全球九大新兴技术前景

时间:2019-02-06 09:20:29 来源:敖汉旗门户网 作者:匿名
  

许多读者非常关注并希望了解各国争相研究和开发的科学技术。根据最新调查,美国《技术评论》杂志介绍了九项开创性的新兴技术。

合成生物学

合成生物学指的是将“基因”连接到网络中,该网络允许细胞执行设计者设想的任务。例如,将网络与简单的小区相结合可以改善生物传感并帮助检查员确定地雷或生物武器的位置。另一个例子是向网络中添加人类细胞以制备用于器官移植的完整器官。

Jean Weiss是麻省理工学院的计算机工程师。当他还是一名研究生时,他对生物学着迷,并开始“编程”细胞。他现在已成为合成生物学的领导者。 Weiss的导师,计算机工程师和生物学家Tom Knight表示,他们希望开发一套可以轻松组装成不同“产品”的生物组件。

目前,研究人员正试图控制细胞的行为,开发出不同的基因系——--专门设计的相互作用基因。柯林斯是波士顿大学的生物医学工程师,他开发了一种“循环开关”,具有可以随意切换的选定单元功能。加州大学生物学和物理学教授Errowitz和其他人开发了另一种途径:当特定的蛋白质含量发生变化时,细胞可以在发光状态和非发光状态之间切换,充当有机振荡器。这个角色打开了使用生物分子进行计算的大门。 Weiss与加州理工学院的化学工程师Arnol一起使用“定向进化”方法来微调线的发展,将基因网络插入细胞中以选择性地促进细胞生长。

Weiss目前正在研究另一组称为“规则系统”的基因,他希望能够估计刺激的距离并对距离的变化做出反应。该研究可用于探测矿井位置:当它们靠近矿井时,细菌会发绿光;当他们远离矿井时,它们发出红光。

Weiss的另一个大胆计划是对成体干细胞进行编程,以促进某些干细胞分裂为成骨细胞,肌肉细胞或软骨细胞,从而使细胞能够修复受损的心脏或产生合成的膝关节。虽然这项工作仍处于起步阶段,但它是生物调节领域的重要进展。通用翻译

鉴于通用翻译在商业和国家安全领域的广泛应用前景,IBM和卡内基梅隆大学在一般翻译研究和开发方面投入了大量的人力和资源。

IBM Watson研究中心的计算机科学家高玉清在开发通用翻译软件方面做了大量的开创性工作。她设计了这个系统,帮助医生与患者沟通,并发展成适合其他语言的翻译系统。

目前,逐字翻译系统被广泛使用。高玉清的研究重点是语义分析。作为视觉规划研究所研发计划的一部分,高玉清的研究团队为笔记本电脑开发了汉英翻译软件,并最近开发了PDA版本。

在美国国防部视觉研究计划的另一个项目中,由SRI国际语言技术和研究实验室主任Polecoda领导的研究小组开发了一种更专业的翻译设备,——,“单向对话短语”。这本书供美国军方在阿富汗和伊拉克使用。用户只需按下英文按钮即可向当地居民询问医疗和其他特殊问题。

纳米线

目前,纳米技术的研究和开发已达到“热”水平,纳米线的发展是制造大多数纳米器件和器件的关键因素。

纳米线是细长的细线,通常只是人类头发直径的万分之一。研究人员现在可以调节直径从5纳米到数百纳米的纳米线,调节长度可达数百微米。纳米线可以制造用于半导体硅和化学敏感的氧化锡和发光半导体,例如氮化镓。

加州大学伯克利分校的杨培东在改善纳米线性能方面取得了重大进展,并被公认为纳米线的先驱。为了制造纳米线,杨培东使用特殊的腔室来熔化金膜或其他金属。腔室中的金属形成纳米尺寸的液滴,并且诸如硅烷的化学蒸气被喷射到液滴上,并且分子被分解。在短时间内,这些分子在熔融液滴上过饱和,形成纳米晶体。随着更多的蒸气分子在金属液滴上分解,晶体会长成树状。如果这个过程同时发生在数百万个金属液滴上,科学家们就可以形成大量的纳米线。杨培东等人制造了氮化镓和氧化锌纳米线的“森林”。这些纳米线发出紫外线,这对于制造“单片实验室”非常有用。 “单片实验室”可以快速,低成本地分析医疗,环境和其他样品。

