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2011年十大须知技术概念 手机诊断病情将成现实

2011-02-2315:44

全同态加密、无线空白电视信号频段、飞轮储能、光遗传学……以前的人们尚有权利不了解这些拗口的词汇,但从今起,你再不能说从未听闻过它们了。美国《大众机械》杂志在线版近日将十组科技名词连同其发展近况一一列出,并指出:这就是2011年人们必须知道的科技概念。

1.名词:飞轮储能

概念:指利用电动机带动飞轮高速旋转,将电能转化成机械能储存起来,在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式。

如果要重组我们的电网以便吸收更多的可再生能源,其前提是必须找到更好的储存能量方式。而一种已被谈论了数十年的解决方案如今正开始博取眼球——它就是飞轮储能。

儿时玩过回力玩具车的人们可能会更好理解这种技术的基础原理——飞轮储能器中没有任何化学活性物质,也没有任何化学反应发生,旋转时的飞轮是纯粹的机械运动。当然一套飞轮系统要比回力车复杂得多了,它主要包括三个部分:储存能量用的转子系统、支撑转子的轴承系统以及转换能量和功率的发电机系统。与其他形式的储能技术相比,飞轮储能具有使用寿命长、储能密度高、不受充放电次数限制、安装维护方便、对环境危害小等优点。

说起来,飞轮储能技术的起点可不算成功,且“一误经年”。但就在2011年,首个大型“飞轮计划”即将展开——Beacon Power公司的“20兆瓦计划”将于纽约装置200个飞轮,每一个飞轮的磁悬浮球(转子)转速达到每分钟1.6万转。

值得一提的是,飞轮储能在技术领域大受关注,还有一部分得益于动能回收系统在世界一级方程式汽车大赛(F1)上的运用。现在的F1赛事中,又再允许各个车队采用动能回收系统。这一部分的工作原理,是通过技术手段将车身制动能量存储起来,并在赛车加速过程中将其作为辅助动力释放利用。这种系统中,刹车时的动能回收后可以选择储存在飞轮或电池。

而从技术上讲,相对于锂电池的长期能量储存,飞轮则更适合吸收汽车大力制动下释放的巨大能量流。作为世界最顶尖技术集成的体育项目,为赛车打造飞轮动能回收系统的FB公司,早在2008年公布的技术参数中飞轮转速就能达到每分钟64500转。

很多人认为F1引入动能回收系统是为增加超车机会、提高比赛兴奋度,那就大错特错了。F1在领悟全世界汽车工业产业发展与保护环境这对矛盾时,毫不逊色于任何行业。国际汽联主席马克思·莫斯利在2006年就曾说过:“世界的趋势正在发生改变……如果现在我们不改革,必将错过这一趋势,F1将变得落后,并最终死亡。”其实,该原则也同样适用于其他所有行业。

2.名词:无线空白电视信号频段

概念:空白电视信号频段(white space),是指各电视频道之间的无线传输节目的频段。这些无线频谱的设计初衷,是为了防止无线传播的电视信号之间的干扰。

如果我们能看到电磁谱在空间中的状态,必然会为它们的拥挤不堪而大惊失色。

早在2008年,在美国无线频谱拍卖结果公布不到一周之后,互联网搜索引擎巨头谷歌公司就向FCC(美国联邦通信委员会)提出一项建议,建议其将闲置的电视频段开放用于无线宽带接入。谷歌希望政府能够开放闲置的电视频段,用于无线网络的接入服务,以扩大无线网络的覆盖范围。

据称,谷歌并不是为了发展某一任何特定业务而要求推动空白波段的使用。当时他们认为利用空白波段有多种商业模式可以应用,例如构建小型对等网络,或者建立选择性全国范围的无线载波。谷歌早已看到,很大范围的频谱范围没有被利用,或者利用并不充分。而与其他的自然资源不同,这种频谱不会消耗,如果不充分加以利用将会是一种巨大的浪费。

而更妙的是,空白电视信号频段利用的是短波,相对于我们熟悉的无线网络(WIFI)来讲,它在面对长距离以及墙体、树木等障碍物的阻隔时,表现的会更出色。现在,有先见之明的谷歌,已在美国俄亥俄州的一家医院与Spectrum Bridge公司共同协作一个试点项目,建成了一种类似“智能网格”的系统。

