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　　每年，美國《技術評論》雜志都會評選出10項可能會改變未來世界生活的新興技術。在2009年的入選榜單中，像紙基醫療測試技術和可用作私人助理的智能軟件技術，也許在一年內就能進入市場；而生物機器技術和納米壓電技術等要真正進入人們的生活雖然可能還需要較長的一段時間，但它們將給計算機、藥品、通信及制造等領域帶來根本性的轉變；這份榜單中還包括小到快速、廉價、大容量的計算機內存，大到可存儲足夠能量為一個城市供電的電池等技術。以上所有的這些技術，必將在未來的歲月里給人們的生活帶來巨大的影響。

　　1. 智能軟件助理

　　現在，大多數人都將搜索網站設為了自己的互聯網首頁。我們中的許多人已經習慣性地把任務分解成幾個關鍵字，然后“谷歌”或“百度”出自己想要的工具和信息。但美國硅谷一家先創公司思睿（Siri）的創始人亞當•鍥耶爾設想出了一種可使人們與互聯網上現有服務進行互動的新方法，它有一個名字叫“執行引擎”。為什么不叫搜索引擎呢？因為思睿正在開發的這款虛擬個人助理軟件將幫助用戶完成任務，而不僅僅是搜集信息。

　　身為思睿公司負責工程技術副總裁的鍥耶爾表示，這款軟件會對用戶輸入的要求進行思考，因此非常有用和具有靈活性。他說，要想得到一個會執行和推理的系統，首先必須得到一個具有互動和理解能力的系統。

　　思睿系統最早可追溯到一項由美國軍方資助的人工智能項目，該項目稱為“會學習和組織的認知助理”（CALO），由社會資源研究所（SRI）執行。該項目將傳統上相互孤立的方法與人工智能技術相融合，試圖創立一個可提高與用戶互動性的個人助理計劃。時任SRI項目主管的鍥耶爾帶領一支工程師隊伍，設計出了一個用戶版的樣本系統，之后，他在同事的鼓動下，在此基礎上成立了思睿公司，其核心技術得到了SRI的使用許可。

　　在吸取了前人在設計虛擬個人助理軟件方面的失敗教訓后，思睿公司的開發工作愈發謹慎。將于今年推出的初始版本將目標定位于移動用戶，并只能執行特定的功能，如幫助預定餐廳、檢查航班情況或計劃周末活動等。用戶可用鍵盤或語音隨意輸入一個句子，軟件就會從句子的內容中辨識出用戶的意圖。思睿系統與多個在線服務網站相連，這樣就能快速進行交互，完成一些通常必須登錄網站才能完成的小任務。例如，用戶可以要求思睿系統找到一家在城市特定區域的中等價位的中餐館，并預留座位。

　　鍥耶爾說，要把如此復雜的技術嵌入到消費產品中，計算機處理功能的最新進展功不可沒。雖說CALO的許多功能至今仍不能嵌入此類產品中，但隨著手機功能的日益強大、互聯網速度的日益提高，就有可能實現在思睿公司總部對某些進程進行處理，并將結果反饋給用戶，從而使軟件能夠承擔起之前根本無法完成的任務。

　　思睿公司的創始人兼CEO達格•基特勞斯認為，搜索工具在檢索信息方面已做得很好，但它不能隨時隨地地快速滿足用戶的愿望。5年之內，到了人手一個虛擬助理的時候，許多初級的工作就可完全托付給它們來完成。屆時，智能軟件助理將給人們的生活帶來難以置信的體驗，幫助人們更有效地處理生活問題和工作任務。但它終究只是一個工具，而不是人類智慧的競爭對手。   

　　2. 100美元的基因組測序

　　美國一家先創公司——生物納米矩陣（BioNanomatrix）公司正在致力于研究以更廉價、更快速的方式實現被稱為個性化醫療之關鍵的基因組測序技術，他們的目標是在8個小時內以不到100美元的成本完成整個人類基因組測序工作。借助于這種強大的工具，根據病患的不同基因特性進行針對性治療就有了可能。

　　盡管許多專家目前對能以1000美元成本完成全基因組測序都感到懷疑，更別提100美元了，但生物納米矩陣公司相信，在5年時間里，他們定能達成100美元測序的目標。他們如此樂觀不是沒有理由的，因為公司創始人曹晗使用微流體技術及一系列呈分枝狀的窄細通路開發出一個芯片，這個芯片使研究人員首次對單個DNA分子的長鏈實現了分離和成像。

