新技术开创新生活——《技术评论》杂志评出2009年10大新兴技术

　　每年，美国《技术评论》杂志都会评选出10项可能会改变未来世界生活的新兴技术。在2009年的入选榜单中，像纸基医疗测试技术和可用作私人助理的智能软件技术，也许在一年内就能进入市场；而生物机器技术和纳米压电技术等要真正进入人们的生活虽然可能还需要较长的一段时间，但它们将给计算机、药品、通信及制造等领域带来根本性的转变；这份榜单中还包括小到快速、廉价、大容量的计算机内存，大到可存储足够能量为一个城市供电的电池等技术。以上所有的这些技术，必将在未来的岁月里给人们的生活带来巨大的影响。

　　1. 智能软件助理

　　现在，大多数人都将搜索网站设为了自己的互联网首页。我们中的许多人已经习惯性地把任务分解成几个关键字，然后“谷歌”或“百度”出自己想要的工具和信息。但美国硅谷一家先创公司思睿（Siri）的创始人亚当•锲耶尔设想出了一种可使人们与互联网上现有服务进行互动的新方法，它有一个名字叫“执行引擎”。为什么不叫搜索引擎呢？因为思睿正在开发的这款虚拟个人助理软件将帮助用户完成任务，而不仅仅是搜集信息。

　　身为思睿公司负责工程技术副总裁的锲耶尔表示，这款软件会对用户输入的要求进行思考，因此非常有用和具有灵活性。他说，要想得到一个会执行和推理的系统，首先必须得到一个具有互动和理解能力的系统。

　　思睿系统最早可追溯到一项由美国军方资助的人工智能项目，该项目称为“会学习和组织的认知助理”（CALO），由社会资源研究所（SRI）执行。该项目将传统上相互孤立的方法与人工智能技术相融合，试图创立一个可提高与用户互动性的个人助理计划。时任SRI项目主管的锲耶尔带领一支工程师队伍，设计出了一个用户版的样本系统，之后，他在同事的鼓动下，在此基础上成立了思睿公司，其核心技术得到了SRI的使用许可。

　　在吸取了前人在设计虚拟个人助理软件方面的失败教训后，思睿公司的开发工作愈发谨慎。将于今年推出的初始版本将目标定位于移动用户，并只能执行特定的功能，如帮助预定餐厅、检查航班情况或计划周末活动等。用户可用键盘或语音随意输入一个句子，软件就会从句子的内容中辨识出用户的意图。思睿系统与多个在线服务网站相连，这样就能快速进行交互，完成一些通常必须登录网站才能完成的小任务。例如，用户可以要求思睿系统找到一家在城市特定区域的中等价位的中餐馆，并预留座位。

　　锲耶尔说，要把如此复杂的技术嵌入到消费产品中，计算机处理功能的最新进展功不可没。虽说CALO的许多功能至今仍不能嵌入此类产品中，但随着手机功能的日益强大、互联网速度的日益提高，就有可能实现在思睿公司总部对某些进程进行处理，并将结果反馈给用户，从而使软件能够承担起之前根本无法完成的任务。

　　思睿公司的创始人兼CEO达格•基特劳斯认为，搜索工具在检索信息方面已做得很好，但它不能随时随地地快速满足用户的愿望。5年之内，到了人手一个虚拟助理的时候，许多初级的工作就可完全托付给它们来完成。届时，智能软件助理将给人们的生活带来难以置信的体验，帮助人们更有效地处理生活问题和工作任务。但它终究只是一个工具，而不是人类智慧的竞争对手。   

　　2. 100美元的基因组测序

　　美国一家先创公司——生物纳米矩阵（BioNanomatrix）公司正在致力于研究以更廉价、更快速的方式实现被称为个性化医疗之关键的基因组测序技术，他们的目标是在8个小时内以不到100美元的成本完成整个人类基因组测序工作。借助于这种强大的工具，根据病患的不同基因特性进行针对性治疗就有了可能。

