科技的發(fā)展日新月異,科學家的想象力和創(chuàng)造力也往往令人嘆為觀止,正所謂“只有想不到,沒有做不到”。目前,生命科學、環(huán)境科學、海洋科學、新能源、新材料、先進制造技術(shù)、航空航天技術(shù)、物理等科技領(lǐng)域有哪些尖端發(fā)展?近日,廣東科學中心推出的大型免費展覽——“科技前沿”主題展,詳細介紹了上述科技領(lǐng)域的最新發(fā)明和研究成果。通過腦-芯片連接的技術(shù),不但可實現(xiàn)在科幻電影中的人機對話,還可能讓盲人重見光明。未來當腦際接口和人工智能技術(shù)發(fā)展到一定程度后,可治療抑郁癥和帕金森氏病,也可能用來改變正常人的一些腦功能和個性,甚至移植記憶,“盜取”夢想等。
移植記憶盜取夢想不是夢
人類可以使用意識來操縱電腦和其他生物,這已經(jīng)不是夢。記者從“科技前沿”主題展上獲悉,美國斯坦福大學的研究人員結(jié)合遺傳工程與光來操作鼠的個別神經(jīng)細胞,稱之為光遺傳學(optogenetics)。使用這項技術(shù),可以隨意控制鼠的運動方向,并有助于發(fā)展一系列腦相關(guān)失調(diào)的新療法。
據(jù)介紹,通過一種腦-芯片連接的技術(shù),不但可以實現(xiàn)在科幻電影中的人機對話,更重要的是,有可能讓盲人重見光明。利用這種技術(shù),還可以通過計算機來模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),使計算機變得聰明,甚至使未來的智能機器人可以超過人類的智能。據(jù)介紹,未來當腦際接口和人工智能技術(shù)發(fā)展到一定程度后,將不但能修復(fù)殘疾人的受損功能,也能增強正常人的功能。例如治療抑郁癥和帕金森氏病,也可能用來改變正常人的一些腦功能和個性,甚至移植記憶,“盜取”夢想等。
蛋白質(zhì)分子制成生物芯片
據(jù)悉,清華大學最近研制出了一種全自動生物芯片掃描儀,該儀器可以控制生物芯片上樣品和試劑的自動進給、反應(yīng)和檢測,具備普通大型生化分析儀所具備的全部功能。據(jù)介紹,某些有機物中的蛋白質(zhì)分子像開關(guān)一樣,具有“開”與“關(guān)”的功能。因此,人類可以利用遺傳工程技術(shù),仿制出這種蛋白質(zhì)分子,用來作為元件制成生物芯片。而生物計算機是人類期望在21世紀完成的偉大工程之一。這種計算機是以生物芯片取代在半導體硅片上集成數(shù)以萬計的晶體管制成的計算機。
研究者表示,生物計算機芯片運算速度要比當今最新一代的計算機快十萬倍,而能量消耗僅相當于普通計算機的十億分之一,存儲信息的空間僅占百億分之一;而且,生物芯片具有生物活性,一旦出現(xiàn)故障,可以進行自我修復(fù);生物計算機還能夠與大腦和神經(jīng)系統(tǒng)相連,直接接受大腦的綜合指揮,成為人腦的輔助裝置或擴充部分,并能由人體細胞吸收營養(yǎng)補充能量,不需要外界能源。
光學計算機問世指日可待
2010年7月27日,英特爾公司宣布了一項重大技術(shù)進步,使用光束替代電子在計算機內(nèi)部及周邊進行數(shù)據(jù)傳輸。與目前的銅纜技術(shù)相比,它可以實現(xiàn)更長距離的數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)倍的速度提升,每秒可傳輸高達50GB的數(shù)據(jù)——相當于一部完整的高清電影。
英特爾公司在《自然》雜志上發(fā)表的文章宣稱,他們已經(jīng)使用硅材料創(chuàng)造了雪崩光電二極管(APD)的性能世界紀錄,頻率高達340GHz。這意味著他們在通往光學計算機的道路上又近了一步。據(jù)介紹,光學計算機是用光代替電子驅(qū)動的電子學裝置元件,以光子代替電子,光硬件代替電子硬件,光處理信息代替電處理信息,且用砷化鎵光學開關(guān)。其處理數(shù)據(jù)的功能要比電子計算機大1000多倍,處理信息的速度為每秒10億次,接近人腦的思維能力。