　　如果該公司能取得成功，醫生就能對癌癥病患的腫瘤進行活檢，并對其所有DNA進行測序，然后利用獲得的信息來制定預后和治療方案，而所有這一切的花費比一次胸部X光透視還要低。比方說，如果疾病是肺癌，醫生就可確定腫瘤細胞中的特定基因變異，從而制定出最適合該種變異的化療方案。

　　雙鏈DNA被放置在測試設備中時，會緊緊團成一個球狀，要直接對其分析幾乎不可能的。為了測序哪怕是最小的染色體，研究人員都必須將DNA碎成數百萬個小片段，每一段的長度從100個到1000個堿基對不等。對這些短鏈進行測序工作就容易得多，但這些數據必須得像拼圖一樣重新拼接起來。這個方法既費時又費錢。更嚴重的是，當這個拼圖大得像人類基因組一樣時，問題就來了，因為人類基因組中包含有大約30億對核苷酸。即便使用最優的算法，某些片段還是會被重復計數，而另一些則被完全略過。由此產生的測序結果中也許并不包含與特定疾病最為相關的數據。

　　但曹晗的芯片可整齊地排列這些DNA，這對廉價測序技術來說是至關重要的。該芯片能將脆弱的雙鏈DNA分子解開并拉直至100萬個堿基對長，這是一個研究人員曾經認為不可能完成的壯舉。芯片中的一系列分支通路可輕柔地促使分子在每一個交叉點放松一些，同時也作為一個閘門來幫助其實現均勻分布。一個溫柔的電荷推動它們穿行在芯片內，最終誘導其進入一個不到100納米寬的空間。由于芯片上排列著數萬個這樣的通路，因此整個人類基因組分子在10分鐘之內就可以流經這個芯片。雖然拼接工作是免不了的工序，但拼圖要小得多，所以造成誤差的余地也要少得多。

　　但是，這個芯片只完成了100美元基因組測序挑戰的一半工作：它解開了DNA，但沒有對其進行測序。為了實現測序目標，生物納米矩陣公司正在和硅谷的全基因組（Complete Genomics）公司展開合作，該公司開發出了一種發光熒光標記探針，將其與生物納米矩陣公司的芯片一起使用，這個探針就能實現快如閃電的測序。但是這個探針并不能粘住雙鏈DNA，因此全基因組公司還將需要找到一種辦法，即在不用解開整個分子的情況下打開一小段DNA。

　　對其芯片技術的應用前景，生物納米矩陣公司認為，他們的芯片將成為驅動測序成本降至100美元的必不可少的關鍵組成部分。

　　無論生物納米矩陣公司是否能達成其8小時內花100美元完成基因測序的目標，其技術在醫學上仍可發揮重要作用。由于這個芯片能處理長DNA片段，這些分子仍保留有基因位置的信息，因此能用來快速識別引起流行病暴發的新的病毒或細菌，或是找到與特定疾病相關的新基因。加拿大溫哥華總醫院前列腺中心的科林•柯林斯說，隨著研究人員對與疾病相關的基因變異了解得更多，這個芯片就能用于組織活檢，或是只對那些帶有與疾病相關變異的基因進行測序。柯林斯已準備在他的實驗室中使用生物納米矩陣公司的芯片。   

　　3. 賽道內存

　　賽道內存是IBM的磁性材料專家斯圖爾特•帕金開發出的一種存儲信息的全新方法。這個全新的內存芯片擁有磁盤驅動器的巨大容量，又具備閃存的耐用性，而且速度比兩者都要快。

　　無論是磁盤驅動器還是現有的固態存儲技術基本上都是二維的，依賴于一個單層的磁位或晶體管。但這兩種技術的發展都已超過了50年的時間，設備規模越來越小，其大小在今后幾十年將到達其極限。而賽道內存與任何以前的內存都大不相同，因為它是三維的。其關鍵在于一個U型磁納米線陣列，像森林中的樹木一樣被垂直安放。納米線具有一些帶有不同磁極化的域，根據任何一邊的磁域極化，這些磁域間的邊界就代表了“1”和“0”。當一個自旋極化電流通過納米線時，整個磁象被有效地沿線推動，這就像一輛汽車沿著賽道加速前進。在U型的底部，磁域邊界就會遭遇一對可讀取和寫入數據的微小裝置。

