MIT《技术评论》08年最激动人心的技术

MIT《技术评论》：08年最激动人心的技术纤维素酶、纳米收音机和无线电源位列其中弗朗西斯·阿诺德正在设计制造更好的酶以分解纤维素。纳米收音机的唯一电路组成是一个尺寸仅为头发丝直径万分之一的碳纳米管。马林·索尔加斯克和他的同事利用磁场耦合共振点亮了一个60瓦电灯泡。每年，MIT《技术评论》杂志都要评选出未来几年将会扮演重要角色的10项技术。这些技术涉及的领域十分广泛，包括能源、计算机软件和硬件、生物成像等等。今年，在名列榜单的10项技术中，纤维素酶（cellulolyticenzymes）和原子磁力仪（atomicmagnetometers）两项成果是科学家们努力解决关键问题时的结晶，而突发事件建模（surprisemodeling）、connectomics、probabilisticCMOS、现实挖掘（RealityMining）和离线Web应用（offlineWebapplications）等5种技术则代表着科学家看待问题的全新方式。此外，石墨烯晶体管（graphenetransistors）、纳米收音机（nanoradio）和无线电源（wirelesspower）这3项技术则是令人惊叹的技术创举，它们创造出了崭新的成果。下面我们详细介绍其中的3种。纤维素酶美国加利福尼亚理工学院化学工程和生物化学系教授弗朗西斯·阿诺德正在应对生物燃料产业最艰巨的挑战之一：设计制造更好的酶以分解纤维素。2007年12月，美国总统布什签署了《2007能源独立和安全法案》。该法案要求到2022年美国至少每年生产360亿加仑的可再生燃料，这几乎是现在水平的5倍。在这一总量中，以农业废弃物、木屑和牧草为原料制造的纤维素生物燃料要占到160亿加仑。如果能够满足这一要求，届时美国的汽油消耗量将会大幅下降，同时温室气体排放量和国外石油进口量也会大为减少。然而，这一野心勃勃的计划面临着一个巨大的障碍：此前尚没有人能够以具备成本优势的工业方法生产纤维素生物燃料。现在，几乎所有在美国生产的乙醇都来自玉米淀粉。其过程是将淀粉分解成糖，然后再通过工业手段把这些糖发酵变成乙醇。要想从更加便宜的原料中生产乙醇，就需要一种可以使糖分子自由形成纤维素晶体链的有效方式。这是“实现大规模、商业化生产纤维素生物燃料时最为昂贵的制约环节”，阿诺德说。阿诺德和许多其他科学家都认为，要想更加高效、低廉地分解纤维素，没有比酶更合适的了。阿诺德已经用了将近20年时间设计制造新的酶，以用于药物制造、去污等。阿诺德认为自己正在朝正确的方向前进。纳米收音机美国加利福尼亚大学伯克利分校的阿历克斯·泽特尔用纳米管制作成的微小型收音机可以提高从手机到医疗诊断等多个领域的设备性能。2007年，泽特尔和他的同事成功研制出迄今为止世界上最小的收音机——纳米收音机。这部收音机的唯一电路组成是一个尺寸仅为头发丝直径万分之一的碳纳米管。同传统收音机相比，纳米收音机具有显著的特点：碳纳米管集天线、调谐器、放大器和解调器于一身；而在传统标准的收音机中，各个功能由相互独立的部件来完成。为探测到广播的无线电信号，纳米收音机的碳纳米管被置于真空管中，并钩挂在电池负极上。广播电台的无线电信号经过后，其产生的电场将不断“推”和“拉”碳纳米管，也就是碳纳米管随无线电信号发生共振，利用这种共振现象可以探测到无线电信号。任何无线设备，从手机到监测环境变化的传感器，都能够从无线收音机的研发中获益。更小尺寸的电子元件，例如调谐器，将会减少能量的消耗，并延长电池的寿命。此外，纳米收音机还能够将无线通信拓展到新的领域，包括制造引导血液流向以助药物发挥更好作用的微小型设备等。无线电源美国麻省理工学院的物理学家马林·索尔加斯克正在为构建一个无线传输电力的世界而努力。有关无线电源的想法由来已久。早在19世纪30年代，迈克尔·法拉第就发现，周围磁场的变化将在电线中产生电流。19世纪晚期，尼古拉·特斯拉有了一个伟大的构想，那就是将电传送到世界各地。因为很难构建一个可以延伸到每座城市、每栋大楼和每个房间的基础架构，特斯拉将视线转向了无线传输。他制定了一个发射塔规划，想以无线的方式在远隔数公里之外的地点间传输电力。他的团队确实在此方面作了一些试验，但在发射塔建成之前，他们的经费就用完了。后来，由于工业界接受了以有线的方式传输电力，无线电源的梦想也就随之搁浅。不过，特斯拉申请了这方面最初的一个专利。2007年6月，索尔加斯克领导的一个小组宣布，他们成功地利用无线输电技术点亮了一个离电源约2米远的60瓦电灯泡。其试验过程如下：两组磁性线圈在相同的频率下发生共振，当其中一个线圈连上电源后，该线圈产生的共振磁场显著增加，另外一个没有连接电源的线圈的共振磁场也跟着上升，随后这个线圈就产生了电能。也许，在可预见的未来，在家庭、图书馆、机场和咖啡馆里给笔记本电脑和手机自动无线充电会成为现实。