科 技 信 息 参 考 2015 年 第 3 期 双 月 刊 总 第 49 期 主 办 单 位 : 中 国 计 量 学 院 图 书 馆 主 编 : 夏 哲 雷 编 辑 : 宋 加 龙 电 话 : 电 子 邮 箱 :

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2 科 技 信 息 参 考 2015 年 第 3 期 双 月 刊 总 第 49 期 主 办 单 位 : 中 国 计 量 学 院 图 书 馆 主 编 : 夏 哲 雷 编 辑 : 宋 加 龙 电 话 : 电 子 邮 箱 : zixun@cjlu.edu.cn

3 目 录 政 策 与 战 略...1 日 本 理 化 研 究 所 新 所 长 提 出 振 兴 计 划... 1 俄 罗 斯 计 划 五 年 内 研 制 出 世 界 上 最 大 功 率 的 激 光 器... 2 美 发 布 公 共 安 全 网 络 技 术 路 线 图... 3 美 国 投 重 金 开 展 下 一 代 超 级 计 算 机 极 光 的 研 究... 4 基 础 研 究...5 美 国 麻 省 理 工 学 院 创 造 超 低 温 纪 录... 5 单 分 子 二 极 管 问 世... 6 德 发 明 太 阳 能 电 解 水 制 氢 新 工 艺... 7 自 动 化 与 材 料...9 碳 纳 米 管 造 就 超 级 蛛 丝... 9 超 越 石 墨 烯 : 二 硫 化 钼 和 黑 磷 成 材 料 学 家 新 宠 应 急 机 器 人 前 景 看 好 飞 机 可 自 愈 : 材 料 快 速 凝 固 修 复 翼 面 生 物 混 凝 土 可 自 动 修 复 裂 缝 石 墨 烯 墨 水 打 印 出 射 频 天 线 德 国 研 制 能 相 互 协 同 动 作 的 机 器 人 蚂 蚁 德 科 学 家 发 明 超 强 记 忆 新 材 料 美 合 成 可 替 代 稀 土 的 磁 性 纳 米 材 料 美 军 研 发 隐 身 军 装 首 款 全 彩 柔 性 超 薄 显 示 屏 问 世 新 工 艺 让 锂 离 子 电 池 成 本 减 半 新 算 法 可 使 机 器 人 受 伤 不 下 火 线 电 子 与 信 息 技 术...24 科 学 家 推 出 卡 片 诊 断 仪 和 电 子 皮 肤 神 经 网 络 芯 片 首 次 仅 由 忆 阻 器 创 建 澳 开 发 出 世 界 首 个 多 态 存 储 器 模 拟 大 脑 进 行 自 然 计 算 的 硬 件 平 台 问 世 日 本 推 出 全 球 首 款 6TB 固 态 硬 盘 IBM 演 示 第 一 个 完 整 集 成 的 单 片 硅 光 子 芯 片 英 发 明 智 能 手 杖 助 盲 人 识 友 摄 像 头 可 识 别 通 缉 犯 美 国 IBM 公 司 开 发 新 型 人 工 智 能 算 法...30 科 学 家 首 次 造 出 数 字 编 码 聚 合 物 科 学 家 用 针 把 微 型 电 路 注 入 大 脑 美 开 发 出 迄 今 最 小 分 光 器 美 开 发 出 能 用 于 移 动 设 备 的 厘 米 级 精 度 定 位 系 统 给 计 算 机 大 脑 全 新 的 思 维 生 物 医 药...38

4 科 学 家 在 果 蝇 大 脑 内 发 现 指 南 针 光 基 因 学 新 工 具 助 盲 鼠 重 见 天 日 光 基 因 学 技 术 帮 助 失 忆 小 鼠 恢 复 记 忆 科 学 家 将 能 够 为 大 脑 抹 去 或 植 入 记 忆 大 脑 控 制 的 仿 生 假 肢 终 于 成 真 全 新 基 因 编 辑 技 术 引 发 研 究 领 域 巨 变 仿 生 镜 片 10 秒 内 可 恢 复 视 力 激 光 扫 描 20 秒 诊 断 疟 疾 心 理 学 家 最 新 研 究 发 现 意 识 并 没 有 思 想 强 大 血 液 细 胞 变 神 经 细 胞 有 了 新 方 法... 52

5 政 策 与 战 略 日 本 理 化 研 究 所 新 所 长 提 出 振 兴 计 划 作 者 : 红 枫 文 章 来 源 : 中 国 科 学 报 发 布 时 间 : 在 担 任 日 本 理 化 研 究 所 (RIKEN) 所 长 一 职 7 周 后, 松 本 纮 在 近 日 的 一 次 新 闻 发 布 会 上 概 述 了 他 让 被 学 术 丑 闻 玷 污 的 国 家 实 验 室 系 统 重 新 恢 复 昔 日 光 彩 的 策 略 他 的 新 想 法 是 : 引 入 终 身 职 位 体 系, 让 目 前 在 RIKEN 通 过 临 时 合 同 工 作 的 最 优 秀 年 轻 研 究 人 员 留 在 这 里 松 本 纮 压 倒 一 切 的 任 务 是 帮 助 RIKEN 从 去 年 的 名 誉 崩 溃 中 恢 复 过 来 去 年, 一 篇 分 外 引 人 注 目 的 研 究 论 文 报 告 了 一 种 叫 做 刺 激 触 发 的 多 能 性 获 得 (STAP) 松 本 纮 图 片 来 源 : 百 度 图 片 技 术 的 制 造 干 细 胞 的 新 方 法, 然 而 经 过 调 查, 该 技 术 被 证 明 是 伪 造 的 这 一 事 件 导 致 该 所 一 名 高 级 科 学 家 自 杀, 同 时 RIKEN 下 属 的 生 物 发 育 中 心 也 被 迫 重 组 作 为 磁 场 和 空 间 等 离 子 体 领 域 的 专 家, 松 本 纮 在 京 都 大 学 度 过 其 整 个 学 术 生 涯, 并 在 2008~2014 年 间 担 任 该 校 校 长 自 从 今 年 4 月 1 日 起 担 任 RIKEN 所 长 以 来, 松 本 纮 已 经 访 问 了 该 所 下 属 的 15 个 主 要 机 构, 并 约 见 了 它 们 的 领 导 人 和 年 轻 科 学 家 聆 听 其 想 法 5 月 22 日, 他 在 东 京 附 近 的 RIKEN 总 部 提 出 了 他 的 科 学 卓 越 计 划 松 本 纮 最 具 雄 心 的 目 标 是 终 身 职 位 系 统 他 强 调 说, 大 多 数 进 行 定 期 科 研 项 目 的 RIEKN 年 轻 研 究 人 员 的 普 遍 任 期 是 5 年 这 使 得 科 学 研 究 向 短 期 成 果 倾 斜, 因 为 科 学 家 希 望 为 他 们 的 下 一 次 求 职 拿 出 一 份 漂 亮 的 工 作 简 历 他 表 示, 从 一 个 短 期 任 务 跳 到 另 外 一 个, 给 青 年 科 学 家 制 造 了 许 多 麻 烦 松 本 纮 说, 一 个 相 关 的 问 题 是, 一 些 日 本 青 年 科 研 人 员 在 海 外 寻 求 工 作 经 历, 因 为 他 们 担 心 当 自 己 回 国 后 找 不 到 一 份 好 工 作 他 计 划 与 德 国 马 普 学 会 等 国 外 研 究 机 构 开 展 正 式 交 流 项 目, 派 一 些 日 本 青 年 研 究 人 员 到 国 外 学 习, 同 时 让 更 多 国 外 研 究 人 员 可 以 来 日 本 交 流, 建 立 合 作 关 系, 使 RIKEN 在 全 球 成 为 更 重 要 的 科 学 参 与 者 他 表 示 将 推 动 RIKEN 科 学 家 和 行 政 管 理 人 员 日 常 用 英 语 交 流 他 还 希 望 通 过 批 准 研 究 经 费 从 一 个 财 年 到 另 一 个 财 年 的 延 续 解 决 其 他 长 期 存 在 的 官 僚 障 碍, 让 实 1

6 验 室 更 容 易 雇 佣 技 术 人 员 我 们 的 研 究 人 员 工 作 非 常 忙, 但 是 他 们 的 科 研 支 撑 人 员 却 非 常 有 限 他 说 这 些 计 划 需 要 花 费 时 间 比 如, 引 入 终 身 职 位, 将 会 很 难, 他 说, 因 为 这 需 要 新 的 人 事 规 范 其 中 的 一 个 限 制 因 素 是 资 金 :RIKEN 的 2015 年 经 费 预 算 已 经 确 定 松 本 纮 说, 他 将 在 明 年 的 预 算 中 具 体 推 动 他 的 改 革 计 划, 这 意 味 着 相 关 计 划 将 在 2016 年 4 月 启 动 这 两 位 资 深 的 拨 款 负 责 人 曾 分 别 领 导 两 院 负 责 监 督 NASA 和 NSF 的 开 支 委 员 会, 他 们 一 贯 支 持 这 个 两 机 构 的 预 算 开 支 (Mikulski 也 曾 负 责 参 议 院 的 整 个 拨 款 委 员 会, 在 新 国 会 就 职 后 她 已 不 再 担 任 此 职 ) 去 年, 众 议 员 Wolf 和 参 议 员 Mikulski 所 坚 持 的 观 点 在 旷 日 持 久 的 预 算 协 商 中 逐 渐 占 据 优 势, 勉 强 避 免 了 再 一 次 的 政 府 停 摆 和 开 支 冻 结 延 期 的 生 效 ( 因 为 2015 财 年 始 于 去 年 10 月 1 日 ) 在 2013 年 预 算 的 打 击 之 下, 科 研 人 员 已 做 好 最 坏 的 准 备 他 们 估 计, 在 2015 年 预 算 中, 用 于 支 持 大 部 分 科 研 机 构 的 可 自 由 支 配 经 费 应 该 不 会 有 所 增 长 但 让 他 们 欣 喜 的 是, 很 多 科 研 机 构 却 收 获 颇 丰 不 过, 美 国 国 立 卫 生 研 究 院 (NIH) 的 预 算 基 本 与 去 年 持 平, 与 2014 财 年 相 比 仅 上 涨 0.5%, 为 亿 美 元 俄 罗 斯 计 划 五 年 内 研 制 出 世 界 上 最 大 功 率 的 激 光 器 文 章 来 源 : 科 技 部 发 布 时 间 : 根 据 俄 新 社 4 月 14 日 消 息, 俄 罗 斯 将 在 五 年 内 研 制 出 世 界 上 功 率 最 大 的 新 一 代 激 光 器 УФЛ-2М 该 激 光 器 将 主 要 用 于 高 能 物 理 领 域 的 基 础 研 究, 目 前 坐 落 于 俄 罗 斯 萨 洛 夫 科 技 园, 占 地 面 积 约 两 个 足 球 场 大 小, 有 十 层 楼 高, 设 计 的 发 射 能 量 为 460 万 焦 耳, 而 相 比 之 下, 美 国 和 法 国 有 类 似 的 激 光 器, 其 能 量 都 不 超 过 200 万 焦 耳 俄 罗 斯 试 验 物 理 研 究 所 核 研 究 中 心 主 任 卡 斯 久 科 夫 表 示, 该 激 光 器 计 划 在 2019 年 底 到 2020 年 初 完 成 研 制 并 投 入 使 用, 目 前 能 够 自 主 研 制 这 种 激 光 器 的 国 家 屈 指 可 数, 这 是 世 界 高 科 技 大 国 的 象 征 更 重 要 的 是, 该 激 光 器 几 乎 完 全 是 自 主 知 识 产 权, 参 与 研 制 的 单 位 和 使 用 的 技 术 95% 都 是 俄 罗 斯 本 土 的 2

7 美 发 布 公 共 安 全 网 络 技 术 路 线 图 作 者 : 房 琳 琳 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 美 国 商 务 部 国 家 标 准 与 技 术 研 究 院 (NIST) 近 日 公 布 了 全 美 未 来 20 年 发 展 无 缝 宽 带 公 共 安 全 通 信 网 络 技 术 的 路 线 图, 其 规 划 的 系 列 技 术 主 要 集 中 于 为 警 察 消 防 员 紧 急 医 疗 服 务 和 其 他 急 救 等 提 供 基 于 定 位 所 需 的 各 类 服 务 路 线 图 由 NIST 的 公 共 安 全 通 信 研 究 (PSCR) 项 目 组 完 成, 该 机 构 从 2002 年 开 始 就 执 行 标 准 的 研 究 开 发 测 试 和 评 价 NIST 新 通 信 技 术 实 验 室 PSCR 部 门 负 责 人 德 雷 克 奥 尔 说 : 路 线 图 将 指 导 和 规 划 公 共 安 全 通 信 研 究, 包 括 如 何 分 配 从 最 近 的 先 进 移 动 业 务 AWS-3 频 段 拍 卖 所 获 的 3 亿 美 元 PSCR 的 目 标 之 一 是 让 宽 带 上 的 公 共 安 全 数 据 视 频 和 语 音 通 讯, 能 在 不 同 机 构 和 管 辖 范 围 得 到 综 合 应 用 为 达 到 这 一 目 的,PSCR 正 在 运 行 一 个 700 兆 的 公 共 安 全 宽 带 示 范 网 络, 希 望 通 过 搜 集 需 求 和 开 发 标 准 来 提 供 技 术 支 持 新 路 线 图 描 绘 了 未 来 20 年 公 共 安 全 通 信 研 究 的 蓝 图, 还 确 定 了 实 现 规 划 所 需 的 软 件 设 备 和 网 络 研 发 投 资, 并 指 出 了 包 括 联 邦 州 和 地 方 政 府 学 术 界 行 业 和 公 共 安 全 社 区 在 内 的 利 益 攸 关 者 的 机 会 所 在 路 线 图 指 出, 一 系 列 数 字 技 术 的 变 化 趋 势 将 潜 在 影 响 公 共 安 全 通 信 可 穿 戴 技 术 的 进 步 将 在 未 来 5 到 10 年 得 以 实 现, 物 联 网 与 公 共 安 全 的 充 分 融 合 也 将 于 未 来 10 年 到 20 年 间 普 遍 应 用, 现 在 以 语 音 通 讯 为 基 础 的 公 共 安 全 通 信 在 某 些 领 域 也 将 被 数 据 通 讯 所 替 代 基 于 位 置 的 服 务 的 应 用 程 序 包 含 了 用 户 的 GPS 信 号 等 物 理 位 置 信 息, 这 类 服 务 被 选 为 路 线 图 的 第 一 个 重 点 领 域, 因 为 升 级 这 类 技 术 比 较 可 行, 在 投 资 上 也 将 获 得 较 高 回 报 路 线 图 明 确 了 基 于 位 置 的 服 务 标 准 需 求 缺 口 美 国 政 府 还 没 有 室 内 定 位 标 准, 要 达 成 共 识 并 在 这 类 标 准 上 获 得 支 持 仍 需 努 力 虽 然 语 音 视 频 和 数 据 已 经 在 商 用 手 持 设 备 中 得 到 充 分 应 用, 但 公 共 安 全 社 区 还 没 能 充 分 利 用 潜 在 的 综 合 服 务, 包 括 语 音 互 联 网 协 议 数 字 视 频 广 播 和 物 联 网 等 路 线 图 一 并 提 出 了 达 到 公 共 安 全 性 能 指 标 ( 包 括 精 度 速 度 强 度 和 可 行 性 集 成 设 备 测 试 等 ) 所 要 满 足 的 需 求 在 其 他 技 术 研 发 需 求 中, 路 线 图 还 呼 吁 寻 找 减 少 电 池 消 耗 的 技 术 路 径 另 外, 由 于 公 共 安 全 通 信 必 须 覆 盖 所 有 地 理 区 域 并 接 入 网 络, 路 线 图 提 出 在 所 有 便 携 系 统 中 必 须 能 够 快 速 设 定 位 置 信 息, 以 备 紧 急 之 需 3

