聞所未聞的十大新穎技術(shù) 發(fā)展速度超出想像(轉載)
聞所未聞的十大新穎技術(shù) 發(fā)展速度超出想像
[發(fā)布時(shí)間:20061109]
021yin.com /news2/produ/htm2006/20061108_221595.shtml 中國科學(xué)技術(shù)信息研究所加工整理]
計世網(wǎng)2006年11月9日訊 混亂計算、納米晶體顯示、多點(diǎn)觸摸屏、細菌照相、硅制大腦。。。信息技術(shù)的發(fā)展速度和廣度遠遠超出了一般人的想像，而這些大多數人聞所未聞的技術(shù)很可能在數年內就會(huì )實(shí)現廣泛普及。
一、可延展硅
這些年來(lái)，我們已經(jīng)用硅實(shí)現了許多神奇功能，不過(guò)我們還是無(wú)法解決這種材料的一個(gè)問(wèn)題：硅堅硬而易碎。硅是用來(lái)構建電子器件的理想材料，但如果你想把它穿在身上，那很糟糕。
許多人會(huì )得益于可穿在身上的電子器件。譬如，要是直接把警告傳感器做到外科醫生戴的乳膠手套里面，他們做手術(shù)時(shí)可以提高敏感度，還可以縮短反應時(shí)間。因而可以開(kāi)發(fā)出各種挽救生命的健康狀況監視器。
幸好不用等太長(cháng)的時(shí)間：伊利諾斯大學(xué)厄巴納－尚佩恩分校的研究人們正在研究可讓硅延展的一項技術(shù)。該學(xué)校材料科學(xué)和工程系的教授John Rogers說(shuō)，秘訣在于使用非常非常薄的硅――準確地說(shuō)只有100納米細，即人類(lèi)頭發(fā)千分之一粗細的硅。
為了得到這么薄的硅，Rogers及其小組先用傳統方法：使用標準的處理方法在硅片上做了一只晶體管。接下來(lái)的一步具有突破性意義：一種特殊的蝕刻技術(shù)切下了一層硅，它非常薄，不過(guò)含有整個(gè)晶體管。然后把它放到一塊平整、事先經(jīng)過(guò)延展處理的橡膠上。Rogers說(shuō)："基本上用橡膠取代了硅片底層。"一旦讓它們相互接觸，硅就會(huì )與橡膠黏合在一起。這時(shí)候，只要讓橡膠彈回來(lái)，就可以釋放其內部的壓力。如今黏合在一起的橡膠和硅片受壓后會(huì )形成波，形狀類(lèi)似手風(fēng)琴形成的波。他說(shuō)："一旦硅裝置有了這種結構，你就可以來(lái)回延展了。"
Rogers說(shuō)，他開(kāi)發(fā)出來(lái)的原型裝置：晶體管和二極管其工作特性與普通硅做成的同類(lèi)裝置一樣好。他希望不久后能研制出可沿著(zhù)飛機機翼邊緣彎曲的柔性傳感器以及低成本的身份識別標簽。可延展硅不僅可以用于可穿戴的電子器件，還可以用于能卷起來(lái)、外觀(guān)和感覺(jué)都像紙的柔性顯示器。
確實(shí)還有一段路要走。這項技術(shù)仍處于初期階段，Rogers及其小組研究可延展硅才只有一年半的時(shí)間。不過(guò)取得的成果讓人非?？春茫喝ツ晁麄兂闪⒘薖rintable Silicon Technologies公司，旨在進(jìn)一步從事研究開(kāi)發(fā)，調查商業(yè)應用可行性以及把這項技術(shù)投入生產(chǎn)的諸多方法。Rogers說(shuō)，最終產(chǎn)品"還要過(guò)幾年之后才能問(wèn)世。"
二、混亂計算
"混亂"這個(gè)詞往往讓人聯(lián)想到負面意思――人人唯恐避之不及的一種無(wú)序局面。但如果William Ditto是對的話(huà)――美國海軍和私人投資者都認定他是對的，那么這個(gè)詞很快會(huì )有一層新的含義。
Ditto是佛羅里達大學(xué)生物醫學(xué)工程系主任，他正在研究混亂原則，希望研制出完全創(chuàng )新的計算機芯片，比傳統芯片更快速、更廉價(jià)、更靈活。
Ditto的芯片好比是微電子形式的干細胞：這個(gè)裝置能夠獲得各種不同功能。而混亂芯片更進(jìn)了一步：它能夠不斷變形。這對計算機設計而言具有重大意義。在傳統芯片中，名為邏輯門(mén)的基本元件通過(guò)物理連接，執行某一項特定任務(wù)。而在混合芯片中，每個(gè)邏輯門(mén)都可以動(dòng)態(tài)變換，從而執行各項功能。
