震撼新世界 十大科學突破預言 建築抗地震兼自我療傷

▲科學家破解視網膜發向大腦的資訊代碼,未來可藉著高科技設備讓視網膜受損盲人重見光明。(圖/取自網路)

國際中心/綜合報導

隨著電腦技術的發展,從首個人造細胞生命誕生到會說話的蘋果手機,從發現「上帝粒子」到發現新型振盪帶電中微子,世界科學技術正以突飛猛進的速度迎來一個又一個驚人的新突破。在接下來的一年裡,科技還將給人類帶來怎樣的驚喜?

一些全球最著名的科學家最近接受了英國廣播公司(BBC)的採訪,對未來12個月可能出現的「十大科學突破」進行了大膽的預測。

據悉,這些有望很快實現的新「科學突破」包括用3D印表機列印DNA、能夠自我修補損傷的智慧建築、用人工光合方法製造「超級燃料」、用量子工具來研究克服癌症、解開大腦密碼修補大腦損傷等。

不過最讓科學家們期待的科學突破,應屬建造一種能夠防止任何地震摧毀的建築。科學家希望發明出一種超級地基材料,它能吸收或轉移強大的地震衝擊波,使地面上的建築能在最劇烈的地震侵襲中仍然屹立不倒。

1,能夠「自我療傷」的建築

英國倫敦大學學院材料學教授馬克米奧多尼克預言,隨著奈米技術的發展,能夠自我修復「缺陷」損傷的建築材料將在不久後問世。目前,人類所有的建築都是靜態的,如果建築出現損壞,必須人為修補。如果我們夠幸運,將可以提前住到能夠根據氣候變化時自動打開、關閉窗戶的智慧型住宅。

未來,我們身邊的整座建築都將會對環境變化產生反應。米奧多尼克預測,在不久的將來,不僅手機螢幕可以觸控,整幢房子都可以通過觸摸的方式進行控制。未來的建築不但可以吸收太陽能發電,並且還能自我修復身上的「損傷」。

目前,英國牛津大學和劍橋大學的科學家們正在研發一種特殊的半導體,它的分子能夠「自我組織」成最佳結構來吸收太陽能,並將其轉化成電荷。這種半導體將親水性分子和厭水性分子組合在了一起,兩種分子的特性意味著它們「水火不容」,總想分開,但它們之間的分子連結卻阻止它們分離,所以它們會自發地組成一種3D結構,從中能夠很有效的吸收太陽能並轉化為電能。

英國科學家相信,這種能夠自發組成最佳結構的半導體不僅可以用於製造太陽能電池,還能夠用作整幢建築的外部材料,如果將來每個家庭的住宅外牆都能塗上這種「太陽能電池」材料,那麼全球的能源問題將得到很大的解決。

不過,這種奈米材料在使用上不僅僅限於發電,它還能讓建築物「感覺」到冷暖變化,就像人類的身體細胞能夠探測到燙傷、疼痛和裂口一樣,未來的建築也將具有這種如同人體細胞般感知和修復「自身損傷」的能力。

2,能理解手勢語言的手機

美國麻省理工學院電子研究實驗室首席科學家維維克•戈雅爾預測,隨著3D電腦識別系統的快速發展,一種能夠識別主人手勢和「動作語言」的手機將很快問世。

目前,微軟公司與遊戲配套的Kinect推出的「體感周邊外設」能夠通過3D體感攝影機、影像辨識、語音辨識系統來讓電腦遊戲玩家實現「人機互動」,透過手勢和身體動作就能在遊戲中開車、踢球、和其他玩家互動等。

然而,Kinect設備有一台電話機那麼大,並且相當耗電,戈雅爾的研究小組目前正在研究如何將該設備「縮小化」,甚至整合到智慧型手機當中。一旦成功,手機將成為一個能夠理解主人手勢和動作語言的「機器人」,以後你透過手機上網流覽網頁,可能再也不需要用手指觸碰翻頁,只需用手指在空中做一個翻頁的動作,手機就會自動幫你翻頁。