8 总 编 辑 圈 点 标 准 的 制 订 是 博 弈 的 过 程, 是 一 种 制 定 市 场 游 戏 规 则 的 手 段, 特 别 是 在 对 开 放 数 据 跨 区 域 跨 机 构 共 享 并 进 一 步 挖 掘 深 度 合 作 的 时 候, 更 显 现 出 强 大 的 支 撑 能 力 目 前, 智 慧 城 市 与 服 务 型 政 府 的 概 念 被 炒 得 火 热, 但 一 定 会 回 到 互 联 网 公 共 安 全 标 准 的 制 定 上 来, 这 绝 非 一 个 或 几 个 企 业 所 能 完 成 通 过 制 定 路 线 图 提 出 一 系 列 满 足 标 准 所 要 达 到 的 技 术, 进 而 对 产 业 界 进 行 清 晰 的 路 径 引 导, 可 谓 务 实 之 举 从 这 点 上 看, 美 国 又 走 在 了 前 面 美 国 投 重 金 开 展 下 一 代 超 级 计 算 机 极 光 的 研 究 文 章 来 源 : 科 技 部 发 布 时 间 : 年 4 月 8 日 美 国 能 源 部 副 秘 书 长 李 恩 奥 尔 宣 布 美 国 能 源 部 向 阿 岗 领 导 者 计 算 机 设 备 项 目 投 资 2 亿 美 元 研 发 下 一 代 超 级 计 算 机 -- 极 光 计 划 2018 年 完 成, 并 向 科 研 工 作 者 开 放, 以 吸 引 美 国 顶 级 研 发 人 员 到 阿 岗 开 展 研 发 该 投 资 是 美 国 能 源 部 向 橡 树 岭 阿 岗 和 劳 伦 斯 利 弗 莫 尔 国 家 实 验 室 合 作 计 划 的 投 的 第 三 笔, 也 是 最 后 一 笔 资 金 之 前 美 能 源 部 分 别 向 橡 树 岭 劳 伦 斯 利 弗 莫 尔 国 家 实 验 室 投 资 了 5.25 亿 和 3.25 亿 美 元, 开 展 E 级 计 算 机 研 究 同 日, 奥 尔 还 宣 布 投 资 1 千 万 美 元 启 动 高 性 能 计 算 机 项 目 --DesignForward, 该 项 目 由 能 源 部 科 学 办 公 室 和 国 家 核 安 全 委 员 会 共 同 负 责 极 光 计 算 机 将 采 用 英 特 尔 高 性 能 计 算 机 可 伸 缩 系 统 框 架 该 项 目 继 续 采 用 美 国 橡 树 岭 阿 岗 和 劳 伦 斯 利 弗 莫 尔 三 大 国 家 实 验 室 紧 密 合 作 模 式, 同 时 吸 收 英 特 尔 科 瑞 AMD IBM 等 计 算 机 公 司 参 与, 将 大 大 加 快 科 技 成 果 的 转 化 该 项 目 的 实 施 还 将 促 进 低 碳 能 源 技 术, 特 别 是 材 料 科 学 生 物 科 学 和 可 再 生 能 源 技 术 的 发 展 ; 同 时 有 利 于 保 持 美 国 在 高 性 能 计 算 机 上 世 界 领 头 羊 地 位 4

9 基 础 研 究 美 国 麻 省 理 工 学 院 创 造 超 低 温 纪 录 作 者 : 刘 园 园 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 绝 对 零 度 是 热 力 学 理 论 中 温 度 的 下 限 值, 它 相 当 于 零 下 摄 氏 度 或 零 下 华 氏 度 在 这 种 温 度 下, 物 质 没 有 任 何 热 能 近 日, 美 国 麻 省 理 工 学 院 科 学 家 首 次 将 分 子 冷 却 到 逼 近 绝 对 零 度 绝 对 零 度 的 5 千 亿 分 之 一 摄 氏 度 以 上 据 基 督 教 科 学 箴 言 报 报 道, 科 学 家 曾 经 让 原 子 达 到 超 低 温 度, 而 这 次 科 学 家 通 过 实 验 让 分 子 ( 两 个 或 两 个 以 上 的 原 子 连 接 在 一 起 ) 达 到 温 度 超 低 的 状 态 在 正 常 的 温 度 下, 分 子 以 超 高 速 在 我 们 身 边 疾 驰 而 过, 有 时 甚 至 会 发 生 撞 车 不 过 当 它 们 被 冷 却 到 超 低 温 时, 奇 怪 的 事 情 就 会 发 生 物 理 学 家 们 推 测, 这 些 分 子 将 不 再 是 飞 驰 和 相 撞 的 个 体, 而 会 成 为 一 个 统 一 体 这 是 从 未 被 研 究 过 的 分 子 的 奇 特 状 态 为 了 探 索 这 一 现 象, 麻 省 理 工 学 院 物 理 学 家 马 丁 茨 维 莱 茵 带 领 团 队 利 用 蒸 发 作 用 和 激 光 来 冷 却 原 子 云 中 的 单 个 原 子 由 于 钠 原 子 和 钾 原 子 都 带 有 正 电 荷, 一 般 情 况 下 不 会 形 成 化 合 物, 该 团 队 使 用 磁 场 将 钠 原 子 和 钾 原 子 吸 引 到 一 起 形 成 钠 钾 分 子, 然 后 他 们 使 用 另 一 组 激 光 来 冷 却 它 一 种 激 光 的 频 率 与 分 子 的 初 始 振 动 状 态 一 致, 另 一 种 激 光 与 它 们 最 低 的 振 动 频 率 相 匹 配 钠 钾 分 子 吸 收 了 第 二 种 激 光 中 较 低 的 能 量, 并 向 高 频 激 光 释 放 能 量 这 一 过 程 最 终 将 钠 钾 分 子 的 温 度 冷 却 到 了 500 纳 开 尔 文, 这 一 温 度 只 有 宇 宙 空 间 温 度 的 一 百 万 分 之 一, 低 于 宇 宙 大 爆 炸 后 余 辉 的 温 度 他 们 发 现, 在 超 低 温 状 态 下 钠 钾 分 子 非 常 迟 钝, 难 与 附 近 其 他 分 子 发 生 作 用 另 外, 这 些 分 子 表 现 出 很 强 的 偶 极 矩 分 子 内 部 的 电 荷 分 布 状 态 决 定 它 对 其 他 分 子 是 强 烈 排 斥 的 在 这 种 状 态 下, 钠 钾 分 子 不 是 很 稳 定, 只 持 续 了 2.5 秒 就 分 裂 了, 不 过 在 这 样 极 端 的 温 度 条 件 下, 这 个 时 间 已 经 很 长 了 科 学 家 表 示, 下 一 步 计 划 将 分 子 冷 却 到 更 低 的 温 度, 来 观 察 理 论 所 预 测 的 量 子 力 学 效 应 这 种 效 应 曾 在 单 个 原 子 如 氦 原 子 上 展 示 过 超 低 温 的 氦 原 子 成 为 没 有 任 何 黏 度 的 超 流 体 但 是 科 学 家 还 未 对 旋 转 和 振 动 状 态 更 为 复 杂 的 分 子 的 量 子 力 学 效 应 进 行 研 究 理 论 上, 分 子 在 超 低 温 状 态 下 也 可 能 出 现 同 样 怪 异 的 现 象 5

10 单 分 子 二 极 管 问 世 作 者 : 陈 丹 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 美 国 哥 伦 比 亚 大 学 应 用 物 理 学 副 教 授 拉 莎 文 卡 塔 拉 曼 指 导 的 研 究 团 队 开 发 了 一 种 新 技 术, 成 功 创 建 出 首 个 单 分 子 二 极 管, 其 性 能 比 之 前 所 有 设 计 的 要 高 50 倍, 有 望 在 纳 米 器 件 领 域 获 得 实 际 应 用 论 文 发 表 在 5 月 25 日 的 自 然 纳 米 技 术 杂 志 上 单 分 子 器 件 是 电 子 设 备 微 型 化 的 极 致 亚 利 耶 艾 佛 莱 姆 和 马 克 瑞 特 在 1974 年 提 出, 单 个 分 子 可 以 作 为 整 流 器, 一 个 单 向 的 电 流 导 体 此 后, 科 学 家 相 继 演 示 了 单 分 子 连 接 到 金 属 电 极 上 ( 单 分 子 结 ) 可 用 作 多 种 元 件, 包 括 电 阻 器 开 关 晶 体 管, 以 及 二 极 管 由 二 极 管 充 当 电 阀, 其 结 构 需 要 不 对 称, 以 使 两 个 方 向 的 电 流 处 于 不 同 环 境 据 物 理 学 家 组 织 网 报 道, 为 了 开 发 单 分 子 二 极 管, 研 究 人 员 简 单 地 设 计 了 具 有 非 对 称 结 构 的 分 子 虽 然 这 种 不 对 称 分 子 的 确 显 示 出 一 些 类 二 极 管 特 性, 但 它 们 并 不 有 效 论 文 第 一 作 者 博 士 生 布 莱 恩 卡 珀 兹 解 释 说, 设 计 良 好 的 二 极 管 应 只 允 许 电 流 沿 一 个 方 向 流 动 接 通 方 向, 并 且 电 流 强 度 要 大 非 对 称 分 子 设 计 往 往 会 出 现 接 通 ( 开 ) 和 断 开 ( 关 ) 两 个 方 向 上 都 有 微 弱 电 流 流 过 的 现 象, 并 且 开 电 流 和 关 电 流 的 比 率 ( 整 流 比 ) 通 常 都 很 低 而 理 想 情 况 是, 整 流 比 应 该 非 常 高 为 了 克 服 非 对 称 分 子 设 计 的 相 关 问 题, 文 卡 塔 拉 曼 的 团 队 将 重 点 放 在 为 分 子 结 构 创 造 一 个 不 对 称 的 环 境 上 他 们 的 方 法 相 当 简 单 用 离 子 溶 液 包 围 活 性 分 子, 并 用 不 同 大 小 的 金 属 电 极 接 触 分 子 结 果, 他 们 获 得 的 单 分 子 二 极 管 的 整 流 比 达 到 了 250, 比 以 前 的 设 计 高 出 50 倍 文 卡 塔 拉 曼 指 出, 二 极 管 中 的 开 电 流 可 超 过 0.1 微 安, 对 于 单 分 子 而 言, 这 个 电 流 已 经 很 大 了 此 外, 新 技 术 很 容 易 实 施, 可 以 应 用 于 所 有 类 型 的 纳 米 器 件, 包 括 那 些 用 石 墨 烯 电 极 制 造 的 器 件 6

11 能 够 采 用 化 学 和 物 理 学 概 念 设 计 一 个 分 子 电 路, 并 让 它 具 备 一 定 的 功 能 性, 这 是 很 令 人 惊 异 的 文 卡 塔 拉 曼 说, 由 于 尺 度 如 此 之 小, 量 子 力 学 效 应 绝 对 是 这 一 器 件 的 一 个 重 要 方 面 因 此, 能 够 创 建 一 个 看 不 见 却 表 现 得 与 预 期 一 致 的 东 西, 这 是 一 个 真 正 的 成 功 研 究 团 队 目 前 正 在 努 力 理 解 这 项 成 果 背 后 的 物 理 基 础, 并 试 图 使 用 新 的 分 子 系 统, 进 一 步 提 高 整 流 比 德 发 明 太 阳 能 电 解 水 制 氢 新 工 艺 作 者 : 顾 钢 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 德 国 柏 林 的 赫 尔 姆 茨 太 阳 能 燃 料 研 究 所 研 究 人 员 应 用 特 殊 纳 米 材 料, 日 前 发 明 了 高 效 利 用 太 阳 能 制 氢 新 工 艺 这 种 纳 米 材 料 可 以 使 太 阳 能 转 化 为 电 能 的 效 率 达 到 80% 新 工 艺 采 用 的 是 水 电 解 原 理 在 中 学 课 堂 上 我 们 就 知 道, 将 两 根 电 极 插 入 水 中, 在 电 磁 场 作 用 下, 水 可 以 分 解 成 氢 气 和 氧 气 氢 是 一 种 可 以 存 储 的 能 源, 氢 燃 料 电 池 可 以 应 用 在 汽 车 等 众 多 领 域 通 常 电 解 水 需 要 耗 费 大 量 电 能, 在 产 生 氢 能 的 同 时 又 在 消 耗 能 源 这 种 能 源 转 化 并 不 经 济, 于 是 赫 尔 姆 茨 太 阳 能 燃 料 研 究 所 研 究 人 员 想 到 了 利 用 太 阳 能, 但 是 太 阳 能 的 能 源 转 换 效 率 通 常 比 较 低, 不 能 满 足 电 解 水 需 要, 为 此 他 们 研 究 出 一 种 纳 米 材 料 电 极 这 种 电 极 可 以 大 大 提 高 太 阳 能 转 换 为 电 能 的 效 率, 从 而 提 高 电 解 水 的 制 氢 能 力 研 发 利 用 太 阳 能 电 解 水 的 电 极 材 料 并 不 是 件 容 易 的 事, 因 为 电 解 水 制 氢 过 程 最 好 是 在 酸 性 环 境 下 进 行, 但 这 样 的 环 境 容 易 使 太 阳 能 电 池 生 锈, 而 且 采 用 传 统 电 极 需 要 昂 贵 的 稀 有 金 属 铂 或 铂 铱 化 合 物 为 此, 研 究 人 员 想 出 一 个 解 决 办 法, 他 们 用 黄 铜 制 成 用 二 氧 化 钛 包 覆 的 透 明 轻 质 的 薄 膜 材 料 二 氧 化 钛 薄 膜 是 多 晶 体, 并 含 有 铂 纳 米 颗 粒 这 种 新 的 金 属 复 合 材 料 可 以 在 阳 光 照 射 下 产 生 0.5 伏 特 的 光 压, 以 及 每 平 方 厘 米 38 毫 安 的 光 电 能, 并 能 作 为 制 氢 的 催 化 剂, 也 可 防 止 电 极 生 锈 该 项 目 负 责 人 尼 德 利 克 称, 采 用 这 项 新 技 术 可 以 使 阳 光 中 可 见 光 的 80% 转 化 成 光 电 能 并 用 于 制 氢 目 前 该 项 目 还 有 许 多 试 验 要 做, 要 达 到 实 际 应 用 效 果, 复 合 电 极 之 间 的 电 磁 场 至 少 要 达 到 1.8 伏 特 尼 德 利 克 表 示, 我 们 的 实 验 证 明, 未 来 完 7