這意味著(zhù)，計算機的CPU、內存、視頻內存、圖形加速器和數字處理單元等部件將再也不需要成本高昂的獨立芯片。相反，一塊芯片就可以不斷變換，滿(mǎn)足軟件在特定時(shí)候需要的任何功能。
Ditto說(shuō)："計算機界的一個(gè)夢(mèng)寐以求的目標就是，讓軟件能夠動(dòng)態(tài)改變硬件。如果你在使用Photoshop，兩秒鐘內需要大量?jì)却?，那么你可以重新配置芯片，以便提供大量?jì)却?。如果你需要進(jìn)行大量運算，又不需要同樣多的內存，可以讓芯片重新變成CPU。如果你在玩游戲，芯片又會(huì )重新配置成圖形引擎芯片。"
讓這種功能強大的變形成為可能的正是由于Ditto能夠利用混亂的功效。事實(shí)證明，計算機電路里面同樣存在混亂。混亂系統實(shí)際上組織性非常強，只是不規則而已。混亂邏輯門(mén)可以在短時(shí)間內獨立生成大量不同的邏輯功能。因為混亂系統對周?chē)h(huán)境的細小變化極為敏感（所謂的蝴蝶效應），Ditto只要為邏輯門(mén)施加一定的電壓，就能獲得所需功能。
如果一切進(jìn)展順利，我們會(huì )在不久的將來(lái)看到混亂計算的成果。Ditto最近組建了一家公司ChaoLogix開(kāi)發(fā)這項技術(shù)，他預計明年1月就能準備好演示芯片。
三、虛幻遠程呈現
你有沒(méi)有想過(guò)自己能同時(shí)出現在兩個(gè)地方？十年后，你也許能做到。加州大學(xué)圣迭戈分校電信和信息技術(shù)研究所（Calit2）的研究人員正在使用超高分辨率的投影儀、墻面大小的屏幕以及超高速互聯(lián)網(wǎng)連接，傳輸幾乎能夠以假亂真的圖像和聲音。在將來(lái)，這也許能夠實(shí)現真正的"遠程呈現"（telepresence）：一個(gè)人出現在某個(gè)地方、實(shí)際上人卻在另一個(gè)地方的一種錯覺(jué)。
遠程呈現所用的技術(shù)主要是超高帶寬的互聯(lián)網(wǎng)連接。Calit2實(shí)驗室配備了速率為1Gbps到10Gbps的鏈路――這比如今家里的互聯(lián)網(wǎng)快500倍到5000倍。有了這么高的速率，真正的高清晰度內容能夠以實(shí)物大小來(lái)傳輸。
Calit2的主任Larry Smarr說(shuō)："目前階段，遠程呈現成為了可能。如果與真人一般大小，你無(wú)法分辨出在你面前的人是真人還是圖像。"
但不過(guò)投影圖像樣子是多么地逼真，人們總是有辦法辨別出它不是真實(shí)的。所以，Calit2正與一組心理學(xué)家、人類(lèi)學(xué)家和多媒體專(zhuān)家，共同研究認知的心理層面。實(shí)驗室也在使用這項技術(shù)與地處偏遠的大學(xué)進(jìn)行學(xué)術(shù)合作；并且嘗試在醫學(xué)方面的應用，譬如把大腦圖像展示在全國各地的專(zhuān)家面前。
遠程呈現技術(shù)仍處于初期階段，不過(guò)比較新的消費類(lèi)計算機已經(jīng)能支持1Gbps的互聯(lián)網(wǎng)速率。Smarr預測，互聯(lián)網(wǎng)提供商最快在十年內有望把1Gbps鏈路引入到家庭和公司。設想一下：要是你不但能聽(tīng)到遠在千里之外的同事的聲音，還能看到他們如同就在眼前的圖像，這豈不是可以大大改進(jìn)遠程辦公會(huì )議嗎？
最終會(huì )應用于哪些領(lǐng)域呢？Smarr說(shuō)："設想一下，你去建材商店買(mǎi)來(lái)一卷一百兆像素的墻紙。你在客廳舉辦生日聚會(huì )時(shí)，只要與家人連線(xiàn)，他們就可以通過(guò)投影在墻紙上的圖像加入到聚會(huì )。"
四、納米晶體顯示器
納米晶體是一種微小的材料，可以發(fā)出五顏六色的光，它即將為大屏幕電視機到便攜式電子產(chǎn)品等各種設備的制造和效率帶來(lái)全面變化。微小晶體采用無(wú)機材料，可以發(fā)出不同顏色的光，包括紅、綠和藍。納米晶體可以組合成像素，然后通過(guò)光學(xué)原理生成顏色齊全的圖像。