　　這個簡單的設計可將其他內存技術的最佳特性結合起來，同時避免了其弊端。由于賽道內存將數據存儲在垂直納米線中，因此，理論上它能在同樣大的區域內存儲比閃存芯片晶體管多100倍的數據。因為它沒有機械部件，所以它的可靠性比硬盤高。賽道內存的速度與計算機中頻繁訪問數據的動態隨機存儲器（DRAM）一樣快，它甚至可在計算機電源關閉的情況下保存信息，這是因為在讀取或寫入數據的過程中沒有原子的移動，從而消除了納米線上的磨損。

　　就像用在超小設備中的閃存能容納數千首歌曲、圖片以及其他類型的數據一樣，賽道內存會創造出全新類別的電子產品。帕金說，更密集、更小的內存將使計算機更加緊湊和節能。未來，擁有超大數據容量的芯片將能縮減到灰塵斑點大小，可撒入微型傳感器環境中，或植入病患體內來記錄生命體征。

　　當帕金在2003年首次提出賽道內存時，人們都認為這是一個不可能實現的偉大構想。在2008年4月前，沒有人能做到將磁域沿線推動而不干擾其方向。但是，帕金的研究小組在去年4月的《科學》雜志上發表論文指出，自旋極化電流將能保持其原有的磁象。論文證明了賽道內存的概念是合理的，雖然研究人員當時還只能沿納米線移動3位數據。到去年12月，帕金研究小組已能成功地沿納米線移動6位數據。帕金希望能盡快達到10位數據，這樣賽道內存就能和閃存一較高下。如果帕金研究小組能將沿納米線移動的數據做到100位，那就是賽道內存取代硬盤之時。

　　帕金已發現，增加納米線可處理的數據位數的技巧是精確地控制其直徑，納米線越窄越規整，它能保持的數據位就越多。該項工作面臨的另一挑戰是找到一種最佳材料：它必須能在制造過程中幸存下來，且以盡可能少的電流使磁域快速地沿著納米線移動。

　　如果賽道內存被證明是一個成功的設計，它必將取代其他所有形式的內存，帕金也將得以鞏固其“磁記憶體天才”的地位。畢竟，他對巨磁電阻的研究導致了今天高容量硬盤的出現，改變了整個計算機行業；藉由賽道內存，誰又敢說帕金不會再來一次這樣的改變？

　　4. 生物機器

　　一只巨大的花金龜正在上下左右地翻飛，但它不是在覓食，也不是在尋找回家的路。原來，它是由工程師通過無線控制的一只生物機器甲蟲，這只活甲蟲體內植入了接收器、微控制器、微電池及6個精心安置的電極，它的有效載荷不及一毛錢硬幣，體重還不到一片口香糖的重量。通過給其大腦和翼部肌肉提供遠程的電子激勵，工程師就能使這只生物機器甲蟲起飛或停飛。

　　這個生物機器甲蟲的創始人、美國加州大學伯克利分校的助理教授米歇爾•馬哈畢茲希望，他的生物機器蟲子未來有一天將能攜帶傳感器或其他設備到達人類或從事搜索和救援任務的地面機器人不易接近的地方。這種生物機器甲蟲很便宜，材料成本僅5美元，電子部分也很容易用現成的大部分元器件制成。馬哈畢茲稱，這些生物機器甲蟲可飛入微小的裂縫，安裝熱傳感器以探尋受傷的幸存者。

　　馬哈畢茲的專長是設計機器與從單個細胞到整個有機體的生命系統之間的接口。他的目標是要創立新型的“生物機器”，以充分利用生命細胞的特低能量及精確的運動、通信和計算能力。馬哈畢茲設想他的設備能從環境中收集、處理、存儲信息，并基于這些信息采取行動。這樣的應用可能會包括：取代受損器官的組織，甚至是一張可自我修復或根據環境信息重塑外形的自動變形生物桌子。他表示，100年后，由經過徹底改造的細胞衍生出來的此類生物機器將會無所不在。