12 全 可 以 利 用 太 阳 能 来 生 产 氢 燃 料 我 们 已 与 一 家 公 司 合 作 使 光 制 氢 项 目 工 业 化 8

13 自 动 化 与 材 料 碳 纳 米 管 造 就 超 级 蛛 丝 作 者 : 徐 徐 文 章 来 源 : 中 国 科 学 报 发 布 时 间 : 本 报 讯 蜘 蛛 侠 一 定 会 很 嫉 妒 蜘 蛛 能 织 出 加 入 了 碳 纳 米 管 甚 至 是 石 墨 烯 的 网, 从 而 使 具 有 打 破 纪 录 特 性 的 新 材 料 拥 有 更 加 光 明 的 应 用 前 景 石 墨 烯 是 强 韧 的 人 造 材 料 之 一, 而 蜘 蛛 丝 是 最 强 韧 的 天 然 材 料 之 一 为 此, 来 自 意 大 利 特 伦 托 大 学 的 Nicola Pugno 想 知 道 如 果 将 两 者 结 合 起 来 会 发 生 什 么 科 学 家 用 碳 纳 米 管 打 造 超 级 蛛 丝 情 况 Pugno 和 他 的 同 事 抓 到 5 只 来 自 幽 灵 蛛 科 的 蜘 蛛, 并 在 它 们 身 上 喷 洒 用 水 和 200~300 纳 米 宽 的 石 墨 烯 颗 粒 混 合 而 成 的 液 体 他 们 还 将 碳 纳 米 管 和 水 喷 到 另 外 10 只 蜘 蛛 身 上, 以 对 比 两 种 材 料 的 效 果 一 些 蜘 蛛 吐 出 了 低 于 标 准 水 平 的 丝, 但 其 他 蜘 蛛 织 的 网 的 性 能 得 到 较 大 提 升 最 好 的 纤 维 来 自 被 喷 了 纳 米 管 的 蜘 蛛 : 其 硬 度 和 强 韧 度 约 是 巨 型 河 边 金 蛛 所 织 网 的 3.5 倍 比 金 蛛 织 出 的 网 更 加 强 韧 的 唯 一 天 然 材 料 是 由 一 种 被 称 为 帽 贝 的 软 体 动 物 的 牙 齿 制 成 的 材 料 Pugno 和 同 事 在 今 年 早 些 时 候 发 现 了 这 一 点 帽 贝 牙 齿 的 伸 展 性 比 蜘 蛛 丝 强, 但 硬 度 不 够 这 意 味 着 它 们 更 容 易 破 裂 该 团 队 尚 不 确 定 石 墨 烯 和 碳 纳 米 管 是 如 何 在 蛛 丝 中 终 结 的 一 种 可 能 性 是 碳 包 裹 在 丝 的 外 面, 但 Pugno 认 为, 这 不 足 以 解 释 蛛 丝 硬 度 的 增 加 相 反, 他 认 为, 蜘 蛛 吸 收 周 围 环 境 中 的 材 料, 并 在 吐 丝 时 将 它 们 融 入 蛛 丝 中 不 过, 这 样 做 是 有 代 价 的 4 只 蜘 蛛 在 被 喷 上 液 体 后 很 快 就 死 掉 了 9

14 超 越 石 墨 烯 : 二 硫 化 钼 和 黑 磷 成 材 料 学 家 新 宠 作 者 : 红 枫 文 章 来 源 : 中 国 科 学 报 发 布 时 间 : 通 常 情 况 下, 胶 带 不 会 被 看 作 是 一 种 具 有 科 学 突 破 性 的 进 展 但 是 当 英 国 曼 彻 斯 特 大 学 物 理 学 家 安 德 烈 盖 姆 (Andre Geim) 和 康 斯 坦 丁 诺 沃 肖 罗 夫 (Konstantin Novoselov)( 两 人 在 2010 年 获 得 诺 贝 尔 物 理 学 奖 )2004 年 与 同 事 在 科 学 杂 志 发 表 了 他 们 的 研 究 成 果 即 用 透 明 胶 带 从 一 块 石 墨 烯 上 剥 落 碳 原 子 的 单 原 子 薄 片, 这 一 研 究 缓 缓 拉 开 了 材 料 学 革 命 的 序 幕 自 上 述 曼 彻 斯 特 研 究 团 队 发 表 其 研 究 成 果 的 11 年 来, 相 关 领 域 的 研 究 成 果 呈 指 数 增 长, 去 年, 全 球 研 究 人 员 发 表 的 关 于 石 墨 烯 的 研 究 成 果 超 过 1.5 万 项 这 种 现 象 很 合 乎 情 理 : 石 墨 烯 是 迄 今 为 止 制 作 的 最 轻 材 料, 它 的 强 度 是 钢 的 100 倍, 比 铜 的 导 电 性 柔 韧 性 更 好, 而 且 很 大 程 度 上 是 透 明 的 研 究 人 员 设 想 了 未 来 以 石 墨 烯 为 基 础 建 造 的 每 样 产 品, 如 从 下 一 代 计 算 机 芯 片 和 柔 性 显 示 器 到 蓄 电 池 和 燃 料 电 池 然 而, 石 墨 烯 可 能 不 会 通 过 其 自 身 作 为 一 种 理 想 材 料 来 实 现 未 来 的 巨 大 影 响, 而 是 通 过 它 衍 生 的 产 物 尽 管 石 墨 烯 有 着 许 多 令 人 眼 花 缭 乱 的 优 点, 但 它 也 有 缺 点, 尤 其 是 不 能 充 当 半 导 体 这 是 微 电 子 的 基 石 现 在, 化 学 家 和 材 料 学 家 正 在 努 力 越 过 石 墨 烯, 寻 找 其 他 的 材 料 他 们 正 在 合 成 其 他 两 种 兼 具 柔 韧 性 和 透 明 度, 而 且 拥 有 石 墨 烯 无 法 企 及 的 电 子 特 性 的 二 维 片 状 材 料, 他 们 已 经 把 其 中 一 些 转 变 为 具 备 轻 量 性 和 柔 韧 性 的 快 速 电 子 和 光 学 设 备, 他 们 希 望, 这 些 材 料 可 以 作 为 未 来 产 业 的 支 柱 石 墨 烯, 打 开 二 维 材 料 新 视 野 单 层 石 墨 烯 ( 上 ) 激 发 了 科 学 家 探 索 半 导 体 单 晶 材 料 如 二 维 黑 磷 单 晶 ( 中 ) 和 二 硫 化 钼 ( 下 ) 的 热 情 图 片 来 源 : C. BICKEL 从 某 种 意 义 上 说, 二 维 材 料 并 不 是 全 新 的 技 术 研 究 人 员 自 上 世 纪 60 年 代 就 利 用 分 子 数 外 延 (MBE) 机 器 开 发 出 原 子 形 态 的 薄 片 材 料 但 是 MBE 机 器 通 常 被 用 于 10

15 储 存 如 硅 和 砷 化 镓 等 材 料 这 些 晶 体 材 料 的 原 子 结 构 通 常 倾 向 于 形 成 三 维 结 构 从 这 个 层 面 看, 由 MBE 机 器 制 作 的 原 子 层 就 像 一 片 奶 酪, 是 三 维 材 料 的 二 维 版 本 石 墨 烯 有 所 不 同, 它 更 像 一 本 书 中 的 纸 页, 中 国 台 湾 新 竹 国 立 清 华 大 学 材 料 学 教 授 Yi-Hsien Lee 说 让 科 学 家 大 吃 一 惊 的 是, 当 他 们 近 距 离 研 究 石 墨 烯 时, 却 发 现 块 状 石 墨 烯 中 并 不 存 在 导 电 性 和 光 学 特 征 最 大 的 教 训 是 石 墨 烯 并 没 有 那 么 不 同 中 国 上 海 复 旦 大 学 凝 聚 态 物 理 学 家 张 远 波 说, 尽 管 如 此, 研 究 人 员 表 示, 石 墨 烯 把 二 维 材 料 带 到 了 聚 光 灯 下 在 谈 及 高 科 技 设 备 时, 石 墨 烯 的 光 环 黯 淡 了 一 些 电 子 时 代 的 大 多 数 被 认 为 有 价 值 的 材 料 都 是 半 导 体, 而 石 墨 烯 更 像 一 个 金 属 导 体 石 墨 烯 确 实 是 一 种 非 常 宝 贵 的 材 料 美 国 密 歇 根 州 立 大 学 凝 聚 态 物 理 学 家 David Tomanek 说, 但 它 却 和 电 子 行 业 不 搭 边 然 而, 石 墨 烯 打 开 了 科 学 家 的 视 野, 使 他 们 把 目 光 聚 焦 于 平 面 电 子 的 新 世 界 他 们 看 到 了 与 石 墨 烯 类 似, 但 却 拥 有 新 光 电 特 征 的 材 料, 他 们 设 计 了 单 层 硅 ( 硅 烯 ) 单 层 锗 ( 锗 烯 ) 单 层 锡 ( 锡 烯 ); 他 们 创 造 了 用 氮 化 硼 制 作 的 绝 缘 体, 该 材 料 有 着 像 石 墨 烯 一 样 的 鸡 笼 式 晶 格 结 构 ; 他 们 制 作 了 可 用 于 控 制 特 定 化 学 反 应 的 高 效 催 化 剂 单 层 金 属 氧 化 物 ; 他 们 甚 至 还 在 二 维 薄 片 中 圈 入 水 分 子, 尽 管 这 样 做 有 何 用 途 目 前 仍 不 清 楚 但 就 目 前 来 看, 大 多 数 围 绕 平 面 材 料 的 研 究 工 作 聚 焦 于 两 种 材 料 : 一 种 是 叫 作 二 硫 化 钼 (MoS2) 的 化 合 物 ; 另 一 种 是 名 为 二 维 黑 磷 单 晶 ( 或 称 黑 磷 ) 的 单 层 磷 原 子 两 种 材 料 都 有 着 吸 引 人 的 电 子 特 性, 而 它 们 的 研 究 者 之 间 的 竞 争 也 极 为 激 烈 二 硫 化 钼, 光 学 设 备 优 选 材 料 在 两 种 材 料 中, 二 硫 化 钼 研 究 率 先 起 步 二 硫 化 钼 于 2008 年 合 成, 是 叫 作 过 渡 金 属 二 硫 化 物 材 料 (TMDs) 大 家 族 的 成 员 之 一 这 个 显 得 有 点 花 哨 的 名 字 代 表 了 它 们 的 结 构 : 一 个 过 渡 金 属 原 子 ( 即 钼 原 子 ) 和 一 对 包 括 硫 元 素 硒 元 素 在 内 的 来 自 元 素 周 期 表 第 16 列 的 原 子 ( 该 元 素 家 族 以 氧 族 元 素 著 称 ) 让 电 子 制 造 者 惊 喜 的 是, 所 有 TMDs 均 是 半 导 体 它 们 和 石 墨 烯 的 薄 度 近 乎 相 同 ( 在 二 硫 化 钼 中, 两 层 硫 原 子 把 一 层 钼 原 子 像 三 明 治 那 样 夹 在 中 间 ), 但 是 它 们 却 有 其 他 优 点 就 二 硫 化 钼 而 言, 优 点 之 一 是 电 子 在 平 面 薄 片 中 的 运 行 速 度, 即 电 子 迁 移 率 二 硫 化 钼 的 电 子 迁 移 速 率 大 约 是 100cm2-vs( 即 每 平 方 厘 米 每 伏 秒 通 过 100 个 电 子 ), 这 远 低 于 晶 体 硅 的 电 子 迁 移 速 率 1400 cm2-vs, 但 是 比 非 晶 硅 和 其 他 超 薄 半 导 体 的 迁 移 速 度 更 好, 科 学 家 正 在 研 究 这 些 材 料, 使 其 用 于 未 来 电 子 产 品, 如 柔 性 显 示 屏 和 其 他 可 以 灵 活 伸 展 的 电 子 产 品 研 究 表 明, 二 硫 化 钼 还 极 易 制 作, 即 便 是 制 作 大 片 的 二 维 材 料 这 让 工 程 师 能 以 非 常 快 的 速 度 检 测 它 们 在 电 子 产 品 中 的 性 能 例 如,2011 年, 由 瑞 士 联 邦 理 工 学 11

16 院 的 Andras Kis 带 领 的 研 究 团 队 在 自 然 纳 米 技 术 发 表 文 章 称, 他 们 用 仅 有 0.65 纳 米 厚 的 二 硫 化 钼 单 层 薄 片 制 作 出 首 批 晶 体 管 结 果 证 明, 那 些 产 品 以 及 随 后 的 产 品 比 技 术 更 先 进 的 以 硅 为 基 础 的 同 类 产 品 具 有 其 他 独 特 属 性 除 此 之 外, 二 硫 化 钼 还 有 其 他 令 人 向 往 的 特 性, 即 直 接 带 隙, 这 一 特 性 使 该 材 料 把 电 子 转 变 成 光 子, 反 之 亦 然 这 个 特 性 也 让 二 硫 化 钼 成 为 光 学 设 备 中 采 用 的 优 质 候 选 对 象, 这 些 设 备 诸 如 光 发 射 器 激 光 光 电 探 测 器, 甚 至 还 包 括 太 阳 能 电 池 一 些 科 学 家 表 示, 这 种 材 料 还 具 备 储 量 丰 富 价 格 低 廉 无 毒 性 等 特 点, 因 此 Yi-Hsien Lee 认 为 : 它 的 前 途 一 片 光 明 然 而,Tomanek 则 认 为, 二 硫 化 钼 的 电 子 迁 移 速 率 仍 然 不 够 高, 很 难 在 拥 挤 的 电 子 市 场 中 具 有 竞 争 优 势 其 原 因 是 这 种 材 料 的 结 构 特 征, 电 子 在 其 内 部 移 动 时, 碰 到 较 大 的 金 属 原 子 后 会 在 其 结 构 内 发 生 弹 离, 从 而 降 低 迁 移 速 度 但 也 有 科 学 家 表 示, 这 种 绊 脚 石 将 是 短 暂 性 的 研 究 人 员 正 在 试 图 绕 过 这 些 障 碍 通 过 变 得 略 厚 一 些 的 多 层 二 硫 化 钼 薄 片, 从 而 给 压 缩 电 子 提 供 选 择 路 径 使 其 绕 过 路 障 届 时, 二 硫 化 钼 的 迁 移 性 问 题 将 被 解 决 Yi-Hsien Lee 说 黑 磷, 电 子 设 备 的 材 料 新 宠 二 硫 化 钼 的 竞 争 对 手 二 维 黑 磷 单 晶 ( 又 称 黑 磷 ) 似 乎 让 科 学 家 更 为 兴 奋 二 维 黑 磷 单 晶 是 纯 磷 可 以 形 成 的 三 种 不 同 的 晶 体 结 构 ( 或 同 素 异 形 体 ) 之 一 其 他 两 种 材 料 分 别 是 用 于 制 造 烟 花 的 白 磷 和 用 于 制 造 火 柴 头 的 红 磷 二 维 黑 磷 单 晶 由 位 于 两 个 位 面 的 波 浪 形 磷 原 子 组 成, 去 年 刚 刚 合 成 但 是 其 属 性 已 经 使 它 成 为 材 料 学 界 的 宠 儿, 其 电 子 转 移 速 率 为 600 cm2-vs, 一 些 研 究 人 员 希 望 进 一 步 提 高 这 一 速 率 ; 同 时, 其 频 间 带 隙 ( 让 电 流 通 过 该 物 质 所 需 要 的 电 伏 ) 是 可 调 谐 的, 即 电 子 工 程 师 可 以 通 过 简 单 的 改 变 二 维 黑 磷 单 晶 的 叠 层 调 整 带 隙, 这 一 特 性 有 利 于 根 据 具 体 要 求 设 计 出 期 望 的 带 隙 所 有 这 些 属 性 都 让 二 维 黑 磷 单 晶 成 为 一 种 超 级 材 料 Tomanek 说 研 究 人 员 正 在 以 极 快 的 速 度 推 进 二 维 黑 磷 单 晶 的 产 品 化 去 年 3 月 2 日, 张 远 波 和 复 旦 大 学 的 其 他 同 事 在 线 发 表 于 自 然 纳 米 技 术 的 报 告 称, 他 们 制 作 出 了 基 于 二 维 黑 磷 单 晶 的 晶 体 三 极 管 这 一 产 品 在 计 算 机 逻 辑 电 路 中 发 挥 着 心 脏 作 用 两 周 以 后,Tomanek 和 同 事 也 在 美 国 化 学 学 会 纳 米 期 刊 上 发 表 了 他 们 利 用 二 维 黑 磷 单 晶 制 作 出 的 晶 体 管 的 报 告 然 而, 不 幸 的 是, 二 维 黑 磷 单 晶 在 空 气 中 不 稳 定 在 24 小 时 后, 我 们 可 以 看 到 材 料 表 面 的 气 泡, 然 后 整 个 设 备 在 数 日 内 就 会 失 效 得 州 大 学 奥 斯 汀 分 校 二 维 黑 磷 单 晶 专 家 Joon-Seok Kim 说 专 家 表 示, 其 中 的 罪 魁 祸 首 是 水 蒸 气, 它 会 和 磷 发 生 反 应, 把 磷 转 化 为 磷 酸 并 导 致 材 料 腐 蚀 尽 管 如 此,Kim 的 研 究 团 队 和 其 他 科 研 人 员 依 然 在 设 法 解 决 这 一 问 题 例 如,Kim 在 今 年 3 月 份 美 国 物 理 学 会 的 一 次 12

