《麻省理工科技评论》:2018年 “你不知道的十大发明”

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在过去的2018年,《麻省理工科技评论》APP持续报道了许多新兴技术,其中很多已经落地生根,影响到了我们的生活。比如计算机视觉和自然语言处理的NLP。但还有很多技术仍然在实验室中,进行着更伟大的发展。它们极具潜力并让人着迷。下面是一份你并不熟悉的发明榜单,让我们一起来一场有趣的科技冒险。

 

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一、可食用电子产品

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纹身贴这种让人一秒变酷,还可以随时后悔的玩具,大家都应该很熟悉了吧。这种我们拿来玩的玩具,却赋予了研究人员灵感。他们将有机电子元件印刷到转印纸上,然后再将电路转移到吃的东西上,成功制造出了“可食用的电路”。

不用担心,这种技术使用的皆为无毒无害材料,比如(毫克量级的)银离子、P3HT、和聚苯乙烯等。不但不会把你给毒死,甚至可以被消化。这意味着随着时间的推移,组件不太可能在你体内积聚。

 

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(来源:由研究人员提供)

这些电路可以监控水果的成熟度,或其他易腐产品在整个产品周期内的安全性。 它们还可以在特定情况下,在体内进行可控制的药物释放,或在肠胃里进行各种检测。

当然,研究人员还有许多工作要做,尤其是可以为这些电路提供电力的可食用电池,以及进行临床试验来确保无害。但总而言之,食用电子产品的未来看起来非常美好。

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二、 人工神经突触

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美国国家标准与技术研究院的研究人员们发明了一种新的磁控电子突触。与人脑中的突触相比,这种用于建立人工神经网络系统的电子突触要快上几百万倍,并只需千分之一的能量

 

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电子突触可以将多个信号收集、合并后发射电子脉冲。这种特质意味着它有可能替代常规处理器中的晶体管。 

 

将大量的电子突触组装起来,就是一种类似人类大脑的神经形态芯片。可以以更高的效率,更低的能耗来运行现代AI的基础:人工神经网络。

 

只要克服一些技术障碍,这种电路就可以帮助构建未来的低功耗AI芯片。

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三、抗衰老药物

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药物巨头诺华公司,针对叫TORC1衰老相关通路,开发出了一种mTOR抑制剂的药物。他们在动物测试中发现,当这个途径被抑制后,所有被研究的物种(包括老鼠和蠕虫)都延长了寿命。

 

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而在对65岁以上的人进行临床实验后,服用这些药物的老年人患感冒或支气管感染的数量降低了约40%。意味着这款药物似乎可以提高老年人的免疫功能,间接延长他们的寿命

 

除此之外,另一项抗衰老方面的实验在研究一种叫Senolytics的药物。这种药物可以消除导致身体老化的衰老细胞(senescent cells)。

 

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四、电动“离子推进”飞机

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(来源:麻省理工学院)

这种飞机不靠螺旋桨带动飞行,而是利用电空气动力推进:使用高压电场产生带电空气分子,然后让它们碰撞而成的“离子风”提供飞行所需的推力

 

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这款飞机的发明者是麻省理工学院航空航天副教授史蒂文·巴雷特。他表示说:这是史上第一架推进系统中没有任何活动部件的飞机,将为飞机带来新的可能性,未来的飞机会更安静,机械设计更简单,并且不会排放燃烧物。”

 

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他预计,在短期内,这种离子风推进系统可用于飞行较少的无人机。但在更进一步的发展中,巴雷特设想离子推进系统将会和传统的燃烧系统相配合,以打造更省油的混合客机和其他大型飞机。

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五、基于DNA计算的可编程药片

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DNA计算,是一种基于DNA链置换反应用一段单链DNA替代另一段双链DNA其中的一条碱基链的反应)的分子计算技术。

 

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目前,已有完善的工具能够在各种量级下,实现对这个反应的精确控制,包括速率和可逆性。这则意味着我们可以实现开关类行为——反应要么是开启的状态(0)或者关闭的状态(1),并可以同时结合多个不同的开关,来实现逻辑运算。这就是计算机的基础。

 

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因此,我们已经可以实现在DNA中进行所有种类的计算性任务。研究人员已展示出了链置换反应改如何进行复杂的计算,甚至可以模仿深度学习神经网络的行为。

 

利用这个技术,研究人员发明了一种DNA电路,意图实现“药物编程”

 

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我们知道,活细胞会利用复杂的信号系统来感知周围的环境,并在细胞内部传递这些信息,或将其传递给周围的细胞。这个DNA电路则可以解码细胞那复杂的化学脉冲信号。如果药物能携带这种电路,那它们就可以直达感染患处,并只有在探测到正确信号时,才释放药剂载荷。

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六、群体脑对脑交流

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在2015年,有一支研究团队成功制造出了一款脑对脑交流设备。而在2018年,这个团队又成功地将这个设备扩充到可以让3人进行脑对脑交流。

 

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图丨华盛顿大学的研究人员 Rajesh Rao(左)和Andrew Stocco(右)曾经演示过“脑脑接口”实验 (华盛顿大学)