與有機發(fā)光二極管（OLED）顯示器一樣，納米晶體顯示器提供了比液晶顯示器技術(shù)更高的顏色準確度和更廣泛的視角。不過(guò)其最大的優(yōu)點(diǎn)之一在于制造成本低。Larry Bock是硅谷率先研制納米晶體顯示器的納米技術(shù)公司Nanosys的執行 ，他說(shuō)，如果使用納米技術(shù)，"制造直徑為1納米的納米結構與制造直徑為100納米的納米結構相比成本一樣低，因為都采用了按照一個(gè)個(gè)原子來(lái)構造結構的工藝。"
在顯示器表面上分布納米粒子的工藝原理類(lèi)似噴墨打印，可以避免當前這代顯示器生產(chǎn)所需的成本昂貴的諸多步驟。相比之下，在傳統的顯示器制造工藝中，縮小零部件尺寸通常需要更高成本。
Nanosys正在設法讓納米晶體本身可以按邏輯方式排列，并且在研究讓納米晶體可以轉移液體的方法。乍一看，這后一個(gè)概念似乎沒(méi)什么大不了，但有了它，就用不著(zhù)汽車(chē)擋風(fēng)玻璃的自動(dòng)清洗器，這僅僅是其中一項功能。在最近一次全部由技術(shù)領(lǐng)導人出席的"展望未來(lái)"會(huì )議上，Bock演示了液體從一塊塑料表面上彈下來(lái)的試驗，這就是因為塑料表面上使用了納米結構。
Nanosys的技術(shù)將來(lái)還有可能應用于醫學(xué)、太陽(yáng)電池和柔性顯示器等領(lǐng)域。Bock說(shuō)："納米晶體讓我們可以研制出成本很低的太陽(yáng)電池，生成每瓦特能量，成本不到一美元，這與礦物燃料有得一拼。"
至于應用于醫學(xué)領(lǐng)域，可以沿著(zhù)假肢表面對納米結構進(jìn)行排列，"以便只有骨細胞可以在用于矯形的植入體里面生長(cháng)，其他類(lèi)型的細胞不能生成。"表面一帶納米結構的構造不利于其他種類(lèi)的細胞的生長(cháng)，卻有利于骨細胞的生長(cháng)。
預計納米技術(shù)會(huì )在將來(lái)徹底改變許多行業(yè)，但顯示器只是首批應用領(lǐng)域之一。N(xiāo)anosys一直忙于為這項技術(shù)申請專(zhuān)利，并且與夏普公司簽署了開(kāi)發(fā)將來(lái)顯示器的長(cháng)期協(xié)議。
五、多點(diǎn)觸摸屏
從某種意義上來(lái)說(shuō)，使用計算機就好比試圖與十幾歲的孩子進(jìn)行溝通：我們與對方交流的方式很有效，常用的不外乎鍵盤(pán)、鼠標和觸摸屏。雖然最近觸摸屏大行其道：用于從自動(dòng)取款機、個(gè)人數字助理到任天堂游戲機的各種設備上，但它也有一個(gè)局限性：在任何特定的時(shí)間，只能處理一個(gè)地方的一個(gè)觸點(diǎn)。
自上世紀80年代以來(lái)，工程師們就一直在設法研制能夠同時(shí)響應多個(gè)輸入的一種系統。但直到最近，惟一切實(shí)可行的解決方案（在設備表面上添加可獨立響應的大量觸摸傳感器）也不太盡如人意。紐約大學(xué)的咨詢(xún)研究科學(xué)家Jeff Han說(shuō)："必須每個(gè)地方都要放傳感器，這樣一來(lái)，成本高昂，還需要復雜的布線(xiàn)。"
Han現在有了比較好的辦法。他與紐約大學(xué)的研究生Philip Davidson一起研制出了光學(xué)技術(shù)，可以讓多觸點(diǎn)界面的研制變得更容易。他先向一塊表面平整的玻璃射入光線(xiàn)。大部分光被捕捉起來(lái)，但光碰到玻璃后，有些光會(huì )漏出來(lái)。玻璃下面的攝像機芯片可以監測到光在何處漏出來(lái)，并且顯示出光碰到玻璃的所有地方。
Han說(shuō)，這將大大豐富我們與個(gè)人電腦的交互方式。"你就可以用一個(gè)指頭在屏幕上移動(dòng)圖像、另一個(gè)指頭放大圖像，還有一個(gè)指頭轉動(dòng)圖像――這一切可以同時(shí)進(jìn)行。"
六、透明晶體管
透明晶體管的發(fā)明到底是否具有重要意義？幾位研究人員認為，它有望改變全世界。俄勒岡州立大學(xué)的電子工程師John Wager已經(jīng)制造出了第一只透明晶體管，惠普公司已購買(mǎi)了這項技術(shù)的許可權。