17 报 告 中 表 示, 他 和 同 事 已 经 可 以 让 基 于 二 维 黑 磷 单 晶 的 晶 体 管 持 续 工 作 3 个 月 通 过 把 它 们 封 装 在 氧 化 铝 和 聚 四 氟 乙 烯 的 隔 层 中 然 而,Yi-Hsien Lee 却 认 为 这 种 方 法 并 不 能 保 证 该 材 料 的 长 期 稳 定 性 你 可 以 在 产 品 上 加 一 层 保 护 层, 但 这 仅 仅 是 减 缓 了 老 化 速 率 他 争 论 说, 二 维 黑 磷 单 晶 之 所 以 获 得 一 些 研 究 人 员 的 青 睐, 是 因 为 这 种 材 料 易 于 上 手 : 像 石 墨 烯 那 样, 可 以 轻 而 易 举 地 用 透 明 胶 带 剥 落 黑 磷 的 薄 片 这 是 同 一 种 方 法 Yi-Hsien Lee 说, 但 这 并 不 意 味 着, 二 维 黑 磷 单 晶 前 景 大 好 最 终, 两 种 材 料 或 许 都 有 很 大 的 发 展 空 间 我 们 才 刚 刚 入 门 佛 罗 里 达 州 立 大 学 物 理 学 家 Luis Balicas 说 他 表 示, 随 着 时 间 的 发 展, 工 程 师 将 利 用 二 硫 化 钼 与 光 的 强 相 互 作 用 制 作 太 阳 能 电 池 光 发 射 器 和 其 他 光 学 设 备 ; 同 时 增 强 二 维 黑 磷 单 晶 的 高 电 子 迁 移 率, 并 用 其 制 作 电 子 设 备 应 急 机 器 人 前 景 看 好 作 者 : 鲁 捷 文 章 来 源 : 中 国 科 学 报 发 布 时 间 : 应 急 响 应 机 器 人 的 实 际 应 用 一 直 存 在 许 多 限 制, 如 其 移 动 性 和 灵 巧 性 有 限, 仅 相 当 于 一 岁 孩 童 的 水 平, 同 时 自 主 性 也 仅 局 限 于 一 次 完 成 一 个 任 务 这 些 问 题 没 有 比 4 年 前 日 本 福 岛 核 事 故 中 的 经 历 更 令 人 刻 骨 铭 心 了, 当 时 一 个 机 器 人 小 队 被 派 去 协 助 工 作 人 员 解 决 福 岛 第 一 核 电 站 的 问 题, 然 而 这 些 机 器 人 大 多 数 时 间 都 在 边 线 上 徘 徊, 留 下 人 类 去 完 成 最 危 险 的 任 务 接 下 来 的 几 年, 全 球 机 器 人 研 究 迅 速 发 展, 近 日 美 国 国 防 高 级 研 究 有 人 在 家 吗? 机 器 人 航 空 ( 左 ) 和 黑 猩 猩 在 美 国 国 防 高 级 研 究 计 划 局 机 器 人 挑 战 赛 上 一 决 高 下 图 片 来 源 : DARPA 计 划 局 (DARPA) 将 主 办 最 后 一 轮 的 机 器 人 比 赛, 旨 在 构 建 在 灾 难 来 袭 时 可 以 发 挥 作 13

18 用 的 自 主 化 机 器 人 共 有 25 个 国 际 团 队 将 在 今 年 6 月 5 日 和 6 日 参 加 竞 赛, 赢 取 总 额 达 350 万 美 元 的 三 类 奖 金 进 入 最 终 一 轮 竞 赛 的 机 器 人 将 要 在 最 短 的 时 间 内 在 DARPA 越 野 障 碍 训 练 场 上 完 成 8 个 不 同 任 务 训 练 场 的 环 境 设 计 模 拟 了 灾 后 人 难 以 涉 足 的 极 度 危 险 区 域 作 为 一 项 附 加 挑 战,DARPA 在 比 赛 过 程 中 还 会 有 意 降 低 机 器 人 和 操 控 人 员 之 间 的 联 系, 从 而 构 建 一 名 应 急 响 应 机 器 人 在 福 岛 事 故 中 曾 经 历 过 的 一 幕 当 机 器 人 在 2011 年 3 月 抵 达 福 岛 后, 它 们 面 临 的 是 被 核 辐 射 污 染 的 设 施 以 及 泛 滥 的 腐 蚀 性 海 水 彼 时, 一 场 9.0 级 的 海 底 地 震 导 致 海 啸, 并 使 大 规 模 海 水 进 入 核 电 站, 让 需 要 用 来 冷 却 反 应 堆 的 应 急 发 电 机 失 灵, 接 下 来 3 周 又 接 连 发 生 了 反 应 堆 熔 化 气 体 爆 炸 和 辐 射 泄 漏 等 事 件, 使 事 故 不 断 升 级 应 急 人 员 很 快 发 现, 机 器 人 缺 少 辐 射 屏 蔽, 加 上 其 他 一 些 因 素, 导 致 人 机 交 流 不 畅, 机 器 人 多 次 需 要 在 无 人 指 挥 的 情 况 下 运 作 来 自 irobot 公 司 和 Honeywell 公 司 ( 两 者 都 受 到 DARPA 的 经 费 支 持 ) 的 机 器 人 最 终 帮 助 做 了 一 些 损 伤 评 估 和 清 理 工 作, 目 前 仍 有 一 些 机 器 人 在 福 岛 继 续 工 作, 但 是 当 福 岛 第 一 核 电 站 在 突 发 应 急 中 处 于 最 危 险 的 状 态 时, 它 们 发 挥 的 作 用 却 非 常 有 限 据 了 解, 此 前 一 轮 的 DARPA 机 器 人 挑 战 赛 曾 要 求 机 器 人 执 行 接 合 应 急 电 路 从 俯 卧 姿 起 身 行 走 10 米 不 倒 穿 越 障 碍 以 及 让 一 个 环 形 阀 旋 转 360 度 等 决 赛 的 挑 战 任 务 有 些 类 似, 但 是 却 并 不 相 同, 各 个 团 队 要 展 示 机 器 人 的 灵 活 性, 并 且 不 能 提 前 准 备 他 们 的 机 器 人 将 要 执 行 的 动 作 任 务 飞 机 可 自 愈 : 材 料 快 速 凝 固 修 复 翼 面 作 者 : 左 昌 文 章 来 源 : 参 考 消 息 发 布 时 间 : 英 国 每 日 邮 报 网 站 6 月 9 日 发 表 题 为 飞 机 可 能 很 快 将 拥 有 自 愈 机 翼 : 突 破 性 材 料 可 像 血 液 一 样 凝 固, 帮 助 翼 面 进 行 自 我 修 复 的 报 道 称, 机 翼 上 的 细 小 裂 缝 可 能 导 致 飞 机 停 飞, 从 而 造 成 数 14

19 百 万 英 镑 的 损 失 但 英 国 化 学 家 有 了 解 决 方 法 一 种 自 我 修 复 的 化 合 物, 它 能 使 机 翼 像 人 体 皮 肤 一 样 进 行 自 我 修 复 报 道 称, 这 种 化 合 物 还 可 被 用 于 制 造 自 我 修 复 式 手 机 屏 幕 和 自 动 修 复 缺 口 的 指 甲 油 据 说, 在 英 国 布 里 斯 托 尔 大 学 进 行 的 这 项 研 究 是 从 一 个 信 封 的 背 面 开 始 的, 以 寻 找 防 止 机 翼 等 处 出 现 细 小 裂 缝 的 方 法 报 道 称, 他 们 的 解 决 方 法 涉 及 将 空 心 的 微 球 体 加 入 碳 纤 维 复 合 材 料 中 这 些 材 料 受 到 撞 击 时 会 破 裂, 释 放 出 一 种 液 体 修 复 剂, 这 种 修 复 剂 会 渗 入 破 损 的 裂 缝 中 报 道 称, 修 复 剂 接 着 会 遇 到 催 化 剂, 催 化 剂 会 引 发 快 速 的 化 学 反 应 使 修 复 剂 硬 化 试 验 显 示, 修 复 后 的 材 料 与 破 损 前 一 样 坚 固 完 全 硬 化 需 要 数 小 时 至 一 天, 温 度 越 高 速 度 越 快 首 席 研 究 员 研 究 催 化 作 用 的 教 授 邓 肯 沃 斯 解 释 说 : 我 们 从 人 体 获 得 了 灵 感 我 们 没 有 进 化 到 可 以 抵 御 任 何 伤 害 的 程 度, 如 果 我 们 可 以 像 这 样, 我 们 的 皮 肤 将 和 犀 牛 的 一 样 厚 但 如 果 我 们 受 伤 了, 伤 口 会 流 血, 然 后 结 疤, 最 后 愈 合 我 们 只 是 使 合 成 材 料 拥 有 了 同 样 的 功 能 : 制 作 某 种 可 以 自 愈 的 材 料 研 究 团 队 花 了 3 年 的 时 间 发 展 这 一 技 术, 如 今 正 计 划 在 不 久 的 将 来 将 其 推 向 市 场, 欧 莱 雅 已 表 示 对 此 有 兴 趣 沃 斯 教 授 还 说 : 我 们 无 疑 将 进 入 这 样 一 个 阶 段, 即 今 后 5 到 10 年 里, 将 出 现 破 损 后 可 以 自 我 修 复 的 手 机 屏 幕 等 东 西 这 一 研 究 成 果 是 在 英 国 皇 家 学 会 的 催 化 改 进 协 会 大 会 上 首 次 展 示 的 报 道 称, 自 愈 技 术 问 世 于 2001 年, 当 时 美 国 伊 利 诺 伊 大 学 的 研 究 人 员 创 造 了 一 种 可 以 自 我 修 复 的 塑 料, 人 们 目 前 正 在 研 究 自 愈 式 混 凝 土 伊 利 诺 伊 大 学 的 研 究 团 队 2014 年 创 造 了 一 种 聚 合 物 根 据 他 们 的 展 示, 这 种 聚 合 物 可 以 修 复 直 径 长 达 3 厘 米 的 孔 洞 报 道 称, 除 了 帮 助 挽 救 生 命 外, 自 愈 技 术 还 可 以 大 大 降 低 航 空 公 司 安 检 工 作 的 成 本 此 外, 荷 兰 代 尔 夫 特 理 工 大 学 的 研 究 人 员 将 通 常 在 活 火 山 附 近 出 现 的 一 种 细 菌 与 乳 酸 钙 一 起 混 入 混 凝 土 当 混 凝 土 出 现 裂 缝 时, 将 水 倒 入 裂 缝, 水 便 会 唤 醒 这 种 细 菌 一 旦 活 跃 起 来, 这 种 细 菌 便 会 吞 食 乳 酸 钙 并 分 泌 使 裂 缝 闭 合 的 石 灰 石 15

20 生 物 混 凝 土 可 自 动 修 复 裂 缝 作 者 : 常 丽 君 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 还 记 得 终 结 者 电 影 里 那 个 受 伤 后 能 自 动 愈 合 的 机 器 人 吗? 它 的 神 奇 能 力 要 归 功 于 液 态 金 属 合 金 最 近, 荷 兰 代 尔 夫 特 理 工 大 学 微 生 物 家 造 出 了 类 似 的 酷 材 料 : 自 动 愈 合 的 生 物 混 凝 土, 能 在 一 种 产 石 灰 石 细 菌 的 帮 助 下 有 效 修 复 自 身 裂 缝 混 凝 土 是 世 界 上 最 普 遍 的 建 筑 材 料, 无 论 多 么 细 心 地 混 合 加 固, 所 有 的 混 凝 土 最 终 都 会 产 生 裂 缝, 有 时 裂 缝 还 会 导 致 建 筑 物 倒 塌 因 此 人 们 一 直 在 想 方 设 法 让 混 凝 土 更 加 耐 用 混 凝 土 裂 缝 会 产 生 渗 漏 如 果 墙 壁 地 板 上 有 裂 缝, 地 下 室 车 库 就 可 能 进 水, 水 渗 入 混 凝 土 内 的 钢 筋 会 使 钢 筋 锈 蚀, 建 筑 物 就 有 垮 塌 的 风 险 代 尔 夫 特 理 工 大 学 微 生 物 教 授 汉 克 约 克 斯 说, 我 们 发 明 了 一 种 生 物 混 凝 土 利 用 微 生 物 自 动 愈 合 的 混 凝 土 据 雅 虎 网 站 17 日 报 道, 约 克 斯 自 2006 年 起 就 开 始 研 究 这 种 生 物 混 凝 土 当 时 一 名 混 凝 土 技 术 专 家 提 出, 可 否 用 细 菌 让 混 凝 土 自 行 修 复 解 决 这 一 问 题 面 临 许 多 挑 战 混 凝 土 就 像 岩 石 一 样, 非 常 干 燥 而 且 碱 性 极 强, 修 复 细 菌 在 被 水 激 活 之 前, 必 须 长 年 处 于 休 眠 状 态 约 克 斯 最 终 选 择 了 孢 芽 杆 菌, 因 为 它 们 喜 欢 碱 性 环 境, 产 生 的 孢 子 在 没 有 食 物 和 氧 气 的 情 况 下 能 存 活 几 十 年 约 克 斯 说 : 之 后 的 难 题 是, 细 菌 不 仅 要 能 在 混 凝 土 中 被 激 活, 还 要 能 产 生 修 复 材 料 石 灰 石 细 菌 必 须 有 食 物 糖 是 一 种 选 择, 但 糖 会 让 混 凝 土 变 软 变 脆 弱 最 后 他 选 择 了 乳 酸 钙 约 克 斯 把 细 菌 和 乳 酸 钙 装 进 生 物 降 解 塑 料 做 成 的 胶 囊, 然 后 把 胶 囊 加 入 到 湿 的 混 凝 土 中 混 合 生 物 混 凝 土 看 起 来 和 普 通 混 凝 土 一 样, 只 是 添 加 了 额 外 成 分 愈 合 剂 混 凝 土 出 现 裂 缝 后, 水 进 入 裂 缝 打 开 胶 囊, 细 菌 则 开 始 发 芽 增 殖 并 食 用 乳 酸 钙, 通 过 代 谢 把 钙 和 碳 酸 离 子 结 合, 形 成 方 解 石 或 石 灰 石, 逐 渐 弥 合 裂 缝 约 克 斯 希 望, 这 种 混 凝 土 能 开 启 一 个 生 物 建 筑 的 新 时 代 这 是 自 然 与 建 筑 材 料 的 结 合, 大 自 然 无 偿 供 给 我 们 很 多 有 用 东 西 比 如 这 种 产 石 灰 石 的 细 菌 如 果 我 们 把 它 填 充 到 建 筑 材 料 中, 确 实 很 有 益 处 这 是 以 一 种 新 理 念 把 自 然 与 建 筑 环 境 结 合 在 一 起 的 好 例 子 16

