《大众科学》展望2014年新科技

欧洲航天局的光学地面站

人脑项目

镇静剂

无人机

机器人决斗

癌症诊断的侵袭性日益降低。

海上风力发电

天然气钻井

福岛冰墙示意图

在12月17日的报告中，美国大众科学网站预测了将在2014年塑造世界的新思想、新趋势和新突破。

1.激光发射大量空间数据

今年1月，美国宇航局在2009年6月成功发射了迄今为止最年轻的月球探测器——月球侦察轨道器(LRO)。LRO号接收到了一个历史性的信号传输:美国宇航局用激光将达芬奇的名画《蒙娜丽莎》传输到它上面。这是人类第一次使用激光在恒星之间传输图像数据。这一奇迹有望成倍增加恒星间的信息流。美国宇航局专家大卫·史密斯说:“在不久的将来，这种简单的激光通信技术可能会成为卫星无线电通信的补充。并且有望在未来实现比现有无线电通信线路更高的数据传输速率。”

在过去的50年里，所有离开地球的宇宙飞船都使用无线电通信，但是无线电有它自己的局限性。首先，频道很拥挤。随着对数据容量的需求不断增加，频率将达到极限。其次，信号随着距离的增加而衰减，所以传输需要一个非常耗能的发电机和一个巨大的天线。激光的波长很短，所以它每秒能发射更多的波，这也意味着它能携带更多的信息。此外，激光信号的强度不会随距离而降低，因此发射器需要的能量较少。此外，航天器携带的设备越小，发射成本越低。

9月6日，美国宇航局向月球发射了月球大气和尘埃环境探测器。它搭载了一个激光通信终端(LLCD)，并将进行最远的深空激光通信测试。10月，探测器成功地进行了另一项测试:在三个不同的地球接收器之间发射包含高清视频的激光脉冲。如果一切顺利，宇航员有一天将从另一个星球发回高清视频，实现宇航员之间的高带宽通信。

在月球激光通信演示之后，美国航天局的下一步是建立激光通信中继演示(LCRD)系统，该系统将于2017年发射。今年7月25日成功发射的欧洲航天局的阿尔法卫星(历史上技术最先进的民用通信卫星之一)也将使用激光中继从其他观测地球的卫星获得数据。

如果太空激光通信成功(我们没有理由认为它会失败)，它将改变人类探索太阳系的方式。好奇号漫游车预计将携带更多工具并发回更多数据。高清视频流还能让科学家追踪土星上的风暴。当然，更亲密的是宇航员可以和他们的家人视频聊天。

2.唤醒罗塞塔探测器

欧空局于12月10日宣布，将于2014年1月20日唤醒目前处于休眠状态的罗塞塔探测器，使其驶向67P彗星，并于2014年11月11日释放着陆器，登上这颗彗星的冰冻表面进行采样和分析。科学家希望更好地了解彗星的组成及其在太阳系形成中的作用。

3.计算机解码人脑

10月7日，迄今为止最雄心勃勃的大脑研究项目在瑞士联邦理工学院正式启动。“人类大脑项目”已经从欧盟获得了12亿欧元，超过250名研究人员将朝着一个目标前进:使用超级计算机来完全模拟大脑如何工作。在过去的10年里，我们获得的所有关于大脑的信息和知识都将由计算机模拟。最终，虚拟神经细胞甚至会被虚拟药物治疗。

美国*主导的“基于神经科学和技术创新的大脑倡议”项目也将实现其“第一次”:绘制一张包含所有大脑活动的详细地图。其最终临床应用包括通过直接改变神经通路来诊断和治疗疾病。其他将于2014年启动的项目包括一个由美国宾夕法尼亚州牵头的为期五年的项目，涉及八个研究机构:在硅中模拟视觉皮层。

尽管科学家无法在2014年完全绘制和模拟整个人脑，但2014年是所有这些事情开始步入正轨的一年。

4.镇静剂滥用的控制

2014年，监管机构可能会制定并实施更严格的规则，以控制麻醉药品和镇静剂(包括维柯丁)的使用，从而减少因滥用和过度使用这些药物而导致的死亡人数。自1999年以来，这些药物导致的死亡人数已经翻了两番。

