2017年十大新兴科技

作者:编译/《中国民商》记者 李雨蒙

2017年十大新兴科技

“神经分路”治愈瘫痪

早在10多年前,西储大学的Robert Kirsch 博士就开始研究让瘫痪患者恢复运动能力的方法。去年,神经学家Gregoire Courtine教授领导的研究团队在瘫痪猴子的大脑中植入了一个图钉大小的电极阵列,用于感应大脑中知道腿部运动的神经元活动。随后,他们利用无线发射器将这些信号传递到一件为猴子特制的夹克上,当猴子发出想要行走的信号时,就会触发脊髓中的预编程序,使猴子重新行走起来。2017年,科学家们利用类似原理,打造了一系列的“神经分路”,将大脑与四肢重新连接起来。比如Bolu Ajiboye博士和研究团队就成功在患者大脑的运动皮层植入了两个硅电极阵列,通过露骨的金属端口导出,连接到翻译信号的计算机。当患者脑部发出信号到电极上时,就会引起不同程度的肌肉收缩,实现手掌的开合,抬起手臂,然后握住杯子把水送到嘴边。

 

液态活检成无创癌症筛查利器

液态活检是一种可以在血液样本中发现癌症迹象的技术,其主要检测物包括循环肿瘤DNA (ctDNA)、循环RNA等等。利用液体活检技术,临床医生可以在影像学技术还未发现病灶时,就在外周血中检测到肿瘤细胞或相关遗传物质,提前预支癌症。

 

从干燥空气中提取饮用水

2017年,《科学》杂志发表一项研究成果,美国麻省理工学院的Evelyn Wang 教授和加州伯克利分校的Omar Yaghi 教授等人将一种多孔金属有机骨架(MOF-801)负载于薄铜板上,所得的装置仅依靠太阳能就可以从空气中获得水。即使在空气湿度很低的时候,这种神奇的太阳能“饮水机”仍能正常工作。实验证明,在自然阳光下每公斤MOF-801每天能从湿度为20%的空气中汲取约2.8升的水,无需提供额外的能量。Evelyn 和Omar教授等人将蒸汽源引入环境中,水蒸气通过扩散吸附在MOF-801材料表面,吸附饱和后撤除蒸汽源,并接入太阳能模拟装置,此时该材料中析出水分,通过冷凝装置加以收集。随后对材料的孔隙率和厚度等进行优化,最终实现了在太阳能作用下连续24小时进行水分收集。

 

卷积神经网络(CNN)的图像识别优于人类

卷积神经网络是一种前馈神经网络,它的人工神经元可以相应一部分覆盖范围内的周围单元,对于大型图像的处理有突出的表现。不同于传统神经网络,CNN系统深度学习具备许多功能,通过识别行人,制造安全性交稿的自动驾驶系统。还能够广泛应用于农作物检测,医学、保险等多个领域。

 

人造树叶

哈佛大学Daniel Nocrea教授联手生物学教授Pamela Silver, 研究出“二代仿生叶子”,远超光合作用的效率,首次被用于制造液态燃料。二代仿生叶子采用水培技术,吸收太阳能之后,可以将水分子分解成氢气和氧气,其中的氢气能够在工程菌的作用下产生液体燃料,也可用于发电。新一代仿生树叶的功效远超于以往的产品,主要是因为产生氢气所用的全新的钴磷合金催化剂,能够避免以往生成活性氧破坏工程菌的DNA的情况,从而大大提高光合作用的效率。据测试结果表明,这种新催化剂能以10%的效率将太阳能转化为生物能,是自然界植物效率的10倍。

 

抵御疾病的基因疫苗

基因(DNA)疫苗是利用基因重组技术直接将编码某种外源蛋白的目的DNA导入宿主体内,使其在体细胞内表达,从而达到免疫治疗的作用。2017年Wistar研究所和Inovio制药公司的研究小组使用分子技术研发出一种针对重要靶标癌抗原增加免疫应答的DNA疫苗,利用人体的自然防御系统改善癌症免疫疗法。过去的一些肿瘤抗原疫苗一直未能达到很好的疗效,主要因为疫苗的免疫原性查。癌细胞的抗原被认为是自身抗原。而Wistar的此次疫苗中,使用修饰过的DNA序列,将WT1标记为对宿主免疫系统的外来物,从而使免疫耐受得以解除。

 

软体机器人

未来几年内,机器人将发展人类般的柔软度。2017年,世界首款全然体机器人Octobot章鱼机器人诞生,它可以爬、游泳等活动并与外界互动。相比传统刚性机器人,软体机器人可以更好地与人类和自然界进行交互,比如将软体机器人与可穿戴设备结合帮助特殊人群完成生理活动,更好地服务于未来的人机交互、医疗康复等领域。

脸部识别支付

2017年,Iphone X的发布带火了脸部识别的话题。其实,早在苹果之前,许多国家和公司已经开始应用人脸识别技术。人脸识别是图像识别技术成熟的标志,是弱人工向强人工智能转化的信号。我们完全有理由相信,未来的“刷脸”技术会出现在智能门锁、智能家庭物联网等等地方,带给我们更加智能的生活。

 

自动驾驶卡车比想象中更近

近日,特斯拉公司发布了自动驾驶半挂卡车,引起业内广泛关注。卡车驾驶一般都是长途运输,司机需要长时间注意力集中,十分疲劳而且孤独,交通事故率很高。而自动驾驶卡车对卡车司机将是一种解放。据统计,每年约有4000名美国人死于与卡车有关的事故。因此,随着自动驾驶卡车的加速商业化,更加智能且安全的驾驶将比人类司机更加靠谱。

 

人类细胞图谱

2016年9月,脸书创始人马克·扎克伯格和妻子普里希拉·陈宣布成立基金会 Chan Zuckerberg Initiative (CZI), 将在未来10年内投入30亿美元巨额资金资助科学家,推动“人类细胞图谱计划”(Human Cell Atlas Project)这是一项大型国际合作项目,旨在构建一个全面的细胞图谱,全面揭示人体是由什么组成的,为科学家提供生物学模型,加速药物的开发,对于疾病的诊断和治疗将是革命性的改变。2017年10月,人类细胞图谱首批拟资助的38个项目正式公布,初步估计,人类至少有37.2万亿细胞,HCA的影响包括,比如与现有的“艾伦脑图谱”相辅相成,完整建立大脑与神经系统所有类型和亚型细胞目录;与人类免疫学基因组计划合作,扩展到人类整个“免疫系统”等等。

编译自《科学美国人》《麻省理工科技评论》

(责任编辑 姜懿翀)

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