　　尽管许多专家目前对能以1000美元成本完成全基因组测序都感到怀疑，更别提100美元了，但生物纳米矩阵公司相信，在5年时间里，他们定能达成100美元测序的目标。他们如此乐观不是没有理由的，因为公司创始人曹晗使用微流体技术及一系列呈分枝状的窄细通路开发出一个芯片，这个芯片使研究人员首次对单个DNA分子的长链实现了分离和成像。

　　如果该公司能取得成功，医生就能对癌症病患的肿瘤进行活检，并对其所有DNA进行测序，然后利用获得的信息来制定预后和治疗方案，而所有这一切的花费比一次胸部X光透视还要低。比方说，如果疾病是肺癌，医生就可确定肿瘤细胞中的特定基因变异，从而制定出最适合该种变异的化疗方案。

　　双链DNA被放置在测试设备中时，会紧紧团成一个球状，要直接对其分析几乎不可能的。为了测序哪怕是最小的染色体，研究人员都必须将DNA碎成数百万个小片段，每一段的长度从100个到1000个碱基对不等。对这些短链进行测序工作就容易得多，但这些数据必须得像拼图一样重新拼接起来。这个方法既费时又费钱。更严重的是，当这个拼图大得像人类基因组一样时，问题就来了，因为人类基因组中包含有大约30亿对核苷酸。即便使用最优的算法，某些片段还是会被重复计数，而另一些则被完全略过。由此产生的测序结果中也许并不包含与特定疾病最为相关的数据。

　　但曹晗的芯片可整齐地排列这些DNA，这对廉价测序技术来说是至关重要的。该芯片能将脆弱的双链DNA分子解开并拉直至100万个碱基对长，这是一个研究人员曾经认为不可能完成的壮举。芯片中的一系列分支通路可轻柔地促使分子在每一个交叉点放松一些，同时也作为一个闸门来帮助其实现均匀分布。一个温柔的电荷推动它们穿行在芯片内，最终诱导其进入一个不到100纳米宽的空间。由于芯片上排列着数万个这样的通路，因此整个人类基因组分子在10分钟之内就可以流经这个芯片。虽然拼接工作是免不了的工序，但拼图要小得多，所以造成误差的余地也要少得多。

　　但是，这个芯片只完成了100美元基因组测序挑战的一半工作：它解开了DNA，但没有对其进行测序。为了实现测序目标，生物纳米矩阵公司正在和硅谷的全基因组（Complete Genomics）公司展开合作，该公司开发出了一种发光荧光标记探针，将其与生物纳米矩阵公司的芯片一起使用，这个探针就能实现快如闪电的测序。但是这个探针并不能粘住双链DNA，因此全基因组公司还将需要找到一种办法，即在不用解开整个分子的情况下打开一小段DNA。

　　对其芯片技术的应用前景，生物纳米矩阵公司认为，他们的芯片将成为驱动测序成本降至100美元的必不可少的关键组成部分。

　　无论生物纳米矩阵公司是否能达成其8小时内花100美元完成基因测序的目标，其技术在医学上仍可发挥重要作用。由于这个芯片能处理长DNA片段，这些分子仍保留有基因位置的信息，因此能用来快速识别引起流行病暴发的新的病毒或细菌，或是找到与特定疾病相关的新基因。加拿大温哥华总医院前列腺中心的科林•柯林斯说，随着研究人员对与疾病相关的基因变异了解得更多，这个芯片就能用于组织活检，或是只对那些带有与疾病相关变异的基因进行测序。柯林斯已准备在他的实验室中使用生物纳米矩阵公司的芯片。   

　　3. 赛道内存

　　赛道内存是IBM的磁性材料专家斯图尔特•帕金开发出的一种存储信息的全新方法。这个全新的内存芯片拥有磁盘驱动器的巨大容量，又具备闪存的耐用性，而且速度比两者都要快。

　　无论是磁盘驱动器还是现有的固态存储技术基本上都是二维的，依赖于一个单层的磁位或晶体管。但这两种技术的发展都已超过了50年的时间，设备规模越来越小，其大小在今后几十年将到达其极限。而赛道内存与任何以前的内存都大不相同，因为它是三维的。其关键在于一个U型磁纳米线阵列，像森林中的树木一样被垂直安放。纳米线具有一些带有不同磁极化的域，根据任何一边的磁域极化，这些磁域间的边界就代表了“1”和“0”。当一个自旋极化电流通过纳米线时，整个磁象被有效地沿线推动，这就像一辆汽车沿着赛道加速前进。在U型的底部，磁域边界就会遭遇一对可读取和写入数据的微小装置。