　　遙控甲蟲只是一個早期的成功故事。這個甲蟲集成了視覺、機械、化學信息來控制飛行，而所有這一切都只使用很少的能量，這是一個幾乎無法從零復制的壯舉。為了使甲蟲成為一種像搜索和救援機器人那樣的有益且復雜的工具，馬哈畢茲團隊必須創建能與昆蟲的神經系統進行有效溝通并加以控制的輸入輸出機制。這樣的接口應得益于先進的微細加工技術、更小巧的電源和日益復雜的微機電系統（MEMS）。

　　粘附在甲蟲后背上的是一個放置在定制電路板上的商業無線電接收器。6個電極激勵器從電路板蜿蜒進入昆蟲的視葉、大腦和左、右基底飛行肌。與一臺運行定制軟件的筆記本電腦相連的發射器可給接收器發送信息，給光葉提供很小的電脈沖來啟動飛行，或給左右飛行肌提供電脈沖來實現轉向。由于接收器能給甲蟲的神經系統發出非常高級的指令，所以能非常簡單地控制其飛行的開始和結束，而不用連續發送信令來保持甲蟲的飛行。

　　雖然其他研究人員也已創建了能遠程控制大鼠和其他動物活動的類似接口，但昆蟲要小得多，因此更具挑戰性。馬哈畢茲是對生物學和工程學具有足夠深刻認識的少數科學家之一，他成功地將動物的神經系統與微機電技術融合在了一起。他的團隊曾對處在蛹期的甲蟲進行改造，以使植入物在甲蟲成年后藏在其體內，外表形同普通甲蟲，好用它來執行秘密任務。研究人員目前正在研制新型微激勵器和EMS無線電接收器，以實現更準確的神經定位和更小的系統。

　　生物機器甲蟲只不過是馬哈畢茲實驗室孵化出的一系列新技術之一，此類技術包括可給單個細胞提供可控數量的氧氣及其他化學物質（甚至DNA）的微流體芯片。此類系統可精確控制細胞群的發育。最終，馬哈畢茲想要開發出可編程的細胞基材料，即上述貌似荒誕的可自我修復桌子所需的材料。但目前，他的團隊正專注于尋找操縱甲蟲的最佳途徑。   

　　5. 診斷試紙

　　制作低廉、簡單易用和足夠堅固的診斷工具，將可挽救全球貧困地區的成千上萬條生命。為了制作出這樣的設備，美國哈佛大學的喬治•懷特賽德將人類最古老的技術之一——紙和先進的微流體技術結合起來，制作出一種多功能的一次性試紙，它能通過檢測少量的尿液或血液來找到傳染病或慢性疾病的證據。

　　已完成的設備是一張大小與郵票相似的方形紙。方形紙的邊緣可滴入尿樣或用力擠入一滴血液，這些液體可流經通路進入測試井。根據液體中的化學物質，測試井中會發生不同的反應，從而使試紙變為藍、紅、黃或綠等顏色。

　　試紙充分利用紙張能快速吸收液體的自然特性，從而避開了對微流體設備中常見的泵或其他機械部件的需要。制造試紙的第一步是建立約1毫米寬的微細通路，它能引導液體流向測試井。懷特賽德和同事將紙浸泡在光致抗蝕劑中，紫外線能引起光致抗蝕劑中的聚合物發生交聯并變硬，在光照之處就會形成長長的防水層。研究人員甚至只需在紙上畫一個黑色標記并將其放在陽光下就可以創建出理想的通路和測試井。然后，每個測試井都可用不同的溶液進行沖刷，溶液與血液或尿樣中的特定分子發生反應就可觸發顏色的變化。

　　由于紙很容易燒毀，因此試紙用過之后的安全處理變得極其容易。基于試紙的診斷技術并不新鮮，如懷孕試紙，但懷特賽德的試紙具有獨特的優勢：單張試紙就能執行多種反應，可一次診斷多種病情。同時，它的小尺寸也意味著血液測試只需微量樣本，讓就診者簡單地刺破手指就可獲得。