21 石 墨 烯 墨 水 打 印 出 射 频 天 线 作 者 : 房 琳 琳 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 科 学 家 将 石 墨 烯 材 料 的 应 用 又 向 前 推 进 了 一 大 步 英 国 曼 彻 斯 特 大 学 研 究 人 员 与 石 墨 烯 生 产 商 BGT 材 料 有 限 公 司 合 作, 用 压 缩 石 墨 烯 墨 水 打 印 出 射 频 天 线 这 种 天 线 灵 活 环 保, 可 廉 价 大 批 量 生 产, 能 够 应 用 在 无 线 射 频 识 别 (RFID) 标 签 和 无 线 传 感 器 上, 该 成 果 发 表 在 最 近 一 期 应 用 物 理 快 报 上 自 从 2004 年 石 墨 烯 第 一 次 被 分 离 出 来, 其 神 奇 的 性 能 一 直 被 广 泛 深 入 地 研 究 第 一 个 商 业 石 墨 烯 产 品 是 导 电 油 墨, 可 以 用 于 印 刷 电 路 和 其 他 电 子 元 器 件 石 墨 烯 油 墨 成 本 低 且 很 柔 软, 比 其 他 如 纳 米 金 属 粒 子 导 电 油 墨 的 性 能 还 要 强 大 很 多 为 了 让 石 墨 烯 片 层 更 好 地 溶 于 墨 水, 有 时 候 会 在 其 中 添 加 黏 结 剂 帮 助 墨 水 凝 固 这 种 石 墨 烯 墨 水 必 须 经 过 高 温 退 火 才 能 达 到 使 用 目 的, 然 而 退 火 过 程 会 破 坏 打 印 石 墨 烯 的 材 料 纸 张 或 塑 料 表 面 据 物 理 学 家 组 织 网 5 月 20 日 报 道, 研 究 人 员 发 现 了 一 个 不 需 黏 合 剂 就 可 增 加 石 墨 烯 墨 水 导 电 性 的 方 法 他 们 首 先 进 行 打 印, 然 后 干 燥 墨 水, 接 下 来 用 滚 筒 压 制, 就 像 用 压 路 机 反 复 碾 压 新 铺 的 路 面 那 样 实 验 结 果 显 示, 压 缩 墨 水 的 导 电 率 提 高 了 50 倍, 石 墨 烯 层 压 板 也 比 以 往 掺 了 黏 合 剂 的 石 墨 烯 墨 水 导 电 快 两 倍 研 究 人 员 称 : 高 导 电 性 让 无 线 射 频 辐 射 更 有 效 率, 这 是 试 验 中 最 令 人 兴 奋 的 方 面 在 纸 和 塑 料 等 廉 价 灵 活 的 材 料 上 印 刷 电 子 技 术, 意 味 着 RFID 标 签 等 无 线 技 术 更 加 无 处 不 在, 从 一 头 牛 到 一 个 汽 车 零 件, 随 处 都 可 应 用 目 前, 大 多 数 商 用 RFID 标 签 由 金 属 铝 和 铜 组 成, 材 料 昂 贵 制 作 过 程 复 杂, 而 基 于 石 墨 烯 的 RFID 标 签 能 够 大 幅 度 降 低 材 料 成 本 该 研 究 团 队 已 经 开 始 计 划 开 发 石 墨 烯 RFID 标 签, 以 及 传 感 器 和 可 穿 戴 电 子 产 品 了 总 编 辑 圈 点 石 墨 烯 时 代 能 否 颠 覆 硅 时 代? 除 了 取 决 于 石 墨 烯 自 身 具 有 的 多 种 优 异 性 能, 更 为 关 键 的 是 将 这 些 性 能 发 挥 出 来 的 制 造 工 艺, 可 以 让 石 墨 烯 在 更 大 面 积 上 保 持 导 电 性 和 机 械 性 等 石 墨 烯 墨 水 并 不 新 鲜, 因 其 成 本 低 印 刷 面 积 大 且 可 适 用 于 柔 性 基 底, 一 直 备 受 追 捧, 不 断 有 改 良 方 法 出 现 本 研 究 将 石 墨 烯 打 印 技 术 又 向 前 推 进 了 一 步 当 前 正 处 于 向 可 穿 戴 设 备 和 下 一 代 信 息 技 术 过 渡 的 时 期, 希 望 强 烈 的 市 场 需 求 能 促 使 该 技 术 迅 速 走 向 成 熟 17

22 德 国 研 制 能 相 互 协 同 动 作 的 机 器 人 蚂 蚁 文 章 来 源 : 科 技 部 发 布 时 间 : 在 自 然 界, 数 百 只 蚂 蚁 能 高 度 协 同 行 动 搬 运 一 件 食 物, 其 组 织 和 相 互 间 协 同 程 度 令 人 惊 叹, 科 学 家 们 长 期 以 来 试 图 用 人 工 智 能 手 段 模 仿 这 一 过 程 德 国 乌 尔 姆 大 学 的 科 研 人 员 应 用 仿 生 学 原 理, 研 发 出 一 种 机 器 人 蚂 蚁 - BionicANTs, 这 种 模 仿 蚂 蚁 外 型 的 机 器 人 长 度 约 14 厘 米, 部 件 采 用 激 光 烧 结 成 型 技 术 制 造, 体 表 植 入 微 电 子 芯 片, 蚂 蚁 腿 和 爪 子 通 过 压 电 元 件 制 成 的 执 行 机 构 进 行 精 确 快 速 的 控 制, 蚂 蚁 的 眼 睛 是 3D 成 像 装 置 和 光 学 感 应 元 件, 体 外 安 装 的 射 频 模 块 实 现 相 互 间 的 信 息 沟 通 这 种 机 器 人 蚂 蚁 可 以 模 仿 自 然 界 蚂 蚁 的 行 为 据 科 研 人 员 介 绍, 这 一 系 统 的 关 键 是 根 据 分 散 式 多 任 务 控 制 构 架 系 统 设 计 的 实 现 了 机 器 人 蚂 蚁 之 间 实 时 连 续 的 信 息 交 换, 而 且 所 有 参 加 任 务 的 机 器 人 蚂 蚁 均 为 独 立 行 动, 参 加 任 务 的 蚂 蚁 数 量 可 任 意 变 化 这 一 成 果 已 在 今 年 汉 诺 威 工 业 博 览 会 上 展 示 科 研 人 员 说, 仿 生 机 器 人 蚂 蚁 的 意 义 绝 不 只 是 一 个 玩 具, 因 为 它 实 现 了 分 散 自 动 化 系 统 的 协 同 行 动, 这 是 工 业 4.0 领 域 的 重 大 课 题, 在 其 它 领 域 也 有 重 大 应 用 前 景 德 科 学 家 发 明 超 强 记 忆 新 材 料 作 者 : 顾 钢 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 德 国 基 尔 大 学 研 究 人 员 新 发 明 了 一 种 镍 钛 铜 记 忆 合 金, 其 变 形 次 数 可 以 达 到 千 万 次 不 会 断 裂, 而 通 常 合 金 材 料 变 形 几 千 次 就 会 断 裂 这 一 新 材 料 在 微 电 子 和 光 学 器 件 传 感 器 医 疗 器 件 等 众 多 领 域 将 有 广 泛 的 应 用 前 景 科 学 家 早 在 上 世 纪 60 年 代 就 发 明 了 镍 钛 记 忆 合 金, 这 种 合 金 在 受 热 和 冷 却 时 会 变 形, 并 很 快 会 恢 复 到 最 初 机 械 加 工 时 确 定 的 形 状 我 们 熟 悉 的 大 多 数 合 金 在 两 种 晶 格 状 态 下 转 变 几 千 次, 就 会 出 现 裂 纹 甚 至 断 裂, 德 国 基 尔 大 学 专 家 匡 特 在 科 18

23 学 杂 志 上 发 表 的 论 文 中 解 释 说, 这 是 因 为 在 金 属 高 温 相 ( 奥 氏 体 ) 会 出 现 越 来 越 多 的 低 温 相 ( 马 氏 体 ) 晶 体 结 构, 两 相 之 间 的 转 换 不 完 全 会 导 致 合 金 断 裂 匡 特 领 导 的 研 究 小 组 发 明 的 记 忆 合 金 单 元 是 由 54 个 钛 原 子 34 个 镍 原 子 以 及 12 个 铜 原 子 组 成, 研 究 人 员 在 22 摄 氏 度 至 87 摄 氏 度 下, 通 过 高 倍 电 子 显 微 镜 和 X 光 射 线 检 测 发 现, 这 种 成 分 组 成 的 记 忆 合 金 可 以 经 受 千 万 次 的 变 形 而 不 会 出 现 裂 纹 研 究 人 员 在 显 微 镜 下 还 能 看 到 马 氏 体 完 全 转 化 为 奥 氏 体 时, 两 个 钛 原 子 和 铜 原 子 在 晶 格 中 沉 积, 钛 原 子 和 铜 原 子 的 沉 积, 构 成 了 晶 体 在 两 个 相 中 的 基 本 结 构, 他 们 称 这 种 现 象 为 外 延 生 长 美 国 明 尼 苏 达 大 学 专 家 詹 姆 斯 两 年 前 发 明 的 一 种 锌 金 铜 记 忆 合 金 也 有 类 似 的 特 性, 这 种 合 金 可 以 经 受 次 冷 热 变 形 不 会 产 生 裂 纹 当 年 詹 姆 斯 研 究 小 组 的 这 项 发 明 被 刊 登 在 自 然 杂 志 上 科 学 杂 志 评 价 认 为, 德 国 基 尔 大 学 的 这 项 发 明 大 大 拓 宽 了 记 忆 合 金 的 应 用 领 域, 电 磁 耦 合 器 温 度 传 感 器 微 电 子 和 光 学 器 件 信 息 存 储 介 质, 以 及 医 疗 领 域 中 的 人 工 心 脏 瓣 膜 等 都 有 广 泛 应 用 潜 力 另 外, 还 可 以 利 用 这 种 记 忆 合 金 将 外 界 和 环 境 中 的 热 能 转 化 为 电 能, 或 开 发 新 的 冷 却 单 元 美 合 成 可 替 代 稀 土 的 磁 性 纳 米 材 料 作 者 : 王 小 龙 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 美 国 弗 吉 尼 亚 联 邦 大 学 的 一 个 研 究 小 组 宣 称, 他 们 合 成 出 一 种 新 型 磁 性 材 料, 在 磁 性 方 面 可 媲 美 稀 土 制 传 统 永 磁 材 料, 有 望 降 低 工 业 生 产 中 对 稀 土 资 源 的 依 赖 负 责 此 项 研 究 的 弗 吉 尼 亚 联 邦 大 学 物 理 和 人 文 学 院 教 授 希 夫 卡 纳 说, 该 发 现 开 辟 了 一 条 人 工 新 材 料 赶 超 传 统 永 磁 材 料 的 全 新 路 径 相 关 论 文 发 表 在 最 新 一 期 应 用 物 理 学 快 报 上 这 种 新 材 料 由 铁 纳 米 颗 粒 以 及 具 有 磁 性 的 钴 和 碳 纳 米 颗 粒 构 成, 后 两 者 的 尺 寸 大 约 为 5 纳 米 左 右 实 验 显 示, 这 种 材 料 在 磁 性 方 面 完 全 能 够 媲 美 那 些 由 稀 土 制 成 的 传 统 的 永 磁 材 料 此 外, 这 种 材 料 还 能 在 摄 氏 度 的 高 温 下 存 储 信 息, 具 有 良 好 的 耐 热 性 和 稳 定 性, 并 具 备 长 程 有 序 的 特 点, 在 数 据 存 储 应 用 领 域 也 有 潜 在 的 应 用 价 值 19

24 稀 土 具 有 工 业 维 生 素 的 美 誉, 如 今 是 极 其 重 要 的 战 略 资 源, 在 石 油 化 工 冶 金 纺 织 等 领 域 具 有 广 泛 的 应 用 价 值 特 别 是 那 些 用 稀 土 制 成 的 永 磁 材 料, 对 通 讯 电 子 以 及 汽 车 制 造 等 行 业 而 言 更 是 必 不 可 少 此 外, 随 着 绿 色 科 技 市 场 的 出 现 和 快 速 发 展, 纯 电 动 以 及 混 合 电 动 汽 车 直 驱 风 力 发 电 机 动 力 系 统 和 储 能 系 统 的 市 场 越 来 越 大, 永 磁 材 料 及 稀 土 资 源 的 需 求 量 也 随 之 增 加, 资 源 短 缺 问 题 日 益 凸 显 论 文 共 同 作 者 弗 吉 尼 亚 联 邦 大 学 博 士 后 艾 哈 迈 德 埃 尔 詹 蒂 说, 对 解 决 稀 土 资 源 短 缺 而 言 这 是 一 项 重 要 的 发 现 该 校 纳 米 科 学 与 纳 米 科 技 项 目 负 责 人 埃 弗 雷 特 卡 彭 特 教 授 表 示, 这 种 新 材 料 已 经 显 示 出 了 很 多 出 色 的 特 性, 有 些 方 面 甚 至 超 过 了 传 统 永 磁 材 料 美 军 研 发 隐 身 军 装 作 者 : 鲁 捷 文 章 来 源 : 中 国 科 学 报 发 布 时 间 : 本 报 讯 美 国 陆 军 希 望 为 士 兵 制 作 隐 身 衣 不 止 如 此, 它 还 宣 布, 希 望 在 18 个 月 内 验 证 最 佳 候 选 人 的 想 法 觉 得 这 有 些 不 现 实? 或 许, 它 并 不 像 你 想 的 那 样 遥 远 2006 年, 伦 敦 大 学 帝 国 学 院 理 论 物 理 学 家 John Pendry 证 明, 可 以 使 光 线 沿 着 一 个 物 体 弯 曲, 并 通 过 使 用 超 材 料 ( 在 微 观 层 次 构 建 的 可 以 让 电 磁 波 通 过 的 结 构 ) 使 其 隐 藏 自 那 时 起, 出 现 了 很 多 自 诩 为 隐 身 衣 的 装 备, 但 这 些 装 备 主 要 用 于 实 验 室 工 作, 并 且 需 要 配 合 特 定 的 波 长 或 特 定 的 角 度 才 能 呈 现 隐 身 效 果 现 在, 美 国 军 队 请 一 些 公 司 生 产 像 变 色 龙 一 样 可 以 根 据 环 境 背 景 发 生 变 化 的 可 穿 戴 隐 身 设 备 此 前 一 些 方 案 曾 利 用 诸 如 LEDs 灯 的 办 法, 但 却 受 到 电 力 和 计 算 要 求 的 阻 碍 同 时, 尽 管 该 方 法 可 以 使 光 线 弯 曲, 但 却 不 能 让 物 体 完 全 消 失 让 带 有 颜 色 的 宏 观 物 体 完 全 消 失, 基 本 上 不 可 能 来 自 德 国 卡 尔 斯 鲁 厄 理 工 学 院 的 Martin Wegener 说 他 的 研 究 团 队 曾 利 用 光 子 晶 体 制 作 出 可 在 一 定 波 长 下 隐 身 的 服 装, 但 根 据 相 对 论, 在 整 个 色 谱 的 范 围 内 让 光 线 发 生 弯 曲 并 不 可 能 这 意 味 着, 你 在 某 种 颜 色 中 对 一 个 物 体 看 得 并 不 明 显 ; 但 在 其 他 所 有 颜 色 背 景 中, 均 可 以 看 到 该 物 体 Wegener 说 这 些 隐 身 衣 穿 戴 者 可 在 一 些 波 长 中 被 有 效 地 透 明 化, 但 并 非 在 所 有 波 长 中 均 是 如 此, 而 是 让 他 们 表 现 为 带 有 颜 色 的 阴 影 或 20