　　这个简单的设计可将其他内存技术的最佳特性结合起来，同时避免了其弊端。由于赛道内存将数据存储在垂直纳米线中，因此，理论上它能在同样大的区域内存储比闪存芯片晶体管多100倍的数据。因为它没有机械部件，所以它的可靠性比硬盘高。赛道内存的速度与计算机中频繁访问数据的动态随机存储器（DRAM）一样快，它甚至可在计算机电源关闭的情况下保存信息，这是因为在读取或写入数据的过程中没有原子的移动，从而消除了纳米线上的磨损。

　　就像用在超小设备中的闪存能容纳数千首歌曲、图片以及其他类型的数据一样，赛道内存会创造出全新类别的电子产品。帕金说，更密集、更小的内存将使计算机更加紧凑和节能。未来，拥有超大数据容量的芯片将能缩减到灰尘斑点大小，可撒入微型传感器环境中，或植入病患体内来记录生命体征。

　　当帕金在2003年首次提出赛道内存时，人们都认为这是一个不可能实现的伟大构想。在2008年4月前，没有人能做到将磁域沿线推动而不干扰其方向。但是，帕金的研究小组在去年4月的《科学》杂志上发表论文指出，自旋极化电流将能保持其原有的磁象。论文证明了赛道内存的概念是合理的，虽然研究人员当时还只能沿纳米线移动3位数据。到去年12月，帕金研究小组已能成功地沿纳米线移动6位数据。帕金希望能尽快达到10位数据，这样赛道内存就能和闪存一较高下。如果帕金研究小组能将沿纳米线移动的数据做到100位，那就是赛道内存取代硬盘之时。

　　帕金已发现，增加纳米线可处理的数据位数的技巧是精确地控制其直径，纳米线越窄越规整，它能保持的数据位就越多。该项工作面临的另一挑战是找到一种最佳材料：它必须能在制造过程中幸存下来，且以尽可能少的电流使磁域快速地沿着纳米线移动。

　　如果赛道内存被证明是一个成功的设计，它必将取代其他所有形式的内存，帕金也将得以巩固其“磁记忆体天才”的地位。毕竟，他对巨磁电阻的研究导致了今天高容量硬盘的出现，改变了整个计算机行业；藉由赛道内存，谁又敢说帕金不会再来一次这样的改变？

　　4. 生物机器

　　一只巨大的花金龟正在上下左右地翻飞，但它不是在觅食，也不是在寻找回家的路。原来，它是由工程师通过无线控制的一只生物机器甲虫，这只活甲虫体内植入了接收器、微控制器、微电池及6个精心安置的电极，它的有效载荷不及一毛钱硬币，体重还不到一片口香糖的重量。通过给其大脑和翼部肌肉提供远程的电子激励，工程师就能使这只生物机器甲虫起飞或停飞。

　　这个生物机器甲虫的创始人、美国加州大学伯克利分校的助理教授米歇尔•马哈毕兹希望，他的生物机器虫子未来有一天将能携带传感器或其他设备到达人类或从事搜索和救援任务的地面机器人不易接近的地方。这种生物机器甲虫很便宜，材料成本仅5美元，电子部分也很容易用现成的大部分元器件制成。马哈毕兹称，这些生物机器甲虫可飞入微小的裂缝，安装热传感器以探寻受伤的幸存者。

　　马哈毕兹的专长是设计机器与从单个细胞到整个有机体的生命系统之间的接口。他的目标是要创立新型的“生物机器”，以充分利用生命细胞的特低能量及精确的运动、通信和计算能力。马哈毕兹设想他的设备能从环境中收集、处理、存储信息，并基于这些信息采取行动。这样的应用可能会包括：取代受损器官的组织，甚至是一张可自我修复或根据环境信息重塑外形的自动变形生物桌子。他表示，100年后，由经过彻底改造的细胞衍生出来的此类生物机器将会无所不在。