　　目前，懷特賽德正在開發一種診斷肝功能衰竭的試紙，肝功能衰竭是由于血液中某種酶的濃度過高引起的。在一些醫療條件發達的國家，某些服用某類藥物的人群會定期進行血液測試，以檢查藥物可能導致的肝功能損害問題。但是，并不是所有國家的人群都能獲得這樣奢侈的醫療保健服務，懷特賽德的試紙將給他們帶來福音，人們花很少的錢就能獲得同樣的測試結果。懷特賽德還想開發出可診斷肺結核等傳染病的試紙。

　　為了推廣此項技術，懷特賽德于2007年在馬薩諸塞州的布魯克林與人共同創辦了一家非盈利性的診斷中心，并計劃于今年底在一個非洲國家部署肝功能測試技術。研究小組希望那些幾乎沒有經過醫療培訓的人也能完成這樣的測試，并將測試結果用手機拍下來傳給醫生。懷特賽德正在規劃這樣一個中心，在這里技術人員和醫生可對這些影像進行鑒定，然后將治療建議遠程傳回給測試者。

　　華盛頓大學生物工程副教授阿爾伯特•福爾奇說：“這是我見過的最好的醫療器械之一，其設計中令人難以置信的巧妙之處在于，他們創建了內嵌在紙中的光致抗蝕劑結構，同時，紙的孔隙率則擔當了這個星球上最便宜的泵的角色。”

　　最近，美國哈佛大學研究人員通過將這種紙芯片鋪陳在刺了孔的防水膠帶上制成了三維診斷試紙。樣本液滴穿過通路到達第一層的測試井，然后在膠帶的孔隙中彌散開來，在第二層的測試井中發生反應。執行更多的測試，甚至是對單一樣本執行兩步反應，使得該試紙能檢測那些需要更復雜測試（如利用抗體）的疾病，如瘧疾或艾滋病，而且測試結果在5分鐘到半小時內就可顯現出來。

　　研究人員希望，最終能像印刷報紙那樣大規模地生產這種先進的試紙，材料的成本應在3美分到5美分之間。福爾奇說，在這個價格上，此種試紙技術將對那些交通和能源條件較差地區的衛生保健工作產生非常重大的影響。（上）

　　（馮衛東） 

　　6.液態電池

　　如果沒有一種很好的方法來大規模儲存電力，太陽能發電在夜間就失去了用武之地。一種完全由液態活性材料制成的新型電池也許能給電力的存儲帶來極大的希望。這種液態電池的成本不及現今最好電池的1/3，使用壽命也大大延長。

　　這種液態電池和其他任何電池都不相同，其電極是熔融金屬，在電極間傳導電流的電解質則是一種熔鹽。這種非同尋常的裝置可快速吸收大量的電子。電池的發明者、美國麻省理工學院材料化學教授唐納德•賽多威稱，這種電池的電極可運行的電流要比現有任何電池高數十倍，更重要的是，材料相對便宜，且這種設計利于制造。

　　該電池包含一個由絕緣材料包圍的容器。研究人員將熔融原材料添加到容器內：底部是銻；中間是如硫化鈉之類的電解質；頂部則是鎂。因為每種材料的密度不同，所以可自然地保留在各自不同的層面，從而簡化了制造工藝。這個容器具有一個集電器的雙重功效，從太陽能電池板收集電力，或將它們傳送到電力網以給企業或家庭供電。

　　當電力流入電池時，溶解在電解液中的銻化鎂就會形成金屬鎂和銻；當電池放電時，兩個電極的金屬再次溶解形成銻化鎂，銻化鎂溶解在電解質中，造成電解質增多而電極縮減。

　　賽多威設想將這些大電池用導線連成一個巨大的電池組。如果要滿足紐約市高峰期的電力需求（約1.3萬兆瓦），那么這個電池組占據的面積就將達到約6萬平方米。給它充電將需要空前規模的太陽能電站，這些電站不僅要生產足夠電力滿足白天的用電需求，還要給電池組充足電以滿足晚間的電力需求。首個系統將采取在用電低谷時存儲電力來滿足高峰期用電需求的方法，如此就降低了建設新電站和傳輸線路的需要。

　　研究人員已提出了很多種存儲來自間斷性電源電力的方法，其中部分已投入了有限的使用，如白天將水泵上山，晚間再將水下泄帶動自旋發電機發電。而液態電池的優點在于價格低廉，使用壽命長，應用范圍廣泛（不像泵水方式只能固定在一處）。