他们这款脑对脑接口(brain-to-brain interface, BBI)合作系统,通过脑电图(EEG)和经颅磁刺激(TMS)结合工作,使三名受试者在彼此没有对话的情况下,通过分享意念,成功合作完成俄罗斯方块的游戏,平均准确率高达 81.25%,且整个受试过程是无侵入性无损伤的。

 

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图 | 实验设计示意图(来源:由研究人员提供)  

他们的研究为更广阔的群体直接进行脑对脑,也就是“脑联网”交流铺平了道路。

 

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七、Wi-Fi透视术

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我们的世界充满了Wi-Fi的无线电波我们的家里、办公室里、周围的商场里、甚至越来越多地城市街道上都有Wi-Fi。21世纪的人们沉浸在一个充满 2.4 和 5 GHz无线电波的环境场之中。

 

假如我们可以用Wi-Fi的角度去观察世界,门和墙都会变透明,而几乎每座房子和办公楼都会从内部被一个明亮的灯泡,也就是Wi-Fi发射器照亮。

 

但是,人们的移动会导致电波的反射与折射,从而扭曲这个场。而这种扭曲移动的路线,在Wi-Fi的视角下清晰可见。即便其他细节(比如身材)可能很模糊,这个Wi-Fi视角无疑可以清晰显露出墙后面是否有人,进而知道此人是否在移动。

 

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在这种情况下,研究人员发明出了一种技术。只用一款普通的智能手机,就能够追踪到墙后面的人。

 

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八、 通过卫星进行安全的量子通信

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在2016年8月16日北京时间凌晨1点40分,全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”在中国酒泉卫星发射中心成功发射,卫星由长征二号丁运载火箭送入太空,飞行了约十一分半后与火箭分离,顺利进入了太阳同步轨道。

 

本颗量子实验卫星携带着四大任务:星地高速量子密钥分发的实验;广域量子通信网络实验任务;星地双向纠缠分发的实验;空间尺度量子隐形传态的实验,目标建立星地量子信道。

而在2018年中国和奥地利之间的一次视频会议中,就使用了防破解的量子密钥分发技术进行了加密。

 

量子密钥分发技术实现的量子加密通讯,依旧需要将加密好的信息通过传统通信网络发送。但是,解码的密钥则会通过量子通信网络传递。由接收方将两者组合,从而实现信息的安全传输。

 

量子密钥具有很强的安全性,因为密钥在传输过程中处于量子叠加态,如果在这个过程中产生了窃听,那么窃听过程就可能破坏量子原本的状态,从而改变这个量子密钥。而量子的特性意味着窃听者也无法重新产生一个与原来一模一样的量子。

 

因此,只要通讯双方发现所用的密钥无法顺利的对通讯进行解码,就会得知自己被窃听了。所以在一定程度上,以量子密钥分发技术为基础的量子通讯网络,是绝对安全的。这也是中国作为全世界量子通信技术领军者的一种体现。

 

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九、每秒拍百万帧的手机

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现代相机使用的电子像素在记录光线时,会记录16个级别的强度。因此,在一次曝光期间,每个像素可以记录黑与白和之间的14种灰度

但对于许多类型的成像来说,这种程度的细节是不必要的——所需要的只是简单的黑白图像。在这种情况下,额外的灰色细节是多余的。因此,研究人员打上了这些细节的主意,开发出一种数学技巧,可以从单个图像中提取出这些图像,将单个图像分解成多个更短的曝光

 

这个被称之为“虚拟帧”的技术可以把一幅窗帘划过墙壁的照片分解成16幅。意味着即使是iPhone X,使用这种技术也能每秒录制100万帧

 

前提是你不介意只有黑白两色的。

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十、发电靴

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维氏起电机是一款物理教室里常见的机器,用于展示摩擦起电、静电放电等原理。

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图 | 维氏起电机 (来源:麻省理工学院)

 

受到维氏起电机的启发,研究人员发明出了一款微流体版本的维氏起电机,可以从环境中获取能量,并将其转化为可用电力。

 

在这款设备中,沉浸在油中的水银滴会以相反的方向,流过刻在一片PDMS(聚二甲基硅氧烷)塑料中的通道。 这种相反的流动就像传统维氏起电机中的两个反向旋转盘一样。

 

嵌入微流体通道中的电极会在积聚时带走电荷,用于发电。理论上,一个通道宽度仅为300微米的厘米级的电路,依靠以每秒10毫米速度流动的水银滴,可产生大约12微瓦的功率。(现实当然会比理论小)。

 

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图 | 微流体发电机示意图 (来源:由研究人员提供)

为了提供外部动力,研究人员把它嵌入了靴子的后跟上,用隔膜泵驱动。 假设一个人可以以每秒一步的速度行走,一款直径为2厘米的泵,可以驱动250个平行的微流体通道。而这些通道可以产生大约10毫瓦的电力。

别小看10毫瓦这个数字,这足以为当下各种低能耗通信设备和传感器供电。

-Fin-

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