据悉,在微软公司的企业园区,也已经有了一个运用该技术而成的无线网络覆盖区。

3.名词:水力压裂法

概念:又称水压致裂法,是一种绝对地应力测量方法。

或许所有的美国人都在受益于“水力压裂法”,尽管半数以上的人可能没有听说过这个名词。

在今时今日,美国各级政府、企业对页岩油产业的发展寄予了厚望。美国页岩油资源极其丰富,在科罗拉多州、犹他州和怀俄明州,被锁在页岩之中的油存量达上万亿桶以上,而正是凭借“水力压裂法”,以前根本不可能企及的大量页岩油正在被开采。

这种技术方法,在测量时首先取一段基岩裸露的钻孔,用封隔器将上下两端密封起来;然后注入液体,加压直到孔壁破裂,随之记录压力随时间的变化,并用印模器或井下电视观测破裂方位。根据记录的破裂压力、关泵压力和破裂方位,利用相应的公式算出原地应力的大小和方向。

该方法于20世纪50年代就被科学家在理论上进行论证,60年代加以完善,在分析了压裂液渗入的影响后,开始作出大量野外和室内实验工作。由于水力压裂法操作简便,且无须水力压裂法知道岩石的弹性参量,而得到广泛应用。由于页岩油在美国的战略资源地位和自身需求,美国已进行很多水力压裂法地应力测量,德国、日本和中国现在也已相继开展此项工作。资料显示,目前利用此法已能在5000米深处进行测量。

4.名词:医用同位素匮乏

概念:同位素是一种放射性元素,它是核医学显像研究中应用最广泛的放射性元素,可检测癌症、心脏病以及其他多种疾病在患者体内的扩散程度。

作为核医学显像研究中应用最广泛的放射性元素,医用同位素仅在美国,每天就要应用于至少5万项医疗程序。

全世界约三分之一的医学影像用“万能核素”——锝99m,都是由加拿大乔克里弗核反应堆提供的。锝99m由于能够在人体内迅速衰变,而产生的辐射剂量却很小,成为了很多核医学检查的理想核素,如监测心血管血流以及癌细胞在骨组织中的扩散。

不过,在2009年,乔克里弗核反应堆因发生重水泄漏需要关闭一段时间,加拿大政府于当年6月曾宣布其要停止乔克里弗核反应堆的运行,同时退出医用同位素生产领域。当时他们认为,其东部安大略省的乔克里弗核反应堆已经有50多年的历史,正常运行已经难以保证。

在那一年宣布“罢工”之时,却没有另一座替代核反应堆的出现。加政府的资金只好先用于乔克里弗核反应堆的维修,期望延长其寿命。此时已有人们担心,加拿大最终关停这一核反应堆、彻底退出医用同位素生产领域后,可能导致全球性医用同位素供应短缺,从而引发医疗危机。

尽管维修过程进展缓慢,但在去年,这座反应堆经过15个月的停堆维修后,重新启动运行。这使那些严重依赖核医学的医疗机构得以暂缓一口气。然而,核医学界已发出严重警告,乔克里弗反应堆最终将于2016年彻底关闭,而目前,尚无替代方案。

5.名词:复合事件处理

概念:可看作一种处理串流(Streaming)的数据库处理。在关系数据库中所处理的资料是有许多行(Row)的数据表(table),复合事件处理将事件串流当作是数据表来处理,事件类型里的属性相当于数据表的字段。

对于政府和企业来讲,处理包含海量信息、图片的庞大数据,已是例行公事。但现在,这一模式正在发生变化。

以高吞吐量、高利用性、低延迟度为目标的复合事件处理,能够不仅仅处理单一的事件,也处理由多个事件所组成的复合事件。相较于以往简单事件,复合事件处理监测分析事件流(Event streaming),当特定事件发生时才去触发某些动作。

关于“复合事件”的概念,史丹佛大学的戴维·卢克汉姆与布莱恩·弗莱瑟卡早在上世纪90年代就已提出,在理论的架构中,使用模式比对、事件的相互关系、事件间的聚合关系,目的则是从事件云(event cloud)中找出有意义的事件,以便更加弹性使用事件驱动架构,并使企业或政府快速的开发出较复杂的架构。