3,能製造氫氣的高效人造「光合」樹葉

植物的光合作用相當低效,對於大多數植物來說,它們吸收的光能事實上只有大約1%轉變成糖分。科學家希望能造出一種「人造樹葉」,可以使吸收的太陽能有高達20%能轉化為氫氣。

兩年前,美國麻省理工學院的科學家丹尼爾•諾賽拉發明了一個「人造樹葉」設備,它上面覆有矽光電管,將它插入水中並暴露於陽光下,一側就會產生氫氣,另一側則會產生氧氣。可是,這個人造樹葉的「光合」效率仍然太低。

英國倫敦大學學院的無機化學教授安德列賽拉相信,這個難題將在未來幾年內得到解決。賽拉說,人類對能量和燃料的需要,遠超過目前這種人造「光合樹葉」所能產生的能量,所以如果科學家能夠發明一種高效率的人造「光合」設備,將可以徹底改變地球能源的遊戲規則,因為這意味著你可以用陽光和水來直接製造大量的燃料。

4,用3D生物印表機列印DNA

據美國生物學家克雷格萬特預測,在不久的將來,人類可以用3D印表機直接列印DNA和流感疫苗。美國科學家正在研究將DNA轉化成電腦二進制編碼資訊,此一數位資訊可以透過電子郵件在不到一秒鐘內傳到世界各地;科學家同時也正在研發一種被稱做「數位生物學轉換器」的設備,它可以透過電子郵件收到的DNA數位編碼資訊重新轉換成有效的生物DNA。

萬特預測說:「你的電腦旁將擺著一個盒子:數位生物學轉換器,你可以透過它來列印製造出胰島素或流感疫苗。當H1N1流感病毒爆發時,全世界可能需要9個月時間才能獲得疫苗,但在此期間,將有成千上萬的人在等待注射疫苗時喪命。不過我相信將來,如果世界各地有許多這種盒子,那麼流行疫病將會絕跡,因為有效的疫苗將會在幾秒鐘時間內傳遍世界各地。」萬特說,他相信不久的將來,3D印表機就可以直接列印出DNA。

5,用量子工具研究和克服癌症

英國薩里大學物理學教授傑姆艾爾-哈利利預測,在接下來的一年中,科學家有望利用量子工具來研究癌症病因,藉此戰勝癌病魔對人類的肆虐。科學家開始越來越相信,量子力學:也就是原子和分子層面的奇怪力學,可能在DNA的基因突變中扮演某種重要角色,所以許多科學家都希望能解開量子力學在癌症中扮演的角色。

雖然科學家目前顯然還無法透過量子力學來治癒癌症,但如果能理解它在癌症中扮演的角色,那麼就可以發展出新的科技來幫助人們防止和戰勝癌病魔。

哈利利說:「你現在可以想像,基因突變就是DNA中的一個氫鍵在某處分裂了,但又在另一處地方重新組合了起來。我們想知道DNA突變是否就是有一個質子量子從一個地方跳到了另一處地方,從而產生了一個相當大的影響。所以我們現在正在實驗室透過量子工具來觀測研究大腸桿菌的基因突變現象。」

6,解開大腦密碼,修補大腦損傷

美國康奈爾大學尼倫伯格實驗室神經科學家謝拉尼倫伯格預測,科學家破解大腦資訊傳遞密碼、透過人為科技「修補」大腦損傷只是時間上的問題。在海藻、細菌和真菌身上,都有一種對光敏感的蛋白質,人類大腦細胞也有這種遺傳因素。當你對這些細胞射出一束光,它們就會產生一個電子訊號,可以讓你控制這些大腦細胞的活動。

然而問題是,大腦擁有它自己獨特的資訊傳遞密碼,它以一種類似摩斯密碼、卻遠比摩斯密碼更複雜的方式存在,在大腦中傳遞各種資訊。如果科學家能夠解開大腦的資訊傳遞密碼,將會產生劃時代的意義。

