十大技术方兴未艾

　　即将出版的《技术评论》杂志，评出了未来将会对整个社会产生重大影响的技术。 量子电线、硅光电技术 、新陈代谢学（Metabolomics）、 核磁共振压力显微镜(成像技术)、纳米电子学、细菌工厂、环境信息学、生物机械电子学（Biomechatronics）、手机病毒和机载网络。如果获得成功，它们大大将改变我们的工作和生活。

机载网络――空中互联网技术能让飞机安全飞行，无需地面控制人员的帮助。

量子电线――电力传输。由碳纳米管编成的电力传输线路可以大大提高传输电力的效率。

硅光电技术――让计算机芯片材料发光的光电子技术能够加快数据的传输速度。

核磁共振压力显微镜――成像技术：它将向我们展现3维分子世界的图像。

在纳米技术和分子生物学领域，研究人员常常由于不能以3维方式观察原子和分子而受到严重的制约。例如，蛋白质构成复杂的模式，而这些模式是那些试图发现这些生物分子的功能的生物学家基本上看不到的。

因此，研究人员正在努力开发一种可以提供纳米世界3维图像的工具。这种叫做核磁共振压力显微镜（MRFM）是由核磁共振成像与广泛应用于纳米技术的原子力显微镜（AFM）结合的产物。加州San Jose市IBM Almaden研究中心的物理学家在Daniel Rugar的领导下，最近利用MRFM检测到了单个电子发出的微弱的磁信号――单个电子的“自旋”（spin）。尽管这一成就距拍摄原子或分子的3维照片仍有很长的距离，但它是证明MRFM可以完成原子级成像的关键性的一步。MRFM在工作时，振动一个超敏感的悬臂（悬臂甚至在出现极其微弱的力时也会发生倾斜）末端上的微小的磁头。在适当的条件下，磁头与电子之间的磁力以可测量的形式改变悬臂的振动。在3维光栅中扫描分子理论上可以产生图像。

通过帮助药物研究人员更直接地找到蛋白质的结构，MRFM可以为开发更安全、更有效的药物提供宝贵的线索。这种确定蛋白质复杂的3维结构的标准技术涉及让蛋白质结晶，然后分析X光衍射图，因为X光会激发晶体中原子的运动。但是，并不是所有的蛋白质都能结晶，而分析X光衍射图也是一件艰苦而棘手的工作。

IBM的研究人员开发出了显示原子图像的扫描隧道显微镜，并合作发明了AFM，从而使大多数纳米技术成为可能。AFM已经成为用于原子级处理的标准工具。 MRFM是否能产生同样的影响现在还不能肯定。但是，IBM的试验结果对于那些为获得显示原子和分子世界的更清晰、更全面的图像而奋斗的人来说，是一个巨大的鼓舞。

通用内存――纳米管使超高密度数据存储成为可能。

环境信息学――计算机预报将增加农场的产量和物种多样性。

环境科学家将计算机视为老朋友。不管是用于制作濒临绝种的生物种类的地图，还是预测温室气体散发对全球气候的影响，他们很久以来一直利用计算机处理野外采集到的数据。然而，据一个叫做环境信息学的新领域的鼓吹者说，3种趋势将推动信息技术由环境研究的外围进入环境研究的核心。

首先，作为实时监测生态系统的联网传感器的产物，有关环境的原始数据雪崩似地滚滚而来。其次，将以不同格式保存在不同位置的数据组织在一起的可扩展标记语言（XML）等Internet标准的兴起。第三个趋势――不断降低的计算能力的成本――意味着研究人员可以利用廉价的桌面机运行曾经需要超级计算机完成的分析和模拟。正如10年前快速基因顺序分析仪的发明导致了生物信息学的诞生一样，有关海洋、大气和陆地的新的大量的数据，将导致人们更广泛地采用传感、仿真和制图工具――并且寄希望它们可以导致对未来更可靠的预测。

当然，环境建模技术并不是什么新东西：京都议定书之所以得到批准，部分归功于预测下个世纪平均温度升高1 °C 到6 °C的全球气候模型。但是，这种大规模、长期的气候模型并不能帮助解答更直接的、局部的问题：如这个月宾夕法尼亚州Butler县的湿度是否意味着农民应当提前喷撒杀真菌剂来预防传染病。宾夕法尼亚州立大学的环境信息学中心研究员Douglas Miller将分布在各产麦州的气象站的数据输入到一个基于Web的程序中，程序可以预测一种叫做镰刀霉头枯萎病的破坏性小麦真菌传染病下一次会袭击哪个地区。农民可以登录到一个网站上，输入他们的位置和庄稼的开花日期，然后得到用颜色显示风险级别的本地地图。Miller说：“我们将环境信息输入到人们的大脑中，使他们可以做出决定。”