目前的挑战是在纳米线和其他系统组件之间建立电子连接。杨培东估计,全球至少有100个研究小组正在集中精力解决上述问题。去年,英特尔公司与哈佛的Lieber合作,纳米线成为其长期计算机芯片开发计划的一部分。

贝叶斯技术

科学家认为,贝叶斯机器学习将是下一波软件开发工具,而贝叶斯统计似乎正在恢复活力,成为概率论的一个古老的不受欢迎的分支。

斯隆大学副教授克劳应用贝叶斯统计数据来取得令人振奋的成果。她开发的课程不仅解决了基因如何工作等问题,而且还揭示了长期存在的计算挑战,并根据对现实世界的不完全了解做出预测。这些方法有可能在外语翻译,微芯片制造和药物发现方面取得重大进展。因此,像英特尔,微软和谷歌这样的公司已经挤进了这个新的研发领域。

基于贝叶斯概率理论方法的程序与过去的机器推理方法有很大不同。它可以获取大量数据并独立地推断可能的关联或依赖关系。这对软件开发人员很重要,因为程序员喜欢自动化决策。例如,可以根据用户的搜索历史来个性化搜索结果。他们希望机器权衡意想不到的组合并做出最好的猜测。

Clo通过使用贝叶斯算法解决了基因控制的问题。由于新的生物医学技术提供了大量数据,研究人员在整理数据时遇到了很多麻烦,这减慢了对新药的搜索速度。 Clo编制的程序彻底调查了数千个遗传数据,并通过测试某些基因活性变化的可能性来解释其他基因活性的变化。该程序不仅分别检测已知或鉴定的相互作用基因,而且还发现一些先前调节的基因的功能。研究人员开发了一种机器人,可以自己绘制非常危险的废弃雷区的分布图。英特尔目前正在开发一个解释半导体晶圆质量测试数据的程序。谷歌正在使用贝叶斯方法在互联网上查找和关联大量相互关联的数据图。实际上,使用贝叶斯技术的软件已经进入市场,2003版的Microsoft Outlook包括贝叶斯办公助手软件。

托盘

人类目前仅使用一小部分电磁波谱。除了可见光之外,X射线可以拍摄人体骨骼的阴影,紫外线可以用于消毒,并且近红外光已经用于夜视装置。

现在,研究人员正在研究使用另一部分电磁波谱:太赫兹辐射或T射线。 T射线可能会改变机场安全和医学成像等领域的现状。不仅可以揭示隐藏物体的形状,还可以揭示爆炸物的组成或癌症病变的内部场景。

20世纪90年代末,在英国剑桥东芝研究实验室工作的阿诺德认为,T射线可以代替牙科X射线。他认为,在深红外区域的T射线可以准确地检测到牙齿损伤的位置,而不需要使用电离辐射,并且可以获得牙齿的立体图像。东芝于2001年成立了TeraView,并任命阿诺德为首席行政官。去年8月,TeraView开始销售评估T-ray扫描仪,这是一台复印机的尺寸,计划在一到两年内批量生产。目前,消费电子公司可以使用T射线来测试其设备中的制造缺陷,并且食品加工商可以检测密封包装食品的水含量以确保其新鲜度。 TeraView还正在与英国和美国政府谈判,开发一种可以放置在码头的金属探测器,可以看到外套口袋里的剃须刀和夹克口袋里的塑料炸药。

T射线系统还显示癌症的形状,帮助医生更准确地去除癌组织。日本相机制造商尼康已开发出自己的T光扫描仪,并已将扫描仪出售给NASA,以帮助发现航天器泡沫绝缘材料的缺陷。RNA干扰分子疗法

心脏病,肝炎,癌症和艾滋病主要是由人类基因突变或病毒细菌入侵引起的。如果你能找到一种简单的技术,任意关闭某些特殊基因,理论上可以治愈这些疾病。在马普研究所工作的生物化学家Thomas Taschier可能已经在人体中发现了这种转变:RNA干扰分子(RNAi)。 Taschier发现,当这种小的双螺旋分子被引入人体细胞并靶向某种基因时,该基因就无法发挥作用。那时,许多人对这一发现表示怀疑,因为之前曾建议使用RNAi技术来治愈这种疾病,但这是一个绝招。一年后,这种方法很快被公众接受。许多大公司和大学在研究方面投入了大量资金,有些甚至提名Taschier为诺贝尔奖候选人。