　　遥控甲虫只是一个早期的成功故事。这个甲虫集成了视觉、机械、化学信息来控制飞行，而所有这一切都只使用很少的能量，这是一个几乎无法从零复制的壮举。为了使甲虫成为一种像搜索和救援机器人那样的有益且复杂的工具，马哈毕兹团队必须创建能与昆虫的神经系统进行有效沟通并加以控制的输入输出机制。这样的接口应得益于先进的微细加工技术、更小巧的电源和日益复杂的微机电系统（MEMS）。

　　粘附在甲虫后背上的是一个放置在定制电路板上的商业无线电接收器。6个电极激励器从电路板蜿蜒进入昆虫的视叶、大脑和左、右基底飞行肌。与一台运行定制软件的笔记本电脑相连的发射器可给接收器发送信息，给光叶提供很小的电脉冲来启动飞行，或给左右飞行肌提供电脉冲来实现转向。由于接收器能给甲虫的神经系统发出非常高级的指令，所以能非常简单地控制其飞行的开始和结束，而不用连续发送信令来保持甲虫的飞行。

　　虽然其他研究人员也已创建了能远程控制大鼠和其他动物活动的类似接口，但昆虫要小得多，因此更具挑战性。马哈毕兹是对生物学和工程学具有足够深刻认识的少数科学家之一，他成功地将动物的神经系统与微机电技术融合在了一起。他的团队曾对处在蛹期的甲虫进行改造，以使植入物在甲虫成年后藏在其体内，外表形同普通甲虫，好用它来执行秘密任务。研究人员目前正在研制新型微激励器和EMS无线电接收器，以实现更准确的神经定位和更小的系统。

　　生物机器甲虫只不过是马哈毕兹实验室孵化出的一系列新技术之一，此类技术包括可给单个细胞提供可控数量的氧气及其他化学物质（甚至DNA）的微流体芯片。此类系统可精确控制细胞群的发育。最终，马哈毕兹想要开发出可编程的细胞基材料，即上述貌似荒诞的可自我修复桌子所需的材料。但目前，他的团队正专注于寻找操纵甲虫的最佳途径。   

　　5. 诊断试纸

　　制作低廉、简单易用和足够坚固的诊断工具，将可挽救全球贫困地区的成千上万条生命。为了制作出这样的设备，美国哈佛大学的乔治•怀特赛德将人类最古老的技术之一——纸和先进的微流体技术结合起来，制作出一种多功能的一次性试纸，它能通过检测少量的尿液或血液来找到传染病或慢性疾病的证据。

　　已完成的设备是一张大小与邮票相似的方形纸。方形纸的边缘可滴入尿样或用力挤入一滴血液，这些液体可流经通路进入测试井。根据液体中的化学物质，测试井中会发生不同的反应，从而使试纸变为蓝、红、黄或绿等颜色。

　　试纸充分利用纸张能快速吸收液体的自然特性，从而避开了对微流体设备中常见的泵或其他机械部件的需要。制造试纸的第一步是建立约1毫米宽的微细通路，它能引导液体流向测试井。怀特赛德和同事将纸浸泡在光致抗蚀剂中，紫外线能引起光致抗蚀剂中的聚合物发生交联并变硬，在光照之处就会形成长长的防水层。研究人员甚至只需在纸上画一个黑色标记并将其放在阳光下就可以创建出理想的通路和测试井。然后，每个测试井都可用不同的溶液进行冲刷，溶液与血液或尿样中的特定分子发生反应就可触发颜色的变化。

　　由于纸很容易烧毁，因此试纸用过之后的安全处理变得极其容易。基于试纸的诊断技术并不新鲜，如怀孕试纸，但怀特赛德的试纸具有独特的优势：单张试纸就能执行多种反应，可一次诊断多种病情。同时，它的小尺寸也意味着血液测试只需微量样本，让就诊者简单地刺破手指就可获得。