5.机器人决斗

2014年12月，数十个研究团队将携带他们自己开发的自主机器人参加DARPA机器人挑战赛，并决定让一男一女在模拟灾难中完成各种操作。

如何拆除化学武器

2014年，美国军方将建立一个名为“现场可部署水解系统”(FDHS)的移动净化实验室，该实验室可以快速中和沙林等化学战剂，在叙利亚等国家尤其有用。

中和化学武器的具体步骤如下:首先，在实验室的钛盒中用水稀释一定量的化学武器制剂，然后加入漂白剂(次氯酸钠)和碱液(氢氧化钠)。然后，将装有混合物的钛盒加热到液体刚刚沸腾三小时的状态。那时，漂白剂、水和碱会水解99.9%的化学武器制剂。最后，副产品被转移到油轮上，并运送到危险废物处理厂进行处理。

7.美国联邦航空局将给无人机“绿灯”

据美国媒体12月17日报道，美国联邦航空管理局(FAA)表示，计划向无人驾驶飞行器开放天空。本月，它将在全国范围内选择六个州进行测试，并制定重量低于55磅的无人驾驶飞行器(包括绝大多数商用无人驾驶飞行器)的飞行指南，以便将无人驾驶飞行器纳入2015年的国内航空飞行计划。计划于2014年进行的飞行测试将在未来几年甚至几十年内塑造无人机的形状、外观和模式。

目前，美国已有24个州申请建立无人机测试基地，以考察无人机能否与航空业的传统客机共存。美国无人机发展的最大障碍是如何确保它们不会与每天在空中飞行的7万架载人飞机相撞。

北卡罗来纳州立大学下一代航空运输中心主任凯尔·施耐德说，2014年，无人机活动将达到前所未有的水平，像他现在的中心这样的机构正在为UAS研究人员和美国联邦航空局不断收集测试数据。这对农民、房地产经纪人和其他人来说都是好消息。对于那些仍然害怕机器人从头顶飞过的人来说，入侵已经发生了。

癌症诊断更“温和”

癌症治疗面临许多头痛问题，首先是诊断。对大多数癌症来说，活组织检查是唯一的万灵药，但这种方法是侵入性的，会使患者疼痛并导致感染。科学家们正在开发以外来体为载体的诊断工具，这有望使癌症诊断更加简单和“温和”。

体内的切除体是各种活细胞体的内分泌小泡。表面含有大量与其来源和功能密切相关的蛋白质和脂质成分，它们在液体(如血液、尿液和唾液)中来回穿梭，在细胞间运输遗传物质和蛋白质。美国分子诊断和检测公司Exosome Diagnostics的首席执行官詹姆斯·麦卡洛(James mccullough)说:“我们称之为体内的‘联邦快递系统’。”

麦卡洛的公司已经开发出一种测试方法，可以捕捉这些信使并分析它们所含的核糖核酸。明显的变异表明存在恶性细胞。而专注于个性化医学的Caris Life Sciences则专注于寻找与某些肿瘤相关的切除体表面的蛋白质。

两家公司都希望在2014年提供第一次截止测试。Exosome Diagnostics希望通过尿液测试来检测前列腺癌。卡里斯生命科学公司希望通过血液测试来提供前列腺癌和乳腺癌的检测。

重要的临床研究也在有序进行。“外体诊断”技术已经检测到血液中显示脑癌的变化，18个医疗中心正在评估这种方法。此外，外体科学公司还将开始早期临床研究，利用从尿液中分离出的切除物来检测艾滋病毒、乙型肝炎和丙型肝炎。

体外测试可以用于许多领域。淋巴瘤、肺结核和帕金森病都是诊断目标。这种方法也有望用于跟踪疾病的发展和监测治疗效果。

9.气候优先

美国环境保护局局长吉娜·麦卡锡(Gina McCarthy)表示:“今天，我们应该减少碳排放，以此来提供就业机会和增强经济，同时也给生活一个机会。”