　　在創建了液態電池的首個原型后，研究人員正在試驗使用另外的金屬和鹽，因為在高濃度條件下要溶解電解質中的銻化鎂是不可能的，所以首個原型就必須做得很大，這樣實用性就大打了折扣。賽多威雖還沒有確定新的材料，但他說會依據同樣的工作原理來進行試驗。他希望在5年之內推出可商業化的液態電池。

　　7.行波反應堆

　　對反應堆的核燃料進行濃縮及定期打開反應堆補充核燃料，是核電站運行中最繁瑣和昂貴的步驟。用過后的核燃料從反應堆中取出后，必須對之進行再處理以回收可用材料。而且，核電站還存在核擴散和環境污染風險。

　　為解決上述問題，美國華盛頓一家名叫“智力投資”的發明投資公司提出了一種經濟可行的，只需少量濃縮核燃料即可運行的新型反應堆設計方案，他們稱之為行波反應堆。

　　當行波反應堆運行時，其堆芯逐漸將非裂變材料轉變成它所需要的核燃料。智力投資公司的核計劃部經理約翰•基勒蘭德稱，基于如此設計的核反應堆在理論上可以運行兩百年，而不用再次加注核燃料。

　　基勒蘭德的目標是利用目前的核廢料來運行反應堆。常規反應堆使用鈾-235，它很容易裂變并產生連鎖反應，但鈾-235既稀缺又昂貴，它必須在特殊的濃縮工廠從更為常見的非裂變材料鈾-238中分離出來。每隔18個月至24個月，就必須打開反應堆，從中取出數百根核燃料棒，再補充數百根新的核燃料棒，剩下的則在下次運行時予以撤換，以供應所需的裂變鈾。這就衍生出了核擴散問題，因為一個設計制造電力反應堆所用低濃縮鈾的工廠，在細節上有別于設計制造核彈所用高濃縮鈾的工廠。

　　但是，行波反應堆只需薄薄的一層鈾-235。其堆芯中大部分為鈾-238，作為天然鈾中提煉出鈾-235后的殘留物，鈾-238在全世界的儲量達數百萬公斤。麻省理工學院核燃料循環項目執行主任查爾斯•福斯伯格說，該設計提供了核燃料循環的最簡可能，這樣全球只需一個鈾濃縮工廠就夠了。

　　該反應堆的訣竅在于自身就能將鈾-238變成一種可用核燃料钚-239。常規反應堆也能生產钚-239，但是必須移去用乏后的核燃料，將之切斷并用化學方法提取钚，這是一個骯臟、昂貴的過程，也是制造原子彈的一個主要步驟。行波反應堆生產出钚，并立即加以使用，從而消除了被專用于生產核武器的可能性。一個不到1米的活性區域沿著堆芯運動，就能給前方不斷地提供新的钚核燃料。

　　行波反應堆的想法可追溯至20世紀90年代初。然而，基勒蘭德的團隊第一次開發出了一個實用的設計。智力投資公司已獲得了該技術的專利，他們現在正和一家反應堆制造商討論專利許可事宜。盡管仍有一些基本的設計問題需要加以解決，如反應堆如何在事故條件下運行的精確模型等，基勒蘭德還是認為，一個商業化反應堆可在2020年初開始運行。智力投資公司認為，在核工業全面復興和核燃料供應吃緊的情形下，行波反應堆設計沿著這條路走下去一定會吸引更多人的目光。

　　8.納米壓電傳感器

　　納米傳感器具有敏銳的靈敏度，體積也極其微小。它們的用處多多，如檢測血液中疾病分子的跡象；探測空氣中的有毒氣體；追查食品中的污染物等。但要將這些設備做到完全小型化，電池和集成電路就成了其攔路虎。美國喬治亞理工大學的材料科學家王中林教授利用壓電技術發明的微型發電機給納米世界帶來了全新的動力。如果他能獲得成功，生物和化學納米傳感器今后將能自己給自己供電。

　　早在一個世紀前，人們就已經知道了壓電效應的存在，即晶體材料在機械壓力下可產生電勢。但2005年，王中林首次向人們展示了納米層級的壓電效應。他用原子顯微鏡的探針針尖去彎曲單個的氧化鋅納米線，當納米線彎曲并回復到原有形狀時，由鋅和氧離子產生的電勢就能驅動電流。在最初的試驗中，王教授誘導出的微小電勢僅幾個毫伏。但他確信，只要經過足夠多的實驗，他一定可以設計出實用的納米電源，這樣的電源甚至可以利用我們身邊的微小振動，如聲波、風乃至植入設備中血流量的波動。這些微妙的變動會使納米線彎曲而產生電力。