现在,许多制药公司和生物技术公司正在寻求使用RNAi来治疗疾病。在马萨诸塞州,Taschir与其他公司合作建立Alnylam Pharmaceuticals,Inc。,希望生产用于癌症,艾滋病和其他疾病的RNAi药物。将RNAi干扰分子从实验室研究转化为真实药物的最大困难是如何将这种核糖核酸分子转运到患者体内的大量细胞中。在实验中,将RNAi分子转运到单个细胞中要困难得多,但是要将RNAi递送到大量细胞中。据预测,RNAi治疗可能需要三到四年才能进入市场应用阶段。

大电网控制

由于其大尺寸,大网格可能失去对大量电流的控制。去年8月,从密歇根州到安大略省的5000万居民的北美大停电使人们记住。

瑞士ABB电子系统执行副总裁Rantanza认为,现代电网采用现代控制技术的时代已经到来。他正在建立一个智能电网控制室,以便在北美洲大陆每秒数次跟踪当前活动并及时采取行动。 Rantaz团队已经建立了一个控制系统并准备安装。专家认为,如果这种设计投入运行,电源中断将减少100倍,这样电网不仅会遇到“热浪”造成的过度耗电,还能避免恐怖分子的伤害。实时控制系统是20世纪90年代电子检测系统的自然衍生产品,它控制着太平洋西北地区的电网。在该系统中,由GPS时间特征编码并且相隔数百到数千公里的大量传感器的测量使得中央计算机能够随时间以每秒30次同步数据。电网执行精确的“发射”,其足够快以观察到轻微的电力阻塞,功率下降或振荡,这表明电网中不稳定的初始迹象。

由Rantaz团队设计的控制系统使用非常简化的电网运行模型,但该系统可以立即识别出严重的问题。 ABB工程师目前正在研究如何使用该系统来保护瑞士和意大利之间的重要电网。目前,大型电网正朝着实时,大面积监测和控制的方向发展。

微喷射纤维

互联网已成为人们生活和商业活动不可或缺的工具。为了满足未来的需求,有必要加快互联网上信息的传输,例如在几秒钟内下载几部电影。可以设想,在光纤路径内放置几个小液滴可以提高光子流携带数据的能力,不仅加速数据传输,而且还提高了传输的可靠性。

伊利诺伊大学物理学家罗杰斯制作了原型微喷射光纤,可以大大加快从电子邮件到计算机软件的超快速传输速度,该软件正在由朗讯进行测试。两年前,朗讯研究员罗杰斯开始探索充满液体的纤维。今天用于传输电话和数据的光纤是一种柔软的实心玻璃管,但罗杰斯使用的光纤钻有许多直径为1到300微米的小孔。罗杰斯将少量液体注入纤维中,然后控制这些液体“塞子”的膨胀,收缩和移动,从而引起纤维光学性质的变化。通过改进“插头”特性使得它们可以执行诸如校正失真和更有效地引导数据流的重要功能,可以以低成本实现增加带宽的目标。

个人基因组学

每个人的基因组中有大约30亿个碱基对,或者30亿个DNA“字符”。但医生几乎不可能测试每位患者的30亿碱基对。因此,许多科学家正在采用一种捷径:关注个体基因组之间的差异。加利福尼亚州Perichan Science的首席科学官Cox正在开发一种工具,允许医生和药物研究人员快速确定患者是否因基因构成更容易患某种特定疾病,哪种更适合他。特殊医学。

基因检测已经能够知道谁携带了罕见疾病的基因,哪些特定药物会引起毒副作用,但这些检测只能测试一个或两个基因,许多常见疾病和药物反应涉及广泛分散。基因,研究人员希望找到一种方法来分析个体的完整基因组。考克斯认为,确定与诊断或药物反应相对应的这些变体的基因组模式是有效利用患者遗传信息的最佳方式。

Pirigon开发了一种特殊的DNA芯片,可将数十亿的DNA附着在一小块玻璃上,以快速描绘患者基因组中的30亿个单字符变体。该公司正在将数百名糖尿病患者的遗传图谱与正常人进行比较,并与辉瑞公司合作测试基因对心脏病的影响。

在几年内,预测患者药物反应的基因筛查可能变得非常普遍。

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