　　目前，怀特赛德正在开发一种诊断肝功能衰竭的试纸，肝功能衰竭是由于血液中某种酶的浓度过高引起的。在一些医疗条件发达的国家，某些服用某类药物的人群会定期进行血液测试，以检查药物可能导致的肝功能损害问题。但是，并不是所有国家的人群都能获得这样奢侈的医疗保健服务，怀特赛德的试纸将给他们带来福音，人们花很少的钱就能获得同样的测试结果。怀特赛德还想开发出可诊断肺结核等传染病的试纸。

　　为了推广此项技术，怀特赛德于2007年在马萨诸塞州的布鲁克林与人共同创办了一家非盈利性的诊断中心，并计划于今年底在一个非洲国家部署肝功能测试技术。研究小组希望那些几乎没有经过医疗培训的人也能完成这样的测试，并将测试结果用手机拍下来传给医生。怀特赛德正在规划这样一个中心，在这里技术人员和医生可对这些影像进行鉴定，然后将治疗建议远程传回给测试者。

　　华盛顿大学生物工程副教授阿尔伯特•福尔奇说：“这是我见过的最好的医疗器械之一，其设计中令人难以置信的巧妙之处在于，他们创建了内嵌在纸中的光致抗蚀剂结构，同时，纸的孔隙率则担当了这个星球上最便宜的泵的角色。”

　　最近，美国哈佛大学研究人员通过将这种纸芯片铺陈在刺了孔的防水胶带上制成了三维诊断试纸。样本液滴穿过通路到达第一层的测试井，然后在胶带的孔隙中弥散开来，在第二层的测试井中发生反应。执行更多的测试，甚至是对单一样本执行两步反应，使得该试纸能检测那些需要更复杂测试（如利用抗体）的疾病，如疟疾或艾滋病，而且测试结果在5分钟到半小时内就可显现出来。

　　研究人员希望，最终能像印刷报纸那样大规模地生产这种先进的试纸，材料的成本应在3美分到5美分之间。福尔奇说，在这个价格上，此种试纸技术将对那些交通和能源条件较差地区的卫生保健工作产生非常重大的影响。（上）

　　（冯卫东） 

　　6.液态电池

　　如果没有一种很好的方法来大规模储存电力，太阳能发电在夜间就失去了用武之地。一种完全由液态活性材料制成的新型电池也许能给电力的存储带来极大的希望。这种液态电池的成本不及现今最好电池的1/3，使用寿命也大大延长。

　　这种液态电池和其他任何电池都不相同，其电极是熔融金属，在电极间传导电流的电解质则是一种熔盐。这种非同寻常的装置可快速吸收大量的电子。电池的发明者、美国麻省理工学院材料化学教授唐纳德•赛多威称，这种电池的电极可运行的电流要比现有任何电池高数十倍，更重要的是，材料相对便宜，且这种设计利于制造。

　　该电池包含一个由绝缘材料包围的容器。研究人员将熔融原材料添加到容器内：底部是锑；中间是如硫化钠之类的电解质；顶部则是镁。因为每种材料的密度不同，所以可自然地保留在各自不同的层面，从而简化了制造工艺。这个容器具有一个集电器的双重功效，从太阳能电池板收集电力，或将它们传送到电力网以给企业或家庭供电。

　　当电力流入电池时，溶解在电解液中的锑化镁就会形成金属镁和锑；当电池放电时，两个电极的金属再次溶解形成锑化镁，锑化镁溶解在电解质中，造成电解质增多而电极缩减。

　　赛多威设想将这些大电池用导线连成一个巨大的电池组。如果要满足纽约市高峰期的电力需求（约1.3万兆瓦），那么这个电池组占据的面积就将达到约6万平方米。给它充电将需要空前规模的太阳能电站，这些电站不仅要生产足够电力满足白天的用电需求，还要给电池组充足电以满足晚间的电力需求。首个系统将采取在用电低谷时存储电力来满足高峰期用电需求的方法，如此就降低了建设新电站和传输线路的需要。

　　研究人员已提出了很多种存储来自间断性电源电力的方法，其中部分已投入了有限的使用，如白天将水泵上山，晚间再将水下泄带动自旋发电机发电。而液态电池的优点在于价格低廉，使用寿命长，应用范围广泛（不像泵水方式只能固定在一处）。