25 是 重 影 候 选 公 司 将 在 未 来 6 个 月 向 美 国 陆 军 证 明 其 方 法 的 可 行 性, 通 过 竞 赛 的 候 选 者 接 下 来 1 年 将 要 提 交 10 件 服 装 原 型 接 受 检 测 首 款 全 彩 柔 性 超 薄 显 示 屏 问 世 作 者 : 刘 霞 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 想 像 一 下 : 如 果 士 兵 迷 彩 服 能 随 环 境 改 变 颜 色 和 图 案, 他 们 会 不 会 更 安 心? 婚 礼 上 有 人 跟 你 撞 衫, 而 你 能 瞬 间 变 换 衣 服 的 颜 色, 是 不 是 很 爽? 现 在, 美 国 中 佛 罗 里 达 大 学 (UCF) 研 制 出 的 全 球 首 款 全 彩 色 柔 性 薄 膜 反 射 显 示 屏, 让 这 些 变 成 了 现 实 领 导 此 项 研 究 的 UCF 纳 米 科 学 技 术 中 心 兼 光 学 光 子 学 学 院 教 授 德 巴 希 什 禅 达 解 释 说, 包 括 手 机 显 示 器 在 内 的 传 统 显 示 屏 笨 重 易 碎, 且 都 需 要 光 源 过 滤 器 以 及 玻 璃 板, 而 自 然 界 中 像 变 色 龙 这 样 的 动 物 则 天 生 自 带 纤 薄 的 可 变 色 的 柔 性 显 示 器 也 就 是 它 们 的 皮 肤, 而 且 这 种 显 示 器 并 不 需 要 光 源 研 究 人 员 发 表 在 6 月 份 自 然 通 讯 杂 志 上 的 最 新 研 究 受 到 了 自 然 界 变 色 龙 的 启 发, 这 款 超 薄 显 示 屏 通 过 外 部 施 加 的 电 压 来 改 变 自 身 的 颜 色, 不 需 要 光 源, 相 反, 它 会 反 射 周 围 的 环 境 光, 为 其 所 用 他 们 使 用 一 种 简 单 且 便 宜 的 纳 米 压 印 技 术, 制 造 出 一 种 能 吸 收 某 些 波 长 的 光 波 并 反 射 它 们 的 金 属 纳 米 结 构 这 种 金 属 纳 米 结 构 被 一 块 超 薄 的 液 晶 层 像 三 明 治 一 样 夹 在 中 间, 其 反 射 的 光 的 颜 色 通 过 施 加 于 液 晶 层 的 电 压 来 控 制 液 晶 分 子 和 纳 米 结 构 金 属 表 面 上 的 等 离 子 波 相 互 作 用, 成 就 了 这 种 全 彩 可 调 谐 的 液 晶 显 示 屏 (LCD) 与 之 前 只 能 制 造 出 单 色 调 色 板 的 LCD 相 比, 最 新 研 究 是 一 个 巨 大 的 飞 跃 禅 达 说 : 如 果 你 的 服 饰 可 以 改 变 颜 色 和 图 案, 你 还 需 要 在 衣 柜 里 摆 50 件 衣 服 吗? 据 物 理 学 家 组 织 网 报 道 称, 新 显 示 屏 超 薄, 只 有 几 微 米 厚 ( 人 类 的 头 发 直 径 则 有 100 微 米 ), 适 用 于 塑 料 和 合 成 纤 维 等 柔 性 材 料 之 上 最 新 研 究 对 目 前 的 电 视 计 算 机 和 手 机 等 电 子 设 备 将 产 生 重 大 影 响 尽 管 以 今 天 的 标 准 来 看, 这 些 设 备 的 显 示 屏 已 足 够 纤 薄, 但 在 这 款 最 新 LCD 的 映 衬 下, 它 们 还 是 显 得 非 常 笨 重 该 研 究 的 更 大 意 义 可 能 在 于, 它 将 宣 告 新 一 代 全 新 显 示 屏 的 诞 生 21

26 新 工 艺 让 锂 离 子 电 池 成 本 减 半 作 者 : 陈 丹 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 美 国 麻 省 理 工 学 院 的 研 究 人 员 与 一 家 名 为 24M 的 衍 生 公 司 合 作, 日 前 开 发 出 一 种 制 造 锂 离 子 电 池 的 先 进 工 艺, 不 仅 有 望 显 著 降 低 生 产 成 本, 还 能 提 高 电 池 性 能, 使 其 更 易 于 回 收 现 有 的 锂 离 子 电 池 制 造 方 法 还 是 20 年 前 发 明 的, 效 率 低 下, 过 程 繁 琐 麻 省 理 工 学 院 陶 瓷 工 艺 教 授 24M 公 司 联 合 创 始 人 A123 电 池 公 司 前 创 始 人 之 一 的 蒋 业 明 ( 音 译 ) 与 同 事 于 5 年 前 提 出 了 液 流 电 池 的 概 念, 以 带 有 细 微 颗 粒 的 悬 浮 液 作 为 电 极, 通 过 泵 送 的 方 式 在 电 池 中 循 环 但 分 析 表 明, 液 流 电 池 系 统 适 合 于 低 能 量 密 度 电 池, 对 于 锂 离 子 电 池 这 样 的 高 能 量 密 度 设 备 而 言, 意 味 着 成 本 的 增 加 为 此, 蒋 业 明 的 团 队 改 进 了 设 计, 新 版 本 被 称 为 半 固 体 电 池 : 电 极 材 料 不 流 动, 是 一 种 类 似 于 半 固 态 的 胶 体 悬 浮 液 据 物 理 学 家 组 织 网 报 道, 不 同 于 标 准 工 艺 需 要 在 衬 底 材 料 上 添 加 液 态 涂 层, 然 后 等 材 料 干 后 才 能 开 始 下 一 道 工 序, 新 方 法 让 电 极 材 料 始 终 处 于 液 态, 根 本 不 需 要 干 燥 该 系 统 通 过 使 用 更 少 但 更 厚 的 电 极, 将 传 统 电 池 结 构 中 的 分 层 数 量 以 及 非 功 能 性 材 料 的 用 量 减 少 了 80% 蒋 业 明 说, 新 工 艺 极 大 地 简 化 了 制 造 过 程, 生 产 成 本 可 降 低 一 半 电 池 具 有 柔 性 并 且 更 加 耐 用, 不 仅 可 弯 曲 折 叠, 即 使 被 子 弹 穿 过 也 不 会 受 损 这 种 方 法 还 可 以 按 比 例 扩 大 生 产, 据 他 估 计, 到 2020 年, 每 千 瓦 时 容 量 的 成 本 将 降 至 100 美 元 以 下 目 前 24M 公 司 已 经 在 原 型 生 产 线 上 制 造 了 大 约 块 这 样 的 电 池, 其 中 大 部 分 正 在 接 受 3 个 工 业 合 作 伙 伴 的 测 试, 包 括 泰 国 的 一 家 石 油 公 司 和 日 本 重 型 设 备 制 造 商 IHI 株 式 会 社 新 工 艺 已 获 得 8 项 专 利, 另 有 75 项 专 利 正 在 接 受 评 审 22

27 新 算 法 可 使 机 器 人 受 伤 不 下 火 线 作 者 : 王 小 龙 张 梦 然 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 不 需 要 提 前 设 定 和 人 来 操 控, 受 损 后 能 自 行 适 应 新 情 况, 改 变 移 动 方 式, 直 至 完 成 任 务 最 新 出 版 在 英 国 自 然 杂 志 上 的 一 篇 文 章 描 述 了 一 种 机 器 学 习 算 法, 能 够 让 受 损 的 机 器 人 在 短 时 间 内 适 应 新 情 况, 恢 复 执 行 任 务 的 能 力 经 试 验, 该 技 术 在 一 个 六 条 腿 走 路 的 机 器 人 和 一 个 机 械 手 臂 中 均 被 证 实 可 行, 未 来 有 望 帮 助 科 学 家 开 发 出 更 稳 健 高 效 和 自 主 的 机 器 人 法 国 科 学 家 让 - 巴 普 蒂 斯 特 穆 雷 和 他 的 研 究 团 队 开 发 的 这 种 智 能 试 错 算 法, 能 让 机 器 人 在 受 损 后 两 分 钟 内 适 应 过 来 该 算 法 使 机 器 人 能 够 预 测 哪 些 补 偿 行 为 在 遭 受 损 害 后 最 有 可 能 获 得 成 功 机 器 人 会 尝 试 各 种 预 测 结 果 良 好 的 行 为, 从 而 帮 助 它 们 恢 复 执 行 任 务 的 能 力 在 测 试 中, 机 器 人 遭 遇 了 极 尽 苛 刻 的 考 验 : 一 个 六 条 腿 的 机 器 人 遭 受 了 包 括 腿 部 受 损 断 裂 和 丢 失 在 内 的 5 种 不 同 的 损 伤 ; 一 个 机 械 手 臂 的 关 节 被 残 忍 地 用 14 种 不 同 方 法 弄 断, 但 最 终 它 们 都 成 功 采 用 这 种 算 法 适 应 并 快 速 恢 复 了 过 来 机 器 人 已 经 改 变 了 包 括 制 造 业 在 内 的 很 多 行 业, 在 为 人 类 提 高 生 产 效 率 的 同 时, 也 大 幅 延 展 了 我 们 所 能 达 到 的 区 域, 如 太 空 深 海 灾 区 等 但 是, 与 动 物 可 以 迅 速 适 应 受 伤 的 情 况 不 同, 机 器 人 在 受 损 后 很 无 助, 个 别 部 件 出 错 都 会 导 致 它 变 为 铁 块 儿 像 人 类 送 往 其 他 星 球 上 的 探 测 器, 费 用 高 昂, 可 一 旦 出 现 机 械 故 障 失 去 了 联 系, 通 常 就 废 了 如 何 能 制 造 出 在 遭 受 损 伤 后 可 以 快 速 恢 复 的 机 器 人, 并 且 要 兼 顾 既 实 用 又 实 惠 这 两 点, 一 直 都 让 科 学 家 们 十 分 为 难 而 穆 雷 的 团 队 就 是 要 让 机 器 人 能 像 动 物 一 样 通 过 不 断 地 尝 试, 找 到 最 优 解 决 方 案, 适 应 多 变 的 环 境 该 技 术 将 有 望 让 机 器 人 找 到 自 己 解 决 复 杂 问 题 的 方 法, 帮 助 其 在 陌 生 环 境 或 遭 遇 意 外 事 件 时 度 过 难 关, 使 其 具 备 一 定 自 适 应 能 力, 更 加 稳 定 可 靠 23

28 电 子 与 信 息 技 术 科 学 家 推 出 卡 片 诊 断 仪 和 电 子 皮 肤 作 者 : 房 琳 琳 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 月 12 日, 在 葡 萄 牙 里 斯 本 举 行 的 艾 斯 维 尔 第 四 届 生 物 传 感 技 术 国 际 会 议 上, 一 种 可 测 量 心 率 和 血 压 的 可 穿 戴 电 子 皮 肤, 以 及 能 读 取 血 液 和 唾 液 样 本 的 信 用 卡 大 小 的 纸 质 诊 断 仪 相 继 亮 相 生 物 传 感 器 能 检 测 并 分 析 病 人 心 率 血 压 血 糖 激 素 水 平 的 有 关 信 息, 甚 至 能 测 试 他 们 是 否 感 染 了 耐 受 抗 生 素 的 细 菌 这 种 检 测 技 术 能 给 病 人 提 供 实 时 的 身 体 机 能 信 息 并 给 出 最 合 适 的 治 疗 建 议, 将 个 性 化 医 疗 又 向 前 推 进 了 一 步 瑞 典 林 雪 平 大 学 生 物 传 感 器 与 生 物 电 子 学 中 心 主 任 安 瑟 尼 特 纳 教 授 研 发 的 信 用 卡 大 小 的 诊 断 仪, 使 用 起 来 很 简 单 : 打 开 按 钮 开 启 机 器, 把 样 本 放 在 卡 片 的 右 下 角, 等 待 读 取 数 据 后, 将 信 息 传 输 到 使 用 者 的 手 机 上 这 种 卡 片 检 测 仪 能 用 于 检 测 糖 尿 病 肾 脏 疾 病 和 心 脏 病, 甚 至 癌 症 特 纳 教 授 说, 这 将 结 束 2500 年 来 传 统 医 疗 的 范 式, 将 权 利 交 回 病 人 自 己 手 中 这 是 林 雪 平 大 学 和 瑞 典 信 息 与 通 信 技 术 非 盈 利 机 构 Acreo 合 作 的 结 果, 他 们 正 在 寻 找 商 业 合 作 伙 伴, 希 望 能 够 大 规 模 生 产, 让 诊 断 仪 器 分 析 样 本 的 成 本 从 现 在 的 5 欧 元 下 降 到 0.5 欧 元 30 年 前 我 开 始 研 究 电 化 学 的 时 候, 这 样 的 机 器 有 文 件 柜 那 么 大, 而 且 需 要 花 费 1 万 欧 元 做 同 样 的 事 情 特 纳 教 授 说, 这 是 第 一 次 将 这 种 机 器 整 个 打 印 出 来 这 意 味 着 他 们 已 经 有 潜 力 为 发 展 中 国 家 的 病 人 和 医 生 提 供 可 以 负 担 的 疾 病 检 查 例 如, 打 印 的 卡 片 测 试 仪 器 可 以 被 制 作 成 抗 生 素 包 装 的 一 部 分, 帮 助 病 人 决 定 哪 种 抗 生 素 更 能 对 症 据 物 理 学 家 组 织 网 13 日 报 道, 来 自 中 国 科 学 院 苏 州 纳 米 技 术 与 纳 米 仿 生 研 究 所 的 研 究 员 张 珽 与 会 时 也 展 示 了 一 种 新 型 电 子 皮 肤, 它 基 于 柔 性 电 子 科 技 和 纳 米 技 术 建 造 而 成, 因 其 具 有 探 测 微 弱 压 力 变 化 的 独 特 能 力, 可 被 用 来 检 测 血 压 心 率 和 脉 搏 张 珽 和 他 的 团 队 发 展 了 这 项 技 术 的 两 个 关 键 方 面 让 传 感 器 元 件 更 敏 感, 让 材 料 更 具 有 弹 性 他 们 已 经 用 碳 纳 米 管 和 只 有 几 个 原 子 厚 的 石 墨 烯 材 料 制 造 出 超 敏 感 透 明 和 柔 软 的 电 子 皮 肤 24