不斷發(fā)展的透明集成電路可能會(huì )讓視頻幾乎無(wú)處不在；到目前為止，你只有在好萊塢電影中才能看到這一幕。在影片《少數派報告》中，發(fā)給某個(gè)人的信息神奇般地顯示在房間的墻壁上。
然而，這種虛構的視覺(jué)效果只是透明電路和電子元件所能實(shí)現的一種潛在應用；如果能夠識別我們及每個(gè)人喜好的傳感器出現在電子裝置、甚至衣服里面，更可能會(huì )付諸現實(shí)。
另一種應用就是汽車(chē)擋風(fēng)玻璃上彈出顯示：譬如說(shuō)，它可以顯示信息，表明前方發(fā)生了事故。單單這項應用就可以大幅減少公路交通的人員傷亡。
Wager指出，汽車(chē)上的改進(jìn)"要求非常高"，它不會(huì )成為第一批商業(yè)應用領(lǐng)域。不過(guò)，他認為透明電路大有潛力。他說(shuō)："你在這方面想得越深入，就會(huì )發(fā)現前景越廣闊。"
廣告、醫療設備、移動(dòng)電話(huà)和玩具是第一批采用這項技術(shù)的領(lǐng)域。這項技術(shù)的缺點(diǎn)是可能會(huì )帶來(lái)煩人的應用，譬如泛濫成災的彈出式廣告。說(shuō)到我們迎接未來(lái)科技帶來(lái)的震撼，好壞都得接受。
七、硅制大腦
喜歡看恐怖電影的人要注意了：有人正在研究為人類(lèi)大腦的工作機理研制模型的方法。IBM公司正與瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)（EPFL）的科學(xué)家們共同研制人類(lèi)大腦的第一個(gè)基于計算機的完整模型。
研究人員使用IBM公司的世界上運行速度最快的超級計算機："藍色基因"，一直在探究由軟件驅動(dòng)的大腦皮層。作為大腦的一部分，皮層是哺乳動(dòng)物所特有的，它負責處理我們人類(lèi)的大部分認知功能。
項目負責人Henry Markram是EPFL的教授，他稱(chēng)這個(gè)名為"藍腦工程"的計劃是"迄今為止人類(lèi)在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域開(kāi)展的最野心勃勃的研究計劃之一。"科學(xué)家們希望，一旦整個(gè)大腦的工作模型研制完畢，它可以讓我們知道人類(lèi)的思維、記憶和感知是如何進(jìn)行的。
大腦模型還可以為將來(lái)的機器人和人工智能系統添加像人類(lèi)那樣的反應和機能提供范例。
與此同時(shí)，歐洲的研究人員已研制出了可以結合大腦細胞和微處理器的神經(jīng)芯片。科學(xué)家們把16000個(gè)晶體管和數百個(gè)電容器放在一塊小小的芯片上，然后在上面粘上神經(jīng)細胞，以便它們可以把電信號傳遞給芯片。他們希望，這項技術(shù)能夠為神經(jīng)功能有障礙的人帶來(lái)假體裝置，并且帶來(lái)能夠像人那樣執行任務(wù)的有機計算機。
八、細菌照相
這幾年，傳統膠卷的日子不好過(guò)，風(fēng)頭全被數字照相搶去了――如今連小小的細菌也能夠捕捉美好瞬間。加州大學(xué)舊金山分校的研究人員使用經(jīng)過(guò)基因改造的大腸桿菌（導致腹瀉的細菌），開(kāi)發(fā)出了生物光傳感器。這種裝置拍攝的圖像需要幾個(gè)小時(shí)才能形成，而且只有單色；不過(guò)細菌極小的尺寸卻可以獲得極高的分辨率，大約是每平方英寸100兆像素――相當于如今最高分辨率的十倍。
相片也許并不漂亮，但這項技術(shù)及其具有的意義卻相當吸引人。這是因為，光傳感器僅僅是個(gè)開(kāi)端。領(lǐng)導這個(gè)研究小組的藥物化學(xué)系助教Christopher Voigt設想：到時(shí)能有一整工具箱采用基因工程技術(shù)的傳感器，你可以通過(guò)混合搭配來(lái)制造東西：細菌照相機、能夠生成能源的微生物；或者是能找到腫瘤、附在上面、然后釋放藥物的細菌。