　　在创建了液态电池的首个原型后，研究人员正在试验使用另外的金属和盐，因为在高浓度条件下要溶解电解质中的锑化镁是不可能的，所以首个原型就必须做得很大，这样实用性就大打了折扣。赛多威虽还没有确定新的材料，但他说会依据同样的工作原理来进行试验。他希望在5年之内推出可商业化的液态电池。

　　7.行波反应堆

　　对反应堆的核燃料进行浓缩及定期打开反应堆补充核燃料，是核电站运行中最繁琐和昂贵的步骤。用过后的核燃料从反应堆中取出后，必须对之进行再处理以回收可用材料。而且，核电站还存在核扩散和环境污染风险。

　　为解决上述问题，美国华盛顿一家名叫“智力投资”的发明投资公司提出了一种经济可行的，只需少量浓缩核燃料即可运行的新型反应堆设计方案，他们称之为行波反应堆。

　　当行波反应堆运行时，其堆芯逐渐将非裂变材料转变成它所需要的核燃料。智力投资公司的核计划部经理约翰•基勒兰德称，基于如此设计的核反应堆在理论上可以运行两百年，而不用再次加注核燃料。

　　基勒兰德的目标是利用目前的核废料来运行反应堆。常规反应堆使用铀-235，它很容易裂变并产生连锁反应，但铀-235既稀缺又昂贵，它必须在特殊的浓缩工厂从更为常见的非裂变材料铀-238中分离出来。每隔18个月至24个月，就必须打开反应堆，从中取出数百根核燃料棒，再补充数百根新的核燃料棒，剩下的则在下次运行时予以撤换，以供应所需的裂变铀。这就衍生出了核扩散问题，因为一个设计制造电力反应堆所用低浓缩铀的工厂，在细节上有别于设计制造核弹所用高浓缩铀的工厂。

　　但是，行波反应堆只需薄薄的一层铀-235。其堆芯中大部分为铀-238，作为天然铀中提炼出铀-235后的残留物，铀-238在全世界的储量达数百万公斤。麻省理工学院核燃料循环项目执行主任查尔斯•福斯伯格说，该设计提供了核燃料循环的最简可能，这样全球只需一个铀浓缩工厂就够了。

　　该反应堆的诀窍在于自身就能将铀-238变成一种可用核燃料钚-239。常规反应堆也能生产钚-239，但是必须移去用乏后的核燃料，将之切断并用化学方法提取钚，这是一个肮脏、昂贵的过程，也是制造原子弹的一个主要步骤。行波反应堆生产出钚，并立即加以使用，从而消除了被专用于生产核武器的可能性。一个不到1米的活性区域沿着堆芯运动，就能给前方不断地提供新的钚核燃料。

　　行波反应堆的想法可追溯至20世纪90年代初。然而，基勒兰德的团队第一次开发出了一个实用的设计。智力投资公司已获得了该技术的专利，他们现在正和一家反应堆制造商讨论专利许可事宜。尽管仍有一些基本的设计问题需要加以解决，如反应堆如何在事故条件下运行的精确模型等，基勒兰德还是认为，一个商业化反应堆可在2020年初开始运行。智力投资公司认为，在核工业全面复兴和核燃料供应吃紧的情形下，行波反应堆设计沿着这条路走下去一定会吸引更多人的目光。

　　8.纳米压电传感器

　　纳米传感器具有敏锐的灵敏度，体积也极其微小。它们的用处多多，如检测血液中疾病分子的迹象；探测空气中的有毒气体；追查食品中的污染物等。但要将这些设备做到完全小型化，电池和集成电路就成了其拦路虎。美国乔治亚理工大学的材料科学家王中林教授利用压电技术发明的微型发电机给纳米世界带来了全新的动力。如果他能获得成功，生物和化学纳米传感器今后将能自己给自己供电。