科學家就可以修補大腦的任何損傷,包括避開死去的聽覺細胞或因為中風而受損的大腦區域,使大腦能夠重新接收到各種訊號。

目前,科學家已經破解出視網膜發向大腦的資訊代碼,藉此可以讓視網膜的輸出神經元:視神經向大腦發送正常的編碼資訊。通過此一「解密」,科學家已經可以藉著高科技設備讓視網膜受損的盲人重見光明。

7,人類微生物組計畫:微生物生態環境讓你更健康

研究發現,在一個生態環境中擁有更多種類的微生物,那麼該環境中的人就會更少得病。美國俄勒岡大學格林實驗室首席專家潔西嘉格林預言,科學家對微生物生態環境的研究,將會讓人類擁有更健康的生活。

格林說,看不見的微生物世界時時刻刻影響和決定著人們的身體健康。已經發起的「人類微生物組計劃」正在鑑別和確認那些生活在我們身體中、和生活周圍的各種微生物群體。

格林說,我們生活中的汽車、電話和住宅裡,到處都存在著肉眼看不見的微生物:細菌、病毒和真菌等微小的生命形式,我們90%的時間都生活在戶內,那些看不見的微生物生態環境如何影響著居住者的健康,有望在未來幾年獲得一個確切的答案。

8,用人類的語言進行電腦程式設計

如果你想讓電腦完成一項頗具創意的新任務,或者你想出了一個新的電腦遊戲創意,你可能需要先找一個程式設計師來為你的創意編一個新的電腦程式。不過據美國「沃爾夫拉姆研究會」CEO史蒂芬沃爾夫拉姆預言,隨著電腦軟體技術的發展,未來的電腦將不再需要用專業的電腦語言來做程式設計,人們使用自己的語言就可以「編寫」電腦能夠理解的程式。

事實上,蘋果手機的聲控軟體Siri已經向這方面邁出了微小的第一步。用人類的語言給電腦做「程式設計」,意味著你可以用英語或中文命令電腦或手機做一些目前你無法想像的事情,譬如你可以命令它拍一張照片,照片左邊的第二張臉孔要位於焦點;或者你可以對它說,你想要它幫你從網路上收集齊所有百慕大群島日落前的風景照等。

沃爾夫拉姆說:「這不是你用電腦語言和你的電腦交流,而是用一種至少你自己也理解的語言來跟它交流。能夠用人類的語言來做程式設計,我相信這將會成為未來電腦和智慧手機發展的趨勢。」

9,從太空中監控地球污染源

世界各國的政府都想監控尋找那些向大氣中排放污染物的企業,並向他們施以懲罰。但如何及時找出這些污染物的排放源卻是一件相當困難的任務。不過據英國倫敦大學學院研究專家瑪姬阿德林波考克預測,隨著歐洲太空局一顆名叫「埃俄羅斯」的污染監控衛星今年發射升空,及時監控地球污染源的問題將獲得徹底解決。

「埃俄羅斯」衛星可以監測污染物和測量風速,然後綜合這兩方面的資訊,科學家就可以計算出污染源排放的具體位置。此外,另一組英國科學家正在研究如何從太空中監測二氧化碳排放量的問題。

10,建造一種能防止地震摧毀的建築

英國曼徹斯特大學應用數學系主任威廉帕尼爾預測,隨著材料科學的突飛猛進,科學家將會發明出一種特異材料,用它來作為建築物的地基,將能吸收或轉移任何強大的地震衝擊波,從而使地面上的建築在最劇烈的地震侵襲下仍能屹立不倒。帕尼爾說:「我們可以改變某種材料的微觀結構,使它能吸收或轉移衝擊波,但它的其他重要特徵卻不受絲毫影響。」

一旦這種特殊地基材料發明出來,就可以被用作建築地基,萬一遭遇地震,該地基材料就會將地震衝擊波吸收或被轉移走,藉此能夠安全保護地面上的建築。儘管發明出這種特異材料,科學家仍面臨著許多重大挑戰。

但最近兩年,科學家在這方面的研究正呈現快速進步。尤其是奈米材料石墨烯的發現,讓科學家們看到了一種新的可能性。

關鍵字:十大科學突破

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