29 神 经 网 络 芯 片 首 次 仅 由 忆 阻 器 创 建 作 者 : 华 凌 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 美 国 加 州 大 学 和 纽 约 州 立 大 学 石 溪 分 校 的 一 个 联 合 研 究 小 组, 首 次 仅 用 忆 阻 器 就 创 建 出 一 个 神 经 网 络 芯 片, 从 而 向 创 建 更 大 规 模 的 神 经 网 络 迈 出 了 重 要 一 步 忆 阻 器, 可 能 听 起 来 像 是 科 幻 电 影 中 才 有 的 东 西, 但 现 实 中 它 们 确 实 存 在 忆 阻 器 全 称 为 记 忆 电 阻 器, 是 模 拟 人 类 神 经 元 和 突 触 机 制 的 一 种 有 记 忆 功 能 的 非 线 性 电 阻 器 1971 年, 加 州 大 学 华 裔 科 学 家 蔡 少 棠 首 次 提 出 忆 阻 器 的 概 念, 但 直 到 2008 年, 惠 普 公 司 的 研 究 小 组 才 将 这 一 概 念 变 为 现 实, 他 们 创 建 了 世 界 上 第 一 个 忆 阻 器 器 件 从 此, 科 学 家 对 该 项 技 术 进 行 了 大 量 研 究, 但 到 目 前 为 止, 仍 没 有 人 能 够 建 立 出 一 个 完 全 基 于 忆 阻 器 的 神 经 网 络 芯 片 据 物 理 学 家 组 织 网 7 日 报 道, 迄 今, 大 多 数 神 经 网 络 均 依 托 软 件, 如 谷 歌 脸 谱 和 IBM 的 软 件 这 些 网 络 通 过 计 算 机 系 统 运 行, 像 学 习 网 络, 主 要 用 来 在 人 群 中 识 别 某 个 面 孔, 或 基 于 某 种 模 式 回 答 问 题 尽 管 这 种 技 术 好 处 多 多, 但 也 明 显 受 限 于 硬 件 条 件 随 着 神 经 网 络 在 规 模 和 复 杂 性 方 面 不 断 增 大, 它 们 对 计 算 机 运 行 速 度 的 要 求 也 越 来 越 高 因 此, 该 领 域 的 大 多 数 研 究 人 员 相 信, 用 忆 阻 器 取 代 晶 体 管 将 是 未 来 的 一 个 发 展 方 向 忆 阻 器 就 如 同 大 脑 中 的 神 经 元, 当 出 现 新 的 事 物 时 能 够 自 行 学 习, 当 被 置 于 一 个 芯 片 中 时, 自 然 会 减 少 网 络 运 行 所 耗 资 源 在 最 新 一 期 自 然 杂 志 上, 研 究 小 组 描 述 了 他 们 创 建 这 种 神 经 网 络 芯 片 的 过 程, 并 介 绍 了 该 芯 片 所 具 有 的 能 力 研 究 报 告 显 示, 新 的 芯 片 通 过 无 晶 体 管 的 金 属 氧 化 物 忆 阻 器 闩 (Crossbars) 创 建, 呈 现 为 一 个 基 本 的 神 经 网 络, 目 前 仅 能 够 执 行 一 个 任 务, 即 学 习 和 认 知 3 3 像 素 黑 白 图 像 中 的 图 案 研 究 人 员 称, 该 芯 片 的 研 发 成 功, 向 创 建 更 大 规 模 的 神 经 网 络 迈 出 了 重 要 一 步, 这 将 挖 掘 出 忆 阻 器 的 真 正 潜 力 同 时, 它 也 使 得 科 学 家 紧 随 大 脑 神 经 元 基 本 工 作 模 式 研 究 步 伐, 构 建 类 似 人 脑 方 式 处 理 与 联 系 信 息 的 模 拟 式 计 算 机 成 为 可 能 总 编 辑 圈 点 美 国 和 欧 洲 相 继 投 入 巨 资 开 展 脑 计 划, 起 因 正 如 奥 巴 马 总 统 所 说 我 们 可 以 探 索 数 光 年 之 外 的 星 系, 却 对 两 耳 之 间 三 磅 重 的 大 脑 知 之 甚 少 在 多 变 量 非 线 性 时 变 的 大 系 统 中, 复 杂 性 与 精 确 性 经 常 形 成 尖 锐 矛 盾, 人 脑 思 维 处 理 就 是 这 样 的 大 系 统 模 拟 计 算 机 的 出 现, 目 的 不 在 于 获 得 数 学 问 题 的 精 确 解, 而 在 于 给 25

30 出 可 供 进 行 实 验 研 究 的 电 子 模 型 而 忆 阻 器 神 经 网 络 芯 片 硬 件 从 概 念 到 实 物, 正 是 沿 袭 了 上 述 研 究 思 路 的 积 极 结 果 澳 开 发 出 世 界 首 个 多 态 存 储 器 作 者 : 王 小 龙 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 澳 大 利 亚 墨 尔 本 皇 家 理 工 大 学 科 学 家 日 前 通 过 模 拟 人 脑 处 理 信 息 的 过 程, 开 发 出 一 种 能 长 期 保 存 信 息 的 存 储 器 该 设 备 被 认 为 是 世 界 第 一 个 电 子 多 态 存 储 器, 能 模 拟 人 脑 在 处 理 信 息 的 同 时 对 多 种 信 息 进 行 存 储 的 能 力, 为 体 外 复 制 大 脑 和 电 子 仿 生 大 脑 的 出 现 铺 平 了 道 路 相 关 论 文 发 表 在 最 新 一 期 的 先 进 功 能 材 料 杂 志 上 领 导 这 项 研 究 的 沙 拉 斯 斯 利 拉 姆 博 士 是 该 校 微 纳 米 研 究 中 心 (MNRF) 功 能 材 料 与 微 系 统 研 究 小 组 的 负 责 人 之 一 他 表 示, 模 拟 大 脑 长 期 记 忆 是 一 项 重 要 突 破 新 研 究 解 决 了 发 展 模 拟 人 脑 所 面 临 的 一 个 关 键 难 题, 让 电 子 仿 生 大 脑 离 现 实 更 近 了 一 步 此 外, 这 项 研 究 还 有 助 于 为 阿 尔 茨 海 默 氏 症 和 帕 金 森 氏 病 等 常 见 神 经 系 统 疾 病 的 治 疗 提 供 帮 助 斯 利 拉 姆 说 : 人 类 大 脑 是 一 个 非 常 复 杂 的 模 拟 计 算 机 它 的 演 化 基 于 以 往 的 经 验 到 现 在 为 止, 这 个 功 能 一 直 未 能 通 过 数 字 技 术 得 到 充 分 再 现 此 次 研 究 是 我 们 在 创 建 电 子 仿 生 脑 过 程 中 最 贴 近 真 实 大 脑 的 一 次 尝 试 它 能 模 拟 人 脑 学 习 存 储 以 及 检 索 提 取 信 息 这 种 高 密 度 超 高 速 模 拟 记 忆 存 储 器 将 成 为 生 物 神 经 网 络 乃 至 人 工 大 脑 的 基 础 部 件 论 文 第 一 作 者 墨 尔 本 皇 家 理 工 大 学 的 侯 赛 因 尼 里 博 士 说, 这 项 新 发 现 的 重 要 价 值 在 于, 它 让 多 态 细 胞 存 储 和 处 理 信 息 成 为 了 现 实, 而 这 与 大 脑 处 理 和 存 储 信 息 的 方 式 非 常 相 似 他 用 了 一 个 形 象 的 对 比 来 说 明 新 技 术 的 优 势, 以 前 计 算 机 的 记 忆 就 像 用 只 能 拍 摄 黑 白 图 像 的 摄 像 头 所 获 取 的 图 像 一 样, 只 有 黑 与 白, 而 新 技 术 则 带 来 了 具 有 明 暗 对 比 光 线 强 弱 物 体 质 感 的 彩 色 世 界 对 计 算 机 信 息 存 储 而 言, 这 是 一 个 重 要 的 突 破 尼 里 说 : 与 那 些 传 统 的 只 能 存 储 0 和 1 的 数 字 存 储 器 相 比, 这 些 新 设 备 能 记 住 更 多 的 信 息, 此 外 还 能 保 留 并 检 索 出 此 前 存 储 过 的 信 息, 这 让 人 十 分 兴 奋 26

31 这 项 成 果 建 立 在 该 研 究 中 心 去 年 年 底 的 一 项 研 究 上 他 们 用 比 人 类 头 发 还 要 细 1000 倍 的 非 晶 钙 钛 矿 氧 化 物, 开 发 出 一 种 纳 米 级 超 快 忆 阻 器 该 装 置 能 够 在 断 电 后 记 住 之 前 保 存 过 的 信 息 尼 里 博 士 说, 这 项 研 究 应 用 范 围 将 十 分 广 泛, 其 中 就 包 括 复 制 出 一 个 体 外 大 脑 的 可 能 除 了 为 人 造 大 脑 提 供 帮 助 外, 这 种 复 制 大 脑 还 有 望 为 大 脑 及 神 经 系 统 疾 病 的 治 疗 提 供 帮 助, 减 少 相 关 治 疗 和 实 验 所 面 临 的 伦 理 问 题 模 拟 大 脑 进 行 自 然 计 算 的 硬 件 平 台 问 世 作 者 : 王 小 龙 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 日 前, 一 个 由 美 日 科 学 家 组 成 的 研 究 小 组 开 发 出 一 种 能 够 模 拟 大 脑 进 行 自 然 计 算 的 硬 件 平 台, 被 认 为 能 在 人 造 大 脑 以 及 自 然 或 认 知 计 算 研 究 中 发 挥 重 要 作 用, 可 看 作 是 人 工 智 能 走 进 现 实 的 第 一 步, 相 关 论 文 发 表 在 最 新 一 期 纳 米 技 术 杂 志 上 自 然 计 算 是 一 种 全 新 的 计 算 形 式, 具 有 自 适 应 自 组 织 自 学 习 的 能 力, 能 够 解 决 传 统 计 算 方 法 难 于 解 决 的 各 种 复 杂 问 题 就 像 人 脑 一 样, 它 基 于 一 个 具 备 自 发 行 为 的 复 杂 系 统, 能 从 环 境 中 学 习, 将 与 众 多 单 元 交 互 的 结 果 通 过 宏 观 行 为 呈 现 出 来 而 由 于 整 体 架 构 和 体 系 的 不 同, 通 过 传 统 方 式 制 造 出 来 的 计 算 机 完 全 无 法 用 于 复 杂 系 统 和 自 然 计 算 由 美 国 加 州 大 学 洛 杉 矶 分 校 和 日 本 国 家 材 料 科 学 研 究 所 科 学 家 开 发 出 的 这 种 装 置 名 为 原 子 开 关 网 络, 由 许 多 纳 米 尺 度 的 忆 阻 器 组 成, 每 个 忆 阻 器 就 是 一 个 原 子 开 关 这 些 开 关 能 够 根 据 此 前 存 储 的 内 容 调 整 电 阻, 产 生 与 之 相 适 应 的 电 流 或 电 压 这 种 设 计 能 够 使 该 装 置 产 生 自 发 行 为, 可 不 断 根 据 环 境 参 数 进 行 自 我 调 整 这 一 特 征 对 于 复 杂 系 统 来 说 是 必 不 可 少 的, 因 为 它 能 够 进 行 学 习, 与 环 境 交 互, 并 解 决 所 面 临 的 问 题, 而 内 存 中 的 数 据 则 始 终 处 于 不 断 的 变 化 和 调 整 中 负 责 此 项 研 究 的 加 州 大 学 洛 杉 矶 分 校 化 学 教 授 詹 姆 斯 吉 姆 楚 斯 基 说, 尽 管 在 自 然 界 和 人 类 社 会 中 复 杂 现 象 和 自 组 织 普 遍 存 在, 但 传 统 计 算 机 从 未 对 其 进 行 过 准 确 地 预 测 和 建 模 他 们 开 发 出 的 这 种 设 备 能 够 在 一 个 芯 片 上 快 速 产 生 自 组 织, 是 一 种 全 新 的 计 算 方 式 27

32 尽 管 一 些 自 然 计 算 设 备 都 采 用 了 天 然 材 料, 但 此 次 研 究 中 的 原 子 开 关 网 络 仍 然 完 全 由 无 机 材 料 制 成 其 潜 在 应 用 领 域 包 括 对 金 融 市 场 运 行 状 况 的 模 拟, 对 易 错 数 据 和 噪 声 数 据 中 有 效 信 息 的 识 别, 多 变 环 境 中 的 自 主 导 航 等 研 究 人 员 希 望, 这 种 新 技 术 能 够 为 储 备 池 计 算 和 其 他 基 于 复 杂 系 统 的 自 然 计 算 提 供 一 个 硬 件 平 台 吉 姆 楚 斯 基 说 : 未 来 我 们 计 划 研 制 一 种 传 统 计 算 设 备 与 这 种 类 脑 设 备 的 混 合 系 统, 并 开 发 出 一 种 新 型 的 基 于 分 布 式 存 储 和 人 工 神 经 网 络 的 程 序 这 将 是 人 工 智 能 走 进 现 实 的 第 一 步, 总 有 一 天 我 们 的 电 脑 将 会 像 我 们 一 样 聪 明 日 本 推 出 全 球 首 款 6TB 固 态 硬 盘 作 者 : 王 小 龙 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 日 本 固 态 硬 盘 生 产 商 Fixstars 公 司, 宣 布 将 从 7 月 下 旬 开 售 世 界 第 一 款 6TB 固 态 硬 盘 这 将 是 目 前 世 界 上 容 量 最 大 的 2.5 英 寸 串 口 型 固 态 硬 盘 据 该 公 司 的 公 报 称, 这 款 固 态 硬 盘 型 号 为 SSD-6000M, 就 像 U 盘 那 样 的 硬 盘, 内 部 的 闪 存 芯 片 采 用 了 15 纳 米 制 造 工 艺, 读 取 速 度 最 高 可 达 每 秒 540MB, 写 入 速 度 最 高 可 达 每 秒 520MB 由 于 采 用 了 该 公 司 自 行 开 发 的 全 新 主 控, 这 款 硬 盘 能 够 在 整 个 生 命 周 期 内 都 保 持 良 好 的 I-O( 输 入 输 出 ) 性 能 这 使 其 完 全 能 够 胜 任 视 频 录 制 医 疗 成 像 大 数 据 分 析 网 络 基 础 设 施 和 工 业 中 的 相 关 应 用 今 年 年 初,Fixstars 就 曾 宣 布 在 北 美 市 场 销 售 容 量 为 1TB 和 3TB 的 固 态 硬 盘, 型 号 分 别 为 SSD-1000M 和 SSD-3000M SSD-6000M 和 它 们 一 样 都 采 用 的 2.5 英 寸 的 尺 寸 和 6Gbps 的 数 据 传 输 接 口 有 所 不 同 的 是,1TB 和 3TB 固 态 硬 盘 采 用 的 是 19 纳 米 工 艺 制 造 的 闪 存 芯 片 Fixstars 公 司 首 席 执 行 官 三 木 聪 说 : SSD-6000M 进 一 步 充 实 了 公 司 的 产 品 线, 我 们 的 固 态 硬 盘 目 前 已 经 具 备 了 和 高 端 硬 盘 驱 动 器 竞 争 的 实 力, 相 信 这 些 产 品 同 样 也 能 够 在 数 据 中 心 领 域 赢 得 关 注 Geek.com 网 站 高 级 编 辑 马 修 汉 弗 莱 斯 称, 相 对 于 机 械 硬 盘, 固 态 硬 盘 的 价 格 目 前 还 是 偏 高 要 让 其 成 本 大 幅 下 降, 还 需 等 待 相 当 长 的 时 间, 因 此, 固 态 硬 盘 要 想 全 面 取 代 机 械 硬 盘, 目 前 来 看 还 不 现 实 但 从 另 外 一 个 角 度 看, 两 者 在 性 能 和 速 度 上 的 差 别 是 显 而 易 见 的, 在 很 多 时 候 值 得 为 此 增 加 成 本 28