10.名人太空旅行

维珍银河计划在2014年开始其太空旅游业务，利用其宇宙飞船2号将六名付费乘客送上太空，其中包括著名的美国流行歌手凯蒂·佩里。

11.好奇号漫游车驶向夏普山

在推迟了很长时间之后，美国宇航局终于在今年7月初发布命令，将好奇号火星车定向到它在火星上的主要任务地点——大约5千米高的谢普山。

夏普山位于盖尔陨石坑的中心，由多层沉积岩组成。科学家们相信，随着时间的推移，它的岩石将提供古代火星环境的信息。美国国家航空航天局7月8日表示，好奇号目前距离夏普山约8公里，专家估计，这次旅行可能需要10个月到1年的时间。

科学家希望好奇号能在2014年中期到达夏普山。这里的粘土矿可能会让好奇号更早、更潮湿地看到火星。

12.福岛核电站建造“冰墙”阻止泄漏

8月20日，日本东京电力公司宣布，地震中受损的福岛第一核电站的一个储罐每天将向海洋泄漏约300吨放射性核污水。为了防止泄漏，该公司计划在2014年在受损的核电站底部建造一堵“冰墙”。

据报道，工作人员将在“冰墙”下安装大量细管，然后向其中注入零下40华氏度的冷却剂(氯化钙)，这将使地下100英尺的土壤冻结，从而防止水进入核电站的反应堆和涡轮机，从而防止更多的污染水泄漏到海里并污染清洁水源。

13.四项研究评估了新生儿基因组的测序

辛辛那提儿童医院医疗中心伦理中心主任阿曼德·安东马瑞亚说:“这些研究将使我们能够收集关于这些测试的伦理、法律和社会影响的信息，并在广泛使用之前进行评估。”。目前，我们不知道患者或提供者如何处理这些信息。"

14.海上风力发电成为现实

好望角风力公司在马萨诸塞州的海上风力发电站和深水风力发电公司在布洛克岛附近的项目都希望成为美国第一个海上风力发电站。这些项目也计划在2014年开始建设。

15.物理学家创造了“牢不可破”的密码。

今年，美国国家安全局(NASA)引发了多起窃听门事件，警告我们需要更安全的数据，量子密码学有望做到这一点。

量子密钥分发是一种“不可破译”的加密协议。在基于量子的密钥分发系统中，随机生成的密码由光学粒子加密，通过光纤共享，然后用于加密敏感数据。任何检测密码的尝试都会改变其光子，这意味着传输已被拦截，需要一个新密码。

迄今为止，量子密钥分发仅限于光纤网络。它还需要大型发射器和探测器。现在，研究人员正试图使这些设备小型化:诺基亚和布里斯托尔大学正在合作创建一个小到可以安装在手机上的密码系统；加拿大安大略省滑铁卢量子计算研究所的科学家正在开发能够在全球范围内发射加密光子的微型卫星。

但是也许最吸引人的技术来自GridCOM技术。为了演示第一台无线设备使用的量子密钥分发(QKD)系统，该公司计划在今年年底前在两款手机之间发送一条“牢不可破”的消息。该公司还计划在2014年9月发布首个商业量子加密数据网络。该公司的联合创始人邓肯·厄尔(Duncan Earle)希望它能用于手机和个人电脑。厄尔说:“五年之内，这项技术将无处不在。”

16.传染病又回来了

1900年，美国由传染病引起的死亡率是今天的40倍。尽管在过去的一个世纪里，人们在抗击传染病方面取得了巨大的进步，但不幸的是，许多疾病开始重新出现。美国疾病控制和预防中心主任汤姆·弗里登指出，人们的旅游和食品贸易日益增长。预防疾病的疫苗接种不足和抗体管理不当都是原因。

在美国，百日咳病例正在增加。此外，尽管麻疹早在2000年就在美国消失了，但这种疾病具有高度传染性。当在国外接种疫苗的人被感染并返回到许多人没有接种疫苗的人口稠密地区时，这种流行病可能会大规模爆发。

还有淋病。随着淋病开始对多种抗体产生免疫力，很少有药物可以治疗它。虽然目前在美国没有治疗失败的病例。然而，最令人担忧的是，这种疾病有很强的记忆力，停药后仍对药物有抗药性。

17.十六项研究将确定天然气对气候的影响

环境保护基金的首席科学家斯蒂芬·汉伯格说:“如果我们想减少全球温室气体排放，我们需要了解它们的来源，包括天然气生产产生的甲烷的性质。此外，必须尽一切努力将泄漏降至最低。如果你没有数据，你就不能做这两件事。”