Voigt說(shuō)："我們進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代，我們已對基因組進(jìn)行了測序，細胞的運動(dòng)、進(jìn)食及交流等生命機理都如同計算機程序那樣得到了解讀。"最終，可以像對機器人進(jìn)行編程那樣對細胞進(jìn)行編程。Voigt研制光傳感器的辦法是，加入海藻基因，通過(guò)編碼把感光蛋白質(zhì)編入大腸桿菌中，而大腸桿菌的DNA很容易操縱。光激活蛋白質(zhì)后，色素會(huì )變暗。如果把足夠數量的細菌聚在一起，就能得到類(lèi)似照片的圖像。最終，其他蛋白質(zhì)的其他基因可以開(kāi)啟及關(guān)閉，就像納米工廠(chǎng)組裝復合材料那樣。
九、氚電池
電池技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展后，移動(dòng)裝置上使用的許多電池還是一天不到就沒(méi)電了。目前幾個(gè)重要項目正在進(jìn)行當中，旨在解決這個(gè)惱人的問(wèn)題。不過(guò)意義最深遠的其中一項能源技術(shù)就是幾乎永遠不需要充電的電池。這種小電池名為BetaBattery，可以常年持續不斷地提供電能。
眼下，這項技術(shù)僅適用于非傳統應用，譬如用于監控交通及通信衛星的傳感器網(wǎng)絡(luò )，并不適用于消費類(lèi)電子產(chǎn)品。BetaBatt公司的研究人員Larry Gadeken說(shuō)："這種電池最先將應用于長(cháng)時(shí)間供電至關(guān)重要的遠地或者難以進(jìn)入的傳感器及裝置。"這家總部設在休斯敦的公司率先開(kāi)發(fā)了這項技術(shù)，得到了美國科學(xué)基金會(huì )的資助及幾所大學(xué)的幫助。
BetaBattery不是靠光學(xué)反應來(lái)供電，而是靠氫的同位素氚發(fā)生衰變釋放出來(lái)的能量。不斷釋放出來(lái)的電子正是BetaBattery始終有電的關(guān)鍵。氚的半衰期是12.3年，所以12.3年后，它釋放的能量將是原來(lái)的一半。40年，釋放的能量只有原來(lái)的十分之一。這種使用壽命比傳統電池長(cháng)得多。
BetaBatt還在設計能夠承受高溫低冷的電池外殼，那樣這種電池就可以在極為惡劣的環(huán)境（甚至在太空）下為傳感器和電氣設備提供動(dòng)力。如今我們都需要可以讓筆記本電腦和移動(dòng)電話(huà)使用多年的電池。
十、會(huì )傳染的時(shí)裝
麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗室的研究人員正在開(kāi)發(fā)時(shí)裝配件，上面的圖案和款式可以根據穿著(zhù)者的情緒來(lái)改變；而且時(shí)裝印花可以實(shí)現無(wú)線(xiàn)共享。媒體實(shí)驗室的這個(gè)研究項目名為urbanhermes，旨在從網(wǎng)絡(luò )界獲得靈感，然后運用到時(shí)裝界。
其設計思想是，使用集成了OLED技術(shù)的服裝可顯示數字圖像和款式，穿著(zhù)者可以隨心所欲地更換圖案和款式。項目主管Judith Donath說(shuō)，T恤衫可以在某一天是純藍色的，第二天變成是條紋狀的。然后，這些數字圖案可通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳送給別人身上所穿的衣服，從而形成一種"會(huì )傳染的時(shí)裝"。
每件衣服里面還會(huì )有用戶(hù)許可設定裝置，以便允許或者禁止傳輸這種信息。改變襯衫或者褲子上顯示的圖案，好比向身邊的人跟隨時(shí)尚或者訂閱設計師的作品那樣簡(jiǎn)單。
雖然服裝里面集成OLED不是什么新想法，但麻省理工學(xué)院采用的病毒式傳輸方法卻很新穎。概念證明包括編入到單肩背包里面的夏普Z(yǔ)aurus PDA，可透過(guò)清晰的塑料窗口看見(jiàn)屏幕上的內容。該裝置使用藍牙和紅外線(xiàn)技術(shù)來(lái)檢測位置、傳輸數據。這談不上是尖端時(shí)尚，卻絕對是尖端科技。