环境信息学甚至帮助管理城市的发展。在San Diego县，县政府官员建立了一个详尽的地理与生物数据库，这个数据库中的地图显示哪些春季池塘（即那些冬季和春季灌满雨水的盆地）为圣地亚哥仙女虾等濒危物种提供栖息地，因此最需要保护。

科学很少成为土地管理或其他影响自然环境的决策的主要驱动因素，但环境信息学可能使政客比以往更难逃避其决策所造成的长期影响。

手机病毒――电信：无线设备接收空中传输的恶意代码，然后传染本以为安全的计算机系统。

生物机械电子学（Biomechatronics）――弥补修复术：机器人技术与神经系统的结合，将创建新一代像真正肢体一样工作的人造假肢。

常规的假腿经常让使用者，尤其是膝盖以上被截肢者，摔跟头或者以不正常的步态行走。MIT媒介试验室教授Hugh Herr正在开发一种让使用者可以更精确控制的更可靠的假肢。市场上的一些最新人造膝盖已经安装了微处理器，这些微处理器可以被编程，来帮助肢体更自然地运动。然而，Herr将这种想法又向前发展了一步。他开发出了装有内置传感器的膝盖，传感器可以测量膝盖的弯曲程度以及使用者在走路时施加在膝盖上的力量。这种人造膝盖（最近由一家冰岛公司实现了商业化）还包含一块计算机芯片，这块芯片对传感器数据进行分析，来建立用户步态的模型，然后相应地调整膝盖的运动和阻力。

目前，Herr正设法将这些传感器分布到膝关节以外的地方，用它们不仅测试人体的机械力，而且还检测来自关节附近肌肉的神经信号。这项工作是一种叫做生物机械电子学（biomechatronics）的新兴学科的一部分。在生物机械电子领域，研究人员开发可以与使用者的神经系统通信的自动机械假肢。Herr预测，5到7年后，脊髓损伤患者将通过控制绑在身上的自动机械外骨骼来移动他们的肢体（或者至少他们将在研究环境中做到这点）。伊拉克战争造成大量的美军士兵因断裂伤而回国。部分由于这场战争的原因，生物机械电子学开始引起越来越多的注意。Herr是媒介试验室的机械生物电子学小组的负责人。他负责的项目美国退伍军人事务部（VA）管理的一项投资7 20万美元的新研究项目的一部分。这项研究项目旨在开发用于由于作战受伤而失去肢体的伤残人员的新技术。

Herr自己就是位截去双脚的残疾人，计划使自己成为最新人造踝关节原型的第一个试用者。明年年初，至少3个小型传感器将植入到他膝盖以下的一条腿中。当Herr像以前移动他的踝关节那样弯曲腿部肌肉时，这些传感器将测量肌肉中的电流活动，并将信息传送给安装人造踝关节中的计算机芯片，计算机芯片将把这些脉冲翻译为控制踝关节电机的指令。Herr希望能够通过调动关节附近的残留肌肉，感觉它的反应，就像他控制自然关节那样，运动踝关节。通信也不是单向的。Herr还能够通过感受来自关节的振动感觉踝关节的位置。领导VA项目的Brown医学院整形外科教授Roy Aaron说：“我们认为这项工作的前景极其光明。”

Herr对这一领域的设想是将生物机械电子学与生物组织工程相结合，开发由人造材料和人体组织构成的肢体。Herr说：“我认为我们将不可避免地最终得到混合装置。”

《技术评论》评出的10大新兴技术中，还包括新陈代谢学（Metabolomics），这种新型诊断技术可能意味着更早和更容易地发现疾病。

一些小公司在几年后将推出它们基于新陈代谢物的诊断测试。如北卡罗莱纳州的Metabolon公司正在与马萨诸塞州总医院合作，寻找肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）（即Lou Gehrig症）的代谢物标记。加拿大Phenomenome Discoveries公司，正在开发用于诊断Alzheimer症和两极型异常的基于代谢物的诊断。

最后是被称为细菌工厂的新兴制药技术，它将彻底改变细菌的新陈代谢机理，生产出廉价的疟疾药。