　　早在一个世纪前，人们就已经知道了压电效应的存在，即晶体材料在机械压力下可产生电势。但2005年，王中林首次向人们展示了纳米层级的压电效应。他用原子显微镜的探针针尖去弯曲单个的氧化锌纳米线，当纳米线弯曲并回复到原有形状时，由锌和氧离子产生的电势就能驱动电流。在最初的试验中，王教授诱导出的微小电势仅几个毫伏。但他确信，只要经过足够多的实验，他一定可以设计出实用的纳米电源，这样的电源甚至可以利用我们身边的微小振动，如声波、风乃至植入设备中血流量的波动。这些微妙的变动会使纳米线弯曲而产生电力。

　　去年11月，王教授在一层聚合物中嵌入了氧化锌纳米线，结果产生了50毫伏的电势，这是在微型传感器供电技术的开发上向前迈出的重要一步。

　　王中林希望，这些发电机最终能被织入纤维中，这样的一件衬衣所发出的电力足以给iPod这样的随身便携设备充电。当然，目前纳米发电机的输出功率太低，还做不到这一点。王教授说，这需要200毫伏甚至更多的电势，他计划通过层叠纳米线的方法来实现，不过这还需要经过5年到10年的精心设计。

　　与此同时，王中林已展示了新型纳米传感器的首个元件。他所称的纳米压电技术利用了这样的事实，即氧化锌纳米线既能展现出压电效应，同时又是半导体。第一个特性使得氧化锌纳米线扮演机械传感器的角色，因为它们会对机械应力作出反应产生电力；第二个特性则意味着，它们可用于制作集成电路的基本元件，包括晶体管和二极管。不像传统的电子元件，纳米压电元件不需要外部电源，它们暴露在给纳米发电机供电的同样的机械应力下时，自身就能发电。

　　一旦将纳米压电元件从外接电源的桎梏中解放出来，就有可能开辟多种实际应用。集成有纳米发电机的一个纳米压电助听器就可以用到多根纳米线，每一根可调谐到各种声波的不同振动频率。纳米线将声波转换成电信号并进行处理，以便它们能直接传送给大脑中的神经元。这样植入的神经假体不仅比传统助听器更紧凑、更灵敏，而且还无需因更换电池而拆除。纳米压电传感器也可用于检测飞机发动机中的机械应力，只需几个纳米线元件就能监测压力、处理信息并给机上电脑通报相关数据。无论是在身体中还是在空中，纳米设备最终将遍布我们周围的世界。

　　9.散列缓存

　　在贫穷的发展中国家，互联网接入的稀缺是数字鸿沟中比缺乏电脑更为突出的顽疾。美国普林斯顿大学计算机科学家魏威克•派说：“在发展中国家的大多数地区，网络的使用费用甚至比美国还贵。”通常情况下，贫穷国家的大学一般只能负担得起低带宽连接，个人用户所获得的带宽更是少得可怜，只相当于拨号连接的一部分。为了提高网络接入的公共性，魏威克•派和他的研究小组开发出了一种高效缓存技术——散列缓存，它可将频繁访问的网站内容存储在一个本地硬盘上，而不是使用宝贵的带宽资源，以重复检索相同的信息。

　　尽管网络具有千变万化的特性，但其绝大多数内容往往并不变动或不常变动。目前的缓存技术不仅需要大硬盘来保存数据，还需要大量的随机存取存储器（RAM）来存储索引，这个索引包含硬盘上每段内容所对应的“地址”。相对于硬盘的容量来说，RAM成本较高且只能在有电时才能工作，它像带宽一样在发展中国家往往既昂贵又稀缺。

　　散列缓存则取消了存储索引的要求，将RAM和电力的需求降低到大约1/10。它利用数学上的散列函数，将每个存储的Web“对象”（网页上的影像、图片或文字块）的URL转化成一个很短的数字。虽然其他大多数缓存系统也能做到这一点，他们也能在RAM占用表中存储每个散列数字，并将其与硬盘的内存地址相关联。但魏威克•派的技术则可以跳过这一步，因为他使用了一种新的散列函数：函数产生的数字可界定硬盘上的位置，在此就能找到相应的Web对象。魏威克•派说：“通过使用散列函数直接计算位置，我们就能完全摆脱索引。”

　　魏威克•派表示，可以肯定的是，一些RAM仍然是必要的，但仅够运行散列函数及实际检索一个特定的Web对象即可。虽然仍处在非常早期的发展阶段，但研究人员正在加纳的科克洛比特伊研究所和尼日利亚的奥巴费米亚沃洛沃大学对散列缓存技术进行实地测试。