在光腦中,輸送信息的是光子,運動速度相當于光速度(每秒30萬千米),要比電子運動速度快得多。而且,光子攜帶和傳遞信息的能力也遠遠強于電子。而光學計算機的優(yōu)點,首先是光比電更加節(jié)能。光在傳輸?shù)倪^程中,損耗是很小的。而電在導體中傳輸會受到電阻的影響, 一部分電會轉(zhuǎn)換為熱能;其次是,光有顏色之分。光不像電子一樣有正負之分。白光有7種原色:紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。它們能表達的信息一定比電更加豐富。
世界真奇妙 有種合金材料有“記憶”
在材料的發(fā)展上,各種形形色色的新材料更讓人眼花繚亂。有一種叫做形狀記憶合金的材料尤其神奇。據(jù)專家介紹,這種材料變形成另一種形狀后,經(jīng)過熱、光、電等物理刺激或化學刺激又可以恢復(fù)成初始形狀的材料。
以熱刺激為例,這種具有單程記憶效應(yīng)的形狀記憶材料在低溫變形后加熱可恢復(fù)到高溫時的形狀,但再冷卻時不能恢復(fù)到低溫時的形狀。而具有雙程記憶效應(yīng)的材料不但在低溫變形后加熱可以恢復(fù)到原來高溫時的狀態(tài),再次冷卻時還能恢復(fù)到低溫時的形狀。如果用在航天上,可以利用形狀記憶合金在高溫環(huán)境下制作天線,再在低溫下把它壓縮成一個小球,使它的體積縮小到原來的千分之一,這樣很容易運上太空,運到太空后由于太陽強烈的輻射使它恢復(fù)原來天線的形狀,按照需求向地面發(fā)回寶貴的信息。而在日常生活中,由記憶乳膠材料制成的枕頭和記憶纖維材料制作的衣服,可以防止變形;而由記憶合金材料制作的燈罩可在亮燈時自動開啟,燈滅時自動關(guān)閉。
神奇小分子可控心臟發(fā)病
小分子RNA是近些年人類最重要的發(fā)現(xiàn)之一,它是一種具有19~24個核苷酸的非編碼RNA,可以直接調(diào)控某些基因的開關(guān),從而控制細胞的生長發(fā)育并決定細胞分化。小分子RNA在動物和植物的發(fā)育過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用,在兩種植物牽?;ê徒痿~草中,miRNA突變則導致花瓣變成了花蕊。科學家還發(fā)現(xiàn),小分子RNA還可以調(diào)節(jié)干細胞分化和自我更新,不同的小分子RNA控制了干細胞不同的分化方向,使有的干細胞分化成血細胞,有的分化成神經(jīng)細胞。讓人吃驚的是,這種神奇的小分子RNA還可控制心臟多種病理發(fā)生。
殺死癌細胞的細菌可人造
美國加州大學研究者最近設(shè)計了一種可以侵入并殺死癌細胞的細菌,他們向細菌中引入了多條基因線路,使得細菌可以探測外界的環(huán)境,當細菌遇到腫瘤細胞時,將表達透明質(zhì)酸酶,從而殺死癌細胞。據(jù)介紹,這種技術(shù)叫合成生物學。利用合成生物學原理,還可以設(shè)計出用于降解毒性廢物、垃圾和產(chǎn)生生物燃料的未來細菌。未來,合成生物學可以讓新的生命體在實驗室里“被創(chuàng)造”,而不是一定要通過進化來完成。利用這種技術(shù),可以設(shè)計出微生物計算機,解決一些電子計算機不能完成的問題;在微生物植入光敏感系統(tǒng),還可以使微生物可以具有類似“底片”的成像功能。
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(觀眾參觀“科技前沿”主題展)
(俄羅斯科學家研制的醫(yī)藥領(lǐng)域生物芯片)
(“科技前沿”主題展現(xiàn)場)