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上觀新聞:來看“令人眼前一亮”的十項科技進展

發布時間:2019-12-27 發布來源:AG真人在线

  近日,国际权威学术期刊《科学》《自然》《物理世界》相继发表了2019年全球科学和技术的重大突破,中国科协也发布了2019年的十大科学传播事件。解放日报•上观新闻采访了上海市科学学研究所产业创新研究室团队,他们为读者梳理了 “尤其令人眼前一亮”的十项科技进展。
  
  量子真空漲落再次獲得驗證
  
  長期以來的物理教科書上,真空都是真正的空——沒有東西作爲介質傳播聲音,也無法通過對流和傳導實現熱傳遞。但根據量子物理學說,不確定原理導致空間任意位置都可能發生能量暫時變化,在宏觀能量守恒的同時“憑空”産生大量隨機、短暫存在的量子,即量子真空漲落。這一違背直覺的現象也逐漸在科幻作品中發展成爲“狄拉克海”的概念,成爲各種“無中生有”情節的理論基礎。今年,來自加州大學伯克利分校和香港大學的研究通過巧妙的實驗設計分別觀測到了真空中的聲音傳遞和非輻射熱傳遞,這是繼1996年卡西米爾效應獲得驗證後對量子漲落理論的又一批有力支持。相關成果對于微納尺度的電子元件的設計和制造也具有指導意義。
  
  谷歌完成“量子霸權”實驗
  
  2019年10月,美國科技巨頭谷歌宣稱使用一台由53個有效量子比特構成的處理器用約200秒完成了最新型傳統超級計算機1萬年才能完成的計算任務,AG真人平台刊登于《自然》雜志150周年特刊的封面,並官宣已經達成了裏程碑式的“量子霸權”。“量子霸權”的概念最早于2012年由美國加州理工學院理論物理學家約翰•普裏斯基爾提出,指用量子計算機解決傳統電腦實際解決不了的問題。谷歌的AG真人平台一經發布,便引發了包括其競爭對手IBM公司、學界等各方代表的質疑,稱所謂的1萬年實際僅需2.5天,並沒有達到“量子霸權”的門檻。谷歌此次實驗成功的象征意義遠大于其實際應用意義,核心價值在于提供了一份量子計算加速真實世界系統的可行性範本,預示了新型計算範式的來臨。
  
  機器人展現自我學習和更加靈活的能力
  
  2019年1月,瑞士苏黎世联邦理工学院在《Science Robotics》上发表了一篇关于训练四足机器人ANYMAL的文章。文章中指出,ANYMAL不仅自身平衡能力更稳定,在被暴力踹倒之后,还能立刻翻转并站立起来,动作也像极了真实小狗的动作。换言之,ANYMAL与被植入了硬性程序的机器人不同,在深度强化学习的加持下,具有自我学习、自我升级的能力,能适应更多场景。此后,2019年11月,美国旧金山的非盈利组织——OpenAI 推出了一套AI系统Dactyl。该系统成功操控一个机器手让它灵活地翻转一块积木。这套神经网络软件能够通过强化学习,让机器手在模拟的环境中学会抓取并转动积木后,再让机器手进行实际操作。机器人增强了自身的平衡能力、学习能力和灵活性,就可以胜任更多的任务,如用于工厂室内或室外的场地检查等操作任务,在自然地形或碎片区域的搜索和救援任务中,也可发挥更大作用。
  
  微納機器人實現體內可控的臨床實時成像
  
  2019年的多項研究爲臨床應用微納機器人進行深部組織成像、高效藥物遞送、體內自主可控等帶來了全新思路。針對疾病診治,以色列科學家在微納機器人疾病指標檢測方面取得了突破性進展。美國加州理工學院的研究人員基于光聲斷層掃描技術設計出了可實時成像引導控制的載藥微納機器人,外層微膠囊可使其在胃酸等流體的侵蝕下保持穩定,並且一經釋放,其強大推進力將有效延長體內滯留時間,新開發的深部組織成像和控制功能將保障藥物傳遞的高效性和精准性,具備強大的生物醫學應用價值。隨著技術的不斷成熟,微納機器人將逐步成爲牽起人類與微觀世界之間聯系的紐帶,在智能微手術、腦機接口、精准靶向無創治療等領域具有廣闊的應用前景,未來可能將顛覆糖尿病、心髒病、腫瘤等主要疾病的治療方式,在全面革新現有醫療體系的同時有望大大延長人類壽命。
  
  阿爾茨海默症治療研究取得重要進展
  
  阿爾茨海默病(AD)是一種最常見的老年性認知功能障礙疾病。平均每3秒鍾,就多一位阿爾茨海默症患者,全球已經有數千萬患者。目前,AD的確切致病原因還沒有完全明確,但是科學家關于相關治療靶點和關聯因素的研究取得持續進展。2019年11月上海綠谷制藥開發的藥物GV-971獲得國家藥品監督管理局的有條件批准上市,成爲17年來第一款獲批用于治療AD的藥物。該藥的作用機理是通過甘露寡糖二酸重塑腸道菌群,從而減少神經炎性細胞的積累。這一事件引發了國際上的廣泛關注。總部位于芝加哥的阿爾茨海默病協會表示對該藥的前景持謹慎樂觀的態度,並建議應進一步針對藥物作用機制和疾病之間的關系開展深入研究。綠谷制藥計劃于2020年分別在美國、歐洲和亞洲啓動全球多中心III期臨床試驗,進一步獲得其他國家監管審批所需支撐數據。
  