　　互联网通信的基础——HTTP规范的编写者之一吉姆•杰提斯说，该项技术终结了基础缓存技术长期以来的停滞不前状态。虽然贫穷国家的学校购买数百吉的硬盘已越来越可行，但如果他们使用了当前最好的软件的话，这些学校通常就只能负担得起足够的RAM来支持数十吉的缓存内容。而使用散列缓存，一间配备了相当多的各类型电脑，甚至是废弃电脑的教室，就可存储及廉价地访问1TB的Web数据。这足以存储维基百科的所有内容，或是存储从莱斯大学和麻省理工学院免费获得的所有课程。

　　哈佛大学伯克曼互联网与社会研究中心的伊桑•朱克曼研究员表示，如果用新的光纤将东非连接到互联网，那么某些非洲大学的数千名大学生就可以与家用ADSL几乎相同的速度共享连接。他说：“这些大学都有严重的带宽限制问题，所有的学生都想拥有一台电脑，但几乎从未有过足够的带宽。这项创新使得运行一个大型的缓存服务器变得异常的便宜。”

　　魏威克•派计划以这样的方式授权其散列缓存技术的使用，既对非盈利组织免费，但同时又不排除未来进行商业化的可能。

　　10.软件自定义网络

　　多年来，计算机科学家们朝思暮想着如何提高网络的速度、可靠性、能效和安全性。但他们的计划通常都只能停留在实验室项目阶段，因为互联网核心中的路由器和交换机已被思科和惠普等知识产权公司的软件垄断了，所以想以足够大的规模对新开发的软件系统进行测试来了解其可行性几无可能。

　　受挫于无法在现实世界中摆弄因特网路由，斯坦福大学计算机科学家尼克•麦吉沃恩和他的同事开发了一种称为Open Flow的标准，这使得互联网研究人员基本上可通过“软件自定义网络”来定义数据流。安装一小块这样的Open Flow固件（嵌入在硬件中的软件），就能使工程师获取流量表及与交换机和路由器控制网络流量相关的规则。它还能保护所有者的路由指令，将一个公司的硬件与另一个公司区分开来。

　　将OpenFlow安装在路由器和交换机后，研究人员就可以使用在自己电脑上的软件进入流量表，只需点击一下鼠标就基本上控制了网络的布局和交通流量。这种以软件为基础的访问可让计算机科学家以廉价和简易的方式测试新的交换和路由协议。

　　通常，当一个数据包到达一个交换机时，固件检查数据包的目的地，并根据预先确定的规则提交数据包，而网络运营商对此规则没有控制权。去往同一个地方的所有数据包都沿相同路径进行路由，并以同样的方式进行处理。

　　在一个运行Open Flow的网络上，计算机科学家们可对这些规则进行添加、减少或干涉。这意味着，研究人员可通过电子邮件给予视频优先权，从而减少在视频流播放时时常出现的令人恼怒的停顿和启动现象。他们还可对来自或前往某个目的地的流量设置规则，以便隔离来自一台涉嫌窝藏病毒的电脑的流量。

　　Open Flow也可被用以改善蜂窝网络。移动服务供应商已开始使用为互联网制造的硬件商品来扩展其网络。但是，在用户处于移动状态时要靠这种硬件维持连接是相当糟糕的，你只需想象一下，一台笔记本电脑的数据连接从一个无线基站以不是完全无缝的方式转接到另一个基站时会是怎样的情形。麦吉沃恩说，Open Flow向服务提供商提供了一种解决移动问题的新的尝试办法。

　　麦吉沃恩的研究小组获得了思科、瞻博、惠普和NEC等网络公司及T-Mobile、爱立信和NTTDoCoMo等移动运营商提供的资金和设备。在运行Open Flow的交换机上进行测试的思路可纳入新路由器的固件，或者也可通过固件升级添加到旧的路由器。麦吉沃恩预计，这些公司中的一家或多家在今年内就能推出内置Open Flow的产品。（下）（冯卫东）