以往,使用关联式数据库时,先将数据存入关系型数据库,再用某些语法将数据库里的数据表做处理;而像提供符合事件处理的StreamBase公司和Tibco公司,则再把处理数据的过程提前,不用通过保存的动作,就在串流中将事件做处理。因此采用的语言也不同。

证劵交易、恐怖活动监视、可疑信用卡停用等等,运用复合事件处理的项目不一而足,而该方式的另一个优点就是模式比对的能力——找出事件中各集合的活动、历史事件中的因果关系、逻辑运算等等,触发新的事件反应,让企业或政府能够达到实时决策。而这些对比查询过程,都在内存内进行,不须经由储存装置。

6.名词:光遗传学

概念:结合遗传工程与光来操作个别神经细胞的活性。

到目前为止,要刺激特定的神经元,研究人员依然只能依靠电脉冲这种不精确和难以控制的技术。这也恰恰是光遗传学这块新领域让人兴奋的原因。光遗传学是研究人员使用一种新的光控方法选择并打开了某种生物的一类细胞,这对于脊髓中某类神经元的特殊功能的研究同样提供了启发。

借助光纤和设计的病毒,研究者便能高度精确地对神经元进行刺激。这也将令移植技术获得诸如接管因为外伤或中风而受到损伤的大脑区域的功能之类的发展。其原理是:首先,一个被设计出来、旨在当某些特定神经元被光击中时激活它们的病毒被注入大脑,然后研究人员便能够通过一条连接着电极的光纤缆绳向大脑发出光线,按照意愿控制神经元的开闭。

可以说,光遗传学开辟了一个新的让人激动的研究领域,人们得以挑选一种类型的细胞然后发现其功能。相关的研究一开始使用老鼠进行试验,但现在研究人员已经把该技术应用到猴子身上。美国国防部高级研究计划局最近更是宣布了一项旨在运用光遗传技术帮助伤残老兵的项目计划。

同时,光遗传学也帮助科学家解答一个长期存在的难题,即关于脊髓中某类神经元的特殊功能的研究。作为工具,其能够激活清醒哺乳动物的单一神经元,并直接演示神经元激活表现出的行为结果,从而使得研究人员能够获得关于脊髓回路的一些重要信息。再接下来,则是将光遗传学研究中的新技术,推广到所有类型的神经细胞,比如大脑的嗅觉、视觉、触觉、听觉细胞等。

7.名词:机械响应聚合物

概念:可感知和回应环境的“智能”材料。简单的说,是被施加了机械力后,发生化学反应的聚合材料。其发出的信号可以变色,而这缘于内部一种特殊成分破裂后引起的化学反应,因此可借以看到材料的损伤情况。

据《大众机械》描述,以美国为例,基础设施需要全部更新,但很显然一切不可能一蹴而就,因此需要一个可靠的算法让人们知道哪一部分结构会最先崩溃,以便安排最为合理的改造计划。这时候,我们就可以拿出“机械响应聚合物”这项技术。

当机械响应聚合物这种材料受到力的作用时,它会改变颜色,因而可以看到材料的损伤程度。这个现象的原理可以用于许多场合,除了大方面的基础设施改造,还可用于各种物体的涂层,从桥梁到机翼,甚至对起重行业的钢丝绳进行检测,以维护高危险度作业的安全。

对于工程师们而言,这项技术令他们大松一口气,因为该材料可降低其在关键结构中的过失疏忽。而且,当金属和混凝土材料开始腐朽和无法承重时,众多小裂缝是典型的提醒信号,但是在一般情况下,塑料断裂前几乎不会有任何征兆。而现在,机械响应聚合物的变色将在其断裂前给出预警。

在2010年8月,美国伊利诺斯大学的研究人员公布了对变色聚合材料的研究成果,就为更好地进行钢丝绳的检查和探伤铺平了道路。其在自修复功能材料研究基础上进行扩展,利用包括环氧树脂涂层、纤维复合材料和橡胶等,过程则是通过共价键将化合物螺吡喃巧妙融合到聚合材料中,当中心某种成分链接断裂后,其从吸光形式转变成可见光谱,就使颜色发生变化。尽管该技术还没有达到商业应用的水平,但却为开发出损伤探测的有效方法铺平了道路。