  世界首個返老還童收費臨床試驗獲批
  
  端粒长度反映了细胞的复制潜能,其与衰老的相关性已经被领域内公认。围绕延长端粒长度的抗衰老研究在2019年又获重要进展。2019年10月西班牙国家癌症中心(CNIO)的研究人员发表于Nature Communications 杂志的一项AG真人平台创造了拥有超长端粒的小鼠,研究表明这些小鼠的寿命比正常小鼠平均延长了13%,而且患癌症的几率更小,体型更苗条,对胰岛素和葡萄糖的耐受性更强,线粒体功能也更好。2019年11月,美国Libella基因治疗公司获得哥伦比亚伦理委员会批准开展逆转衰老的收费临床试验。该临床试验拟通过基因手段将AAV病毒导入人端粒酶逆转录酶基因延长端粒长度,以期让人类逆转衰老20年。招募计划(计划招募5名45周岁以上参与者,每人收费100万美元),已被收录于美国临床实验数据库中。
  
  腸道菌群中發現能夠轉換血型的酶
  
  近年來,全世界都表現出對腸道菌群研究的高度熱情,美國和歐盟分別啓動了國家微生物組計劃、人類微生物組計劃和人類腸道宏基因組計劃,期望通過對腸道微生物的基礎研究推動更廣泛領域的實際應用。隨著研究深入,人們發現腸道微生物對營養物質代謝人體自身發育、免疫及其他器官疾病,甚至如糖尿病、肥胖等慢性病中,都起到了極其重要的作用,它們甚至影響了腫瘤治療效果。2019年,人們在腸道中找到一種能夠轉換血型的酶。加拿大英屬哥倫比亞大學的科學家們利用功能性宏基因組學技術,研究了不同血型人的糞便,並在糞便的細菌的遺傳物質中篩選出腸道菌群中的一組能夠轉換血型的酶,即能夠將其他血型的末端糖基去除轉化爲O型血的酶。這種酶提取工藝簡單,具備全面工業化的基本條件,一旦通過安全性和可行性的驗證,將成爲腸道微生物對醫學領域及生物學領域的重要貢獻。
  
  甲烷排放與全球變暖形成惡性循環
  
  2019年初公布的一項研究結果表面,格陵蘭島一600平方公裏的區域在融化期至少釋放了6噸甲烷。相對于二氧化碳,甲烷的溫室氣體身份並未被公衆的廣泛認識。但相關研究表明,在100年尺度上,同樣質量的甲烷累計所造成的溫室效應影響(全球變暖潛能值,GWP)是二氧化碳的25倍;而在20年的尺度上,這一數字甚至可達二氧化碳的72倍。目前,在各國的共同努力下,全球二氧化碳的排放量正趨于穩定,然而大氣中甲烷濃度仍然呈加速上升態勢。21世紀以來大氣甲烷濃度增長的速度加快了約二十倍。全球變暖趨勢下冰蓋加速融化,同時釋放出大量甲烷進一步加劇了溫室效應,這一惡性循環值得人類高度關注。
  
  新型電池系統充電同時可捕捉二氧化碳
  
  2019年10月,麻省理工學院(MIT)的研究人員開發了一種可在空氣中捕捉二氧化碳的新型電池系統,這種電池在充電時將新鮮空氣或原料氣體吹入系統,在塗有名爲聚蒽醌的特殊材料的電極表面發生電化學反應,吸收氣體中的二氧化碳,在放電時則發生逆反應,釋放出純濃縮的二氧化碳。這一新型技術使碳捕捉技術獲得革命性進展,所有過程無需加熱、壓力或化學輸入,系統能效大幅提高,而且所捕捉的二氧化碳具有較高的純度和穩定性,可供工業應用。未來幾年,該技術有望實現規模化應用,且隨著技術的進步,該電池系統若進一步向小型化和便捷化發展,其應用價值將大幅提高。
  
  全球首座浮動核電站正式啓航
  
  2019年8月,由俄羅斯建造的全球首座浮動核電站“羅蒙諾索夫院士”號正式從俄西北部摩爾曼斯克港啓航,曆時3周時間,抵達位于俄遠東地區楚科奇市的佩韋克港。該浮動核電站本質上是一個建在船上的核電站,壽命至少爲36年,船上配備2座KLT-40S破冰型反應堆裝置,每個反應堆可以産生35兆瓦電能和每小時140千兆卡熱能,主要用來爲俄羅斯及其偏遠地區的工廠、城市,及海上天然氣、石油鑽井平台提供電能。海上浮動核電站由于處于遠離陸地的海上,對陸地的生態環境不造成影響,具有環保和經濟性。同時,其可移動的特性,也使能源供應具有極大的靈活性。但目前這種大型浮動核電站仍然會有碰撞和受到風暴影響時的安全風險,安全性仍有待提高。未來,浮動核電站可能會進一步向更小巧更精致的方向發展,靈活性和安全性將進一步提升。
  
  本文刊登于2019年12月27日上觀新聞“創新之城”欄目,記者:黃海華、俞陶然,原文鏈接:https://www.shobserver.com/news/detail?id=197204

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