得令人激动成果。她开发的多个程序不仅能解决诸如基因如何起作用等问题,还可揭示长期存在的计算学难题,以及按照对真实世界不完整了解来做出预测。这些方法有可能在外语翻译、微型芯片制造和药物发现等领域里发生巨大进步。因此英特尔、微软和Google等公司都已挤入这一新领域的研发。

基于拜埃斯概率论方法所编制的程序与过去的机器推理方法有很大的不同,它能取得大量数据并独立推断可能的关联或依赖关系。这一点对软件开发人员十分重要,因为编程人员喜欢决策自动化。譬如,依据用户的搜索历史可使检索结果体现个性化。他们希望机器可权衡意外组合,并做出最好的猜测。

克洛利用拜埃斯氏算法解决了基因的管控问题。因为新生物医学技术正提供众多的数据,以至研究人员在整理这些数据时遇到了极大麻烦,这就减缓了对新药物的探寻。而克洛所编的程序彻底调查了成千上万个基因数据,通过测试某些基因活度变化概率,来解释其他基因活度的变化。该程序不仅单独探测到已知的或已鉴别出的相互影响基因,而且也发现了以前未知的一些调节基因的功能。

研究人员已研发出一种机器人,能独自绘制十分危险的废弃雷场的分布图。英特尔公司目前正开发一种程序,可解释半导体晶片质量测试数据。Google公司正采用拜埃斯氏方法,寻找互联网上大量相互关联的数据图形,并予以开发利用。实际上,采用拜埃斯氏技术的软件已进入市场,2003年版微软Outlook就包括拜埃斯氏办公室助手软件。

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