8.名词:手机诊断

概念:这种手机不仅具备普通手机那样接打电话的功能,还可作为一种医疗器械产品使用。

时至今日,对于广大发展中国家而言,训练有素的医疗护理依旧是僧多粥少,但手机却早已经成了大路货。实际上,地球上80%到90%的人现在都生活在移动通讯塔的覆盖范围之内。这也让手机成为将现代医学带进偏远贫穷地区的有力工具。

在一项由麻省理工学院旗下组织SanaMobile和Click-Diagnotics负责的先驱性研究,便是让农村地区的医疗工作者把X光等医疗信息,通过手机远程传输给外地的专家,帮助其完成诊断;此外,加州大学伯克利分校的科学家与洛杉矶分校获得项目突破奖的研究者,已经将廉价显微镜的配件与普通手机组合起来,使之可以即使记录和分析显微镜图片,以检测出疟疾病毒或结核病病菌。这款伯克利分校设计、并成为手机显微的的诊断工具,将在今年开始实地测验。

而同样是在加州,加利福尼亚州最大电讯公司Qaulcomm开发出一套无线医疗服务新软件,但凡在加州拥有一只上网手机的人使用Qualcomm电讯公司开发的医疗服务新软件系统,即可随时随地解决健康问题。

9.名词:同态加密

概念:以往加密手段的一个弊处在于它通常是将数据保存在盒子内而不让外界使用或者分析数据,除非使用解密密钥将盒子打开,而完全同态加密方案可以让你在数据加密的情况下对数据进行分析和计算。

IBM的工程师们近日突破了一项折腾他们几十年的老大难问题:如何对数据进行加密,这样其他人可以进行排序和搜索,而无需实际揭示它的内容。

如果说,一种加密算法,对于乘法和加法都能找到对应的操作,就称其为全同态加密算法。换句话说,它的意义就在于,对于允许任意复杂的明文操作,都能构造出相应的加密操作。但直到目前还没有真正可用的全同态加密算法,因为“在同步加密方案成为实用工具前,还需要进行很多理论上的工作以提高其效率”。不过,IBM的研究员已使其该方向上前进了一大步,有效性已在逐步改善。

随着云计算将在未来变得越来越普及,同步加密技术将允许公司将敏感的信息储存在远程服务器里,既避免从当地的主机端发生泄密,又依然保证了信息的使用和搜索。用户也得以使用搜索引擎进行查询并获取结果,而不用担心搜索引擎会留下自己的查询记录。

这项技术的关键点在于“双盲”设计——可以检测加密漏洞并进行修复,而不会造成信息泄露。而最好的消息还在于,它能够在几分钟之内部署在普通的电脑上,而非成为那些天价超级计算机的专属。

10.名词:100GBPS光纤

概念:GBPS,千兆比特每秒,作为交换机的背板带宽单位,其代表了交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。目前,100GBPS光纤的应用和部署正在日益加快。

感谢智能手机这类堪称数据饕餮的电子产品,整个世界正陷入到对带宽的无限饥渴当中。

幸运地是,新一代光纤能够满足这个巨大的需求,它将令人类从现在的10GBPS到40GBPS的速度一跃迈入100GBPS的传输新时代。届时,同步转播1.5万个高清电视频道亦毫无压力。由于新的光缆在极化和光脉冲相位中分别编入了2个比特而不是1个比特,所以每个信号可以包含的数据数量增加了4倍,并且还减少了电缆中微观缺陷的影响。

目前,阿尔卡特-朗讯公司已经在两所德国大学之间进行了38公里距离的测试,并单独在达拉斯的威瑞森公司进了100GBPS以太网设备的检测。现在,高速率光缆已经商品化,或许在未来几年,就能够传送你所使用的信息。

英特尔(Intel)则非常看重Light Peak光纤接口技术,该技术由苹果提出创意、英特尔公司具体开发,目前传输速度在2010年报告显示为10GBPS,但目标同样是向100GBPS进军。

而在2010年的ECOC等会议上,谷歌与Brocade、JDSU、Santur Corp几家机构一起成立了10×10G光收发器多源协协议(MSA)。该协议亦旨在寻求建立兼容低成本、低功耗和插入100GBPS的10GBPS光纤通道。无怪乎许多声音指出,100GBPS光纤的大规模部署已蠢蠢欲动。

(来源:科技日报    作者:)

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