　　去年11月，王教授在一層聚合物中嵌入了氧化鋅納米線，結果產生了50毫伏的電勢，這是在微型傳感器供電技術的開發上向前邁出的重要一步。

　　王中林希望，這些發電機最終能被織入纖維中，這樣的一件襯衣所發出的電力足以給iPod這樣的隨身便攜設備充電。當然，目前納米發電機的輸出功率太低，還做不到這一點。王教授說，這需要200毫伏甚至更多的電勢，他計劃通過層疊納米線的方法來實現，不過這還需要經過5年到10年的精心設計。

　　與此同時，王中林已展示了新型納米傳感器的首個元件。他所稱的納米壓電技術利用了這樣的事實，即氧化鋅納米線既能展現出壓電效應，同時又是半導體。第一個特性使得氧化鋅納米線扮演機械傳感器的角色，因為它們會對機械應力作出反應產生電力；第二個特性則意味著，它們可用于制作集成電路的基本元件，包括晶體管和二極管。不像傳統的電子元件，納米壓電元件不需要外部電源，它們暴露在給納米發電機供電的同樣的機械應力下時，自身就能發電。

　　一旦將納米壓電元件從外接電源的桎梏中解放出來，就有可能開辟多種實際應用。集成有納米發電機的一個納米壓電助聽器就可以用到多根納米線，每一根可調諧到各種聲波的不同振動頻率。納米線將聲波轉換成電信號并進行處理，以便它們能直接傳送給大腦中的神經元。這樣植入的神經假體不僅比傳統助聽器更緊湊、更靈敏，而且還無需因更換電池而拆除。納米壓電傳感器也可用于檢測飛機發動機中的機械應力，只需幾個納米線元件就能監測壓力、處理信息并給機上電腦通報相關數據。無論是在身體中還是在空中，納米設備最終將遍布我們周圍的世界。

　　9.散列緩存

　　在貧窮的發展中國家，互聯網接入的稀缺是數字鴻溝中比缺乏電腦更為突出的頑疾。美國普林斯頓大學計算機科學家魏威克•派說：“在發展中國家的大多數地區，網絡的使用費用甚至比美國還貴。”通常情況下，貧窮國家的大學一般只能負擔得起低帶寬連接，個人用戶所獲得的帶寬更是少得可憐，只相當于撥號連接的一部分。為了提高網絡接入的公共性，魏威克•派和他的研究小組開發出了一種高效緩存技術——散列緩存，它可將頻繁訪問的網站內容存儲在一個本地硬盤上，而不是使用寶貴的帶寬資源，以重復檢索相同的信息。

　　盡管網絡具有千變萬化的特性，但其絕大多數內容往往并不變動或不常變動。目前的緩存技術不僅需要大硬盤來保存數據，還需要大量的隨機存取存儲器（RAM）來存儲索引，這個索引包含硬盤上每段內容所對應的“地址”。相對于硬盤的容量來說，RAM成本較高且只能在有電時才能工作，它像帶寬一樣在發展中國家往往既昂貴又稀缺。

　　散列緩存則取消了存儲索引的要求，將RAM和電力的需求降低到大約1/10。它利用數學上的散列函數，將每個存儲的Web“對象”（網頁上的影像、圖片或文字塊）的URL轉化成一個很短的數字。雖然其他大多數緩存系統也能做到這一點，他們也能在RAM占用表中存儲每個散列數字，并將其與硬盤的內存地址相關聯。但魏威克•派的技術則可以跳過這一步，因為他使用了一種新的散列函數：函數產生的數字可界定硬盤上的位置，在此就能找到相應的Web對象。魏威克•派說：“通過使用散列函數直接計算位置，我們就能完全擺脫索引。”

　　魏威克•派表示，可以肯定的是，一些RAM仍然是必要的，但僅夠運行散列函數及實際檢索一個特定的Web對象即可。雖然仍處在非常早期的發展階段，但研究人員正在加納的科克洛比特伊研究所和尼日利亞的奧巴費米亞沃洛沃大學對散列緩存技術進行實地測試。