33 IBM 演 示 第 一 个 完 整 集 成 的 单 片 硅 光 子 芯 片 文 章 来 源 :Solidot 奇 客 资 讯 发 布 时 间 : IBM 演 示 了 第 一 个 完 整 集 成 的 单 片 硅 光 子 芯 片 IBM 的 硅 光 子 芯 片 朝 着 第 一 个 同 时 支 持 电 路 和 光 路 的 商 用 芯 片 迈 出 了 一 大 步 光 互 联 和 光 网 络 比 基 于 铜 线 的 电 互 联 和 网 络 能 提 供 更 高 的 带 宽, 同 时 消 耗 更 低 的 能 量 硅 光 子 学 就 是 寻 找 方 法 让 光 和 电 紧 密 结 合 起 来 : 第 一 步 是 将 光 通 道 带 到 主 板 上, 第 二 步 是 封 装 在 芯 片 内, 第 三 步 则 是 让 电 通 道 和 光 通 道 在 芯 片 的 纳 米 尺 度 下 并 行 运 行 IBM 的 芯 片 属 于 第 二 步 芯 片 有 4 个 接 收 和 传 输 端 口, 每 个 的 数 据 传 输 率 达 到 25Gbps, 通 过 波 长 复 用 单 通 道 总 传 输 率 能 达 到 100Gbps IBM 称 它 的 技 术 允 许 芯 片 支 持 最 高 8 个 通 道, 总 传 输 率 能 达 到 800Gbps 芯 片 采 用 标 准 的 90nm CMOS 工 艺 制 造, 蓝 色 巨 人 已 在 2 公 里 距 离 内 实 现 100Gbps 传 输 英 发 明 智 能 手 杖 助 盲 人 识 友 摄 像 头 可 识 别 通 缉 犯 作 者 : 张 秀 晨 文 章 来 源 : 法 制 晚 报 发 布 时 间 : 据 英 国 每 日 邮 报 日 前 报 道, 英 国 研 发 出 一 种 具 备 革 新 意 义 的 智 能 手 杖, 为 盲 人 提 供 出 行 利 器 有 了 它, 有 视 力 障 碍 的 人 在 行 走 中 不 但 能 够 轻 松 躲 避 障 碍 物, 顺 利 抵 达 目 的 地, 还 能 从 人 群 中 分 辨 出 熟 悉 的 亲 人 和 朋 友 报 道 称, 这 款 名 为 Xplor 的 智 能 手 杖 由 伯 明 翰 城 市 大 学 的 研 究 团 队 研 发 该 手 杖 首 次 借 用 智 能 手 机 技 术 和 面 部 识 别 技 术, 帮 助 盲 人 识 别 10 米 以 内 的 熟 悉 面 孔, 同 时 实 现 定 位 功 能 29

34 这 款 智 能 手 杖 安 装 了 面 部 识 别 摄 像 头 和 内 置 传 感 器, 同 时 还 配 备 了 内 置 的 SD 存 储 卡, 该 SD 卡 中 可 以 储 存 大 量 的 图 像 资 料, 即 熟 悉 的 亲 友 的 照 片 信 息 等, 以 此 为 盲 人 找 人 时 提 供 识 别 基 础 等 扫 描 摄 像 头 在 一 个 区 域 内 找 到 熟 悉 的 面 孔 后, 将 与 此 图 像 储 存 库 里 进 行 匹 配, 进 而 让 手 杖 发 出 振 动 提 示 此 后, 蓝 牙 耳 机 里 会 播 放 音 频 指 令, 进 而 用 导 航 设 备 帮 助 盲 人 准 确 走 向 亲 友 所 在 的 位 置 除 了 认 出 亲 人 和 朋 友, 还 可 以 合 理 避 免 与 不 喜 欢 的 人 打 招 呼, 或 者 将 通 缉 犯 等 照 片 存 入 SD 卡, 减 少 盲 人 朋 友 遇 到 危 险 的 几 率 研 究 团 队 成 员 史 蒂 夫 说 : 我 的 祖 父 就 是 盲 人, 我 能 深 切 地 体 会 到 这 样 一 项 发 明 对 他 来 说 将 是 多 么 有 用 目 前, 伯 明 翰 城 市 大 学 的 研 究 团 队 已 经 将 智 能 手 杖 方 案 提 交 给 了 卢 森 堡 和 法 国 的 医 学 科 学 界 专 业 人 士, 并 计 划 在 今 年 晚 些 时 候 访 问 德 国 时 进 行 进 一 步 研 讨 另 外, 该 团 队 已 经 完 成 了 在 英 国 部 分 地 区 的 盲 人 区 市 场 调 查, 今 年 晚 些 时 候 还 会 对 其 安 全 性 能 进 行 进 一 步 调 试 美 国 IBM 公 司 开 发 新 型 人 工 智 能 算 法 文 章 来 源 : 科 技 部 发 布 时 间 : 据 美 国 麻 省 理 工 学 院 技 术 评 论 杂 志 网 站 4 月 8 日 报 道,IBM 公 司 正 在 研 究 开 发 一 种 基 于 大 脑 皮 质 的 新 型 人 工 智 能 算 法, 这 种 算 法 比 传 统 的 人 工 神 经 网 络 更 加 接 近 生 物 实 际, 一 旦 研 究 取 得 进 展, 或 将 为 全 新 的 人 工 智 能 软 件 提 供 理 论 基 础 这 项 技 术 起 源 于 美 国 计 算 机 科 学 家 与 神 经 生 物 学 家 杰 弗 瑞 霍 金 (Jeffrey Hawkins), 他 创 办 的 Numenta 公 司 近 年 来 一 直 试 图 基 于 人 脑 的 皮 质 结 构 开 发 新 型 的 人 工 智 能 算 法 最 近,IBM 公 司 在 加 州 的 阿 尔 马 登 (Almaden) 实 验 室 成 立 了 一 个 研 究 小 组, 深 入 研 究 这 一 算 法, 并 利 用 其 对 卫 星 图 像 进 行 解 析 测 试 该 研 究 项 目 的 负 责 人 温 弗 里 德 威 尔 克 (Winfried Wilcke) 不 接 受 媒 体 采 访, 但 在 桑 迪 亚 国 家 实 验 室 2 月 举 行 的 一 次 大 会 上 公 开 描 述 了 小 组 的 工 作 他 称 这 一 算 法 比 以 往 的 基 于 多 层 人 工 神 经 网 络 的 机 器 学 习 技 术 更 加 接 近 生 物 实 际, 研 究 人 员 的 目 标 是 是 准 确 地 再 现 被 称 为 新 皮 质 的 大 脑 外 层 中 大 概 100 个 神 经 元 组 成 的 神 经 回 路 的 运 作 方 式, 并 在 仿 生 学 和 编 写 实 用 软 件 之 间 达 到 平 衡 威 尔 克 说 : 我 们 似 30

35 乎 找 到 了 一 个 突 破 点,Numenta 的 算 法 不 会 过 于 简 单 化, 也 不 会 太 复 杂, 这 使 得 建 立 大 规 模 模 型 成 为 了 可 能 研 究 小 组 还 在 基 于 这 一 算 法 开 发 新 型 的 人 工 智 能 硬 件 技 术, 将 多 层 硅 晶 片 堆 叠 起 来, 并 以 Numenta 算 法 将 其 连 接 成 网 络, 以 构 造 新 型 的 人 工 智 能 计 算 机 目 前, 这 一 技 术 还 没 有 在 自 然 语 言 理 解 或 图 像 识 别 等 人 工 智 能 的 应 用 领 域 取 得 优 于 其 他 技 术 的 成 果, 但 这 一 想 法 的 创 新 性 或 将 预 示 着 在 未 来 有 可 能 实 现 新 的 突 破 ng-pioneers-controversial-brain-algorithms- 科 学 家 首 次 造 出 数 字 编 码 聚 合 物 作 者 : 常 丽 君 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : DNA 是 一 种 生 物 聚 合 物, 它 们 通 过 编 码 保 存 大 量 遗 传 信 息 受 此 启 发, 法 国 国 家 科 学 研 究 院 (CNRS) 查 尔 斯 萨 德 伦 研 究 所 和 艾 克 斯 马 赛 大 学 的 科 学 家 首 次 成 功 地 把 二 进 制 编 码 记 录 在 一 种 人 造 聚 合 物 上, 还 能 通 过 测 序 读 出 其 中 的 编 码 信 息 相 关 论 文 在 线 发 表 于 自 然 通 讯 杂 志 上 人 类 DNA 有 34 亿 个 碱 基 对, 能 在 微 小 空 间 里 汇 编 海 量 信 息, 所 有 存 储 信 息 都 通 过 4 个 含 氮 碱 基 A T G 和 C 来 表 达 在 以 往 研 究 中, 科 学 家 能 通 过 检 测 它 们 的 顺 序, 再 造 出 一 种 二 进 制 代 码 但 生 物 DNA 技 术 有 其 局 限 性, 因 此 科 学 家 们 寻 求 开 发 更 廉 价 更 坚 韧, 且 能 存 储 二 进 制 信 息 的 人 造 聚 合 物 在 本 研 究 中, 研 究 小 组 没 有 用 DNA 的 4 种 含 氮 碱 基, 而 是 用 了 3 种 单 体 其 中 两 种 代 表 二 进 制 代 码 0 和 1, 在 合 成 过 程 中 能 互 换 使 用 ; 第 三 种 单 体 硝 基 氧 作 为 间 隔, 插 在 这 两 个 代 码 之 间, 以 利 于 代 码 的 测 序 读 写 这 种 方 法 能 在 聚 合 物 链 中 造 出 任 何 序 列 的 密 码 一 条 短 的 二 进 制 信 息 可 以 手 工 合 成, 由 一 个 个 单 体 排 列 成 越 来 越 长 的 链, 这 大 约 要 花 一 整 天 时 间, 但 自 动 化 以 后 会 更 快 通 过 给 聚 合 物 测 序 还 可 以 解 码, 就 像 给 DNA 测 序 解 码 那 样 一 台 串 联 质 谱 仪 能 在 5 分 钟 内 破 译 其 中 信 息, 而 今 后 这 一 时 间 也 会 缩 短 虽 然 系 统 地 测 序 会 破 坏 聚 合 物, 而 且 在 60 环 境 下 或 用 激 光 照 射 可 能 损 毁 其 中 的 数 字 信 息 导 致 无 法 读 取, 但 研 究 人 员 证 明, 单 体 分 子 在 室 温 下 稳 定 性 很 强, 聚 合 31

36 物 能 保 存 几 个 月 甚 至 几 年 他 们 希 望 这 种 数 字 编 码 聚 合 物 能 把 几 千 甚 至 几 兆 字 节 的 信 息 存 储 3 到 5 年 CNRS 拥 有 这 项 技 术 的 专 利, 有 望 在 短 期 内 开 发 出 分 子 条 形 码 这 种 条 形 码 极 难 伪 造, 对 那 些 高 附 加 值 产 品, 如 奢 侈 品 医 药 等 来 说 非 常 理 想, 而 再 想 造 假 冒 产 品 将 变 得 非 常 困 难 科 学 家 用 针 把 微 型 电 路 注 入 大 脑 作 者 : 张 梦 然 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 英 国 自 然 - 纳 米 技 术 杂 志 8 日 在 线 公 布 了 一 项 可 注 射 电 路 的 研 究 论 文 展 示 了 一 种 柔 性 电 路, 能 通 过 直 径 小 到 0.1 毫 米 的 针 注 入 到 合 成 空 腔 或 活 体 组 织 内 这 些 由 网 状 电 极 构 成 的 电 子 元 件, 在 注 入 后 不 到 1 小 时 就 可 以 展 开 到 原 来 的 形 状 且 无 损 于 功 能 实 验 已 证 明, 其 可 以 用 来 监 测 小 鼠 的 大 脑 活 动 柔 性 和 可 伸 展 的 电 子 元 件 能 用 于 连 续 监 测 并 操 纵 一 些 三 维 结 构 属 性, 例 如 生 物 组 织 过 去 已 有 研 究 表 明, 生 物 集 成 微 电 子 学 需 要 并 可 以 适 应 如 大 脑 般 错 综 复 杂 的 结 构, 但 在 实 际 操 作 中, 这 些 电 子 元 件 尚 只 能 通 过 手 术 植 入, 把 它 们 放 到 特 定 区 域, 至 今 还 不 能 做 到 非 侵 入 性 植 入 如 今, 国 际 知 名 的 顶 尖 纳 米 科 学 家 美 国 哈 佛 大 学 的 查 尔 斯 李 波 以 及 中 国 国 家 纳 米 科 学 中 心 的 方 英, 带 领 他 们 的 研 究 团 队 设 计 出 一 种 网 状 电 路, 能 装 在 注 射 器 里, 再 通 过 直 径 小 到 0.1 毫 米 的 针 注 入 到 合 成 空 腔 或 活 体 组 织 的 特 定 区 域 论 文 作 者 们 表 示, 被 注 射 进 去 以 后, 原 来 卷 起 的 电 路 会 展 开 到 接 近 原 始 配 置 的 80%, 并 且 不 会 损 失 功 能 研 究 人 员 将 电 路 注 入 到 活 的 小 鼠 的 大 脑 里 面 两 个 不 同 的 区 域, 在 为 期 5 周 的 时 间 里, 它 们 没 有 产 生 排 异 反 应, 电 路 也 表 现 出 能 和 健 康 的 神 经 元 连 接 当 微 型 电 路 注 入 到 小 鼠 的 海 马 体 时, 研 究 人 员 发 现, 微 型 电 路 能 监 测 大 脑 活 动, 且 对 周 围 大 脑 组 织 的 损 伤 非 常 有 限 人 造 植 入 体 内 电 子 元 件 的 功 能 与 生 物 体 自 身 器 官 的 兼 容 性 以 及 尺 寸 制 造 工 艺 都 在 升 级, 随 之 的 植 入 手 段 也 越 来 越 高 明 在 自 然 杂 志 上 与 本 篇 论 文 相 关 的 新 闻 与 观 点 文 章 中, 评 论 作 者 金 大 铉 和 李 勇 植 写 道 : 未 来, 结 合 带 有 其 他 功 能 单 元 32

37 的 可 注 射 电 路 ( 还 可 以 有 无 线 单 元 ), 将 引 导 可 植 入 生 物 电 路 和 持 续 的 生 物 监 测 技 术 方 面 的 创 新 美 开 发 出 迄 今 最 小 分 光 器 作 者 : 陈 丹 文 章 来 源 : 科 技 日 报 发 布 时 间 : 美 国 犹 他 大 学 的 工 程 师 在 研 制 比 现 有 机 器 快 数 百 万 倍 的 下 一 代 计 算 机 和 移 动 设 备 方 面 迈 进 了 一 大 步 : 他 们 开 发 出 了 迄 今 最 小 的 超 紧 凑 型 分 光 器, 可 将 光 波 划 分 为 两 个 独 立 的 信 息 通 道 这 个 新 装 置 使 制 造 利 用 光 而 非 电 子 来 计 算 和 传 输 数 据 的 硅 光 子 芯 片 更 接 近 现 实 19 日 应 用 于 硅 光 子 芯 片 的 新 型 分 光 器 俯 视 图, 其 的 自 然 光 子 学 杂 志 对 这 一 成 大 小 仅 为 人 类 发 丝 宽 度 的 五 十 分 之 一 果 进 行 了 描 述 光 是 你 可 以 用 来 传 递 信 息 的 最 快 的 事 物, 犹 他 大 学 电 气 和 计 算 机 工 程 副 教 授 拉 杰 什 梅 农 说, 但 这 些 信 息 必 须 被 转 换 为 电 子 才 能 进 入 你 的 笔 记 本 电 脑 而 这 种 转 换 会 让 速 度 变 慢 互 联 网 依 靠 光 子 携 带 信 息 通 过 光 纤 网 络, 一 旦 一 个 数 据 流 抵 达 家 庭 或 办 公 室 终 端, 光 子 必 须 先 转 换 为 电 子, 路 由 器 或 计 算 机 才 能 够 处 理 信 息 如 果 数 据 流 在 计 算 机 的 处 理 器 内 保 持 光 的 形 态, 就 可 能 消 除 这 个 瓶 颈 梅 农 说 : 我 们 的 愿 景 是 用 光 来 完 成 这 一 切 计 算 速 度 最 终 可 提 高 数 百 万 倍 为 此, 研 究 人 员 在 硅 芯 片 上 创 建 了 一 个 更 小 型 的 看 起 来 有 点 像 条 形 码 的 极 化 分 光 器, 可 将 引 导 入 射 光 拆 分 为 二 之 前 的 这 种 分 光 器 大 小 超 过 了 微 米, 而 梅 农 的 团 队 采 用 了 新 算 法 来 设 计 分 光 器, 使 其 尺 寸 缩 小 到 微 米, 相 当 于 人 类 发 丝 宽 度 的 五 十 分 之 一, 已 经 接 近 物 理 尺 度 的 极 限, 这 使 得 单 一 芯 片 上 集 成 的 分 光 器 数 量 有 望 达 到 数 百 万 个 33