　　互聯網通信的基礎——HTTP規范的編寫者之一吉姆•杰提斯說，該項技術終結了基礎緩存技術長期以來的停滯不前狀態。雖然貧窮國家的學校購買數百吉的硬盤已越來越可行，但如果他們使用了當前最好的軟件的話，這些學校通常就只能負擔得起足夠的RAM來支持數十吉的緩存內容。而使用散列緩存，一間配備了相當多的各類型電腦，甚至是廢棄電腦的教室，就可存儲及廉價地訪問1TB的Web數據。這足以存儲維基百科的所有內容，或是存儲從萊斯大學和麻省理工學院免費獲得的所有課程。

　　哈佛大學伯克曼互聯網與社會研究中心的伊桑•朱克曼研究員表示，如果用新的光纖將東非連接到互聯網，那么某些非洲大學的數千名大學生就可以與家用ADSL幾乎相同的速度共享連接。他說：“這些大學都有嚴重的帶寬限制問題，所有的學生都想擁有一臺電腦，但幾乎從未有過足夠的帶寬。這項創新使得運行一個大型的緩存服務器變得異常的便宜。”

　　魏威克•派計劃以這樣的方式授權其散列緩存技術的使用，既對非盈利組織免費，但同時又不排除未來進行商業化的可能。

　　10.軟件自定義網絡

　　多年來，計算機科學家們朝思暮想著如何提高網絡的速度、可靠性、能效和安全性。但他們的計劃通常都只能停留在實驗室項目階段，因為互聯網核心中的路由器和交換機已被思科和惠普等知識產權公司的軟件壟斷了，所以想以足夠大的規模對新開發的軟件系統進行測試來了解其可行性幾無可能。

　　受挫于無法在現實世界中擺弄因特網路由，斯坦福大學計算機科學家尼克•麥吉沃恩和他的同事開發了一種稱為Open Flow的標準，這使得互聯網研究人員基本上可通過“軟件自定義網絡”來定義數據流。安裝一小塊這樣的Open Flow固件（嵌入在硬件中的軟件），就能使工程師獲取流量表及與交換機和路由器控制網絡流量相關的規則。它還能保護所有者的路由指令，將一個公司的硬件與另一個公司區分開來。

　　將OpenFlow安裝在路由器和交換機后，研究人員就可以使用在自己電腦上的軟件進入流量表，只需點擊一下鼠標就基本上控制了網絡的布局和交通流量。這種以軟件為基礎的訪問可讓計算機科學家以廉價和簡易的方式測試新的交換和路由協議。

　　通常，當一個數據包到達一個交換機時，固件檢查數據包的目的地，并根據預先確定的規則提交數據包，而網絡運營商對此規則沒有控制權。去往同一個地方的所有數據包都沿相同路徑進行路由，并以同樣的方式進行處理。

　　在一個運行Open Flow的網絡上，計算機科學家們可對這些規則進行添加、減少或干涉。這意味著，研究人員可通過電子郵件給予視頻優先權，從而減少在視頻流播放時時常出現的令人惱怒的停頓和啟動現象。他們還可對來自或前往某個目的地的流量設置規則，以便隔離來自一臺涉嫌窩藏病毒的電腦的流量。

　　Open Flow也可被用以改善蜂窩網絡。移動服務供應商已開始使用為互聯網制造的硬件商品來擴展其網絡。但是，在用戶處于移動狀態時要靠這種硬件維持連接是相當糟糕的，你只需想象一下，一臺筆記本電腦的數據連接從一個無線基站以不是完全無縫的方式轉接到另一個基站時會是怎樣的情形。麥吉沃恩說，Open Flow向服務提供商提供了一種解決移動問題的新的嘗試辦法。

　　麥吉沃恩的研究小組獲得了思科、瞻博、惠普和NEC等網絡公司及T-Mobile、愛立信和NTTDoCoMo等移動運營商提供的資金和設備。在運行Open Flow的交換機上進行測試的思路可納入新路由器的固件，或者也可通過固件升級添加到舊的路由器。麥吉沃恩預計，這些公司中的一家或多家在今年內就能推出內置Open Flow的產品。（下）（馮衛東）