美国哈佛大学的科学家们日前首次利用人体细胞和纳米级电子元件制造出了“半机器人”皮肤,这一最新技术突破引发了外界关于电影中半人半机器的“终结者”是否会在未来某一天真正诞生的猜测。哈佛大学研究者不久前首次利用人体细胞和纳米级电子元件制造出了“半机器人”皮肤
哈佛大学的研究人员利用纳米级的电线将人体神经元和心脏细胞结合在一起,最终制成了这种半电子半生物的组织。他们已将具体的制作过程发表在最新一期国际著名学术杂志《自然材料》(nature materials)上面,供感兴趣的人士参考。
纳米是一种长度,原称毫微米,即10亿分之一米,相当于4倍原子大小,比单个细菌的长度还要小。
研究团队带头人、哈佛大学化学教授查尔斯?利伯在接受《哈佛公报》时表示:“通过这项技术,我们首次能够以一个生物系统为单位进行研究,而不用去破坏它。我们的最终目标是,利用电子学合成完美的人体组织,以至于分不清楚哪里是人体细胞,哪里是电子元件。”
《哈佛公报》还透露说,研究人员一开始很担心“半机器人”的皮肤会否像真正的人体皮肤那样,对空气中酸碱度(ph值)和氧分子含量等变化做出反应。不过,测试结果表明,这种担心完全是多余的,这是因为里面的纳米级电线起到了很好的传感效果。
上述研究结果公布以后,有些人开始担心,研究者会否利用这一技术制造科幻电影里的“半机器人”,比如著名美国影星施瓦辛格扮演的“终结者”,从而引发复杂的伦理问题。
对此,利伯教授表示,这种担心属于“杞人忧天”,他们的这项最新研究只会应用于医疗和制药工业。他解释说,“半机器人”皮肤将会替代真正的人体皮肤或在实验室里培养的人造皮肤,来测试针对某种皮肤病而研发的新药物的疗效。
自从世界进入技术时代以来,人们就开始了对自动化技术的探索,幻想能够制造出一种自动化的智能工具来代替人的部分体力和脑力劳动,去做一些靠人的自身能力很难做到的事。于是一个用电器元件或电子仪器控制的,能够模拟人的四肢动作和部分感觉(甚至具有思维能力)的机械装置便在人们的头脑中诞生了,这就是机器人。
这个长期以来的愿望直到20世纪60年代后期才被实现。1966年,一个具有极简单智能的机器人雏形问世了。这是一种只能听从固定和变换工作程序的指令,并能进行简单机械动作的装置,被称为第一代机器人。当时,一架载有氢弹的美国飞机在地中海上空不幸遇难,一枚氢弹坠入海中。为了避免弹体核燃料因破损渗漏产生辐射对打捞人员造成伤害,一个装有电视眼和机械手的简易装置被制造出来。利用它,科学家们毫不费力就将氢弹安全地打捞了上来。同年,美国某家医院安装医疗装备放射线源时,有半支香烟头大小的放射性钻C60掉了出来,结果也是用这种简单的机械人拾起,并放入铅盒内的。
从此,机器人引起了各国科学家们的广泛注意和研究。仅在1967年,美国就有75台机器人用于生产。这一年,苏联的人造月球卫星就是指派机器人挖取月球岩石和土壤试样的。
第二代机器人已经具有视觉和触觉功能,能在“理解”周围环境的情况下进行工作,是在20世纪60年代末小型电子计算机广泛推广使用和价格降低的条件下出现的。它由电子计算机控制、存贮和处理周围环境反馈的信息,进行判断,然后按既定的要求进行操作。制造第二代机器人的设想早在1958年就在美国被提出来。1961年底,科学家研制出的用电子数字计算机控制的机械手模型,在近10年后才得到推广使用。1970年,丹麦人索伦森制成一个可以操纵挖掘机的电子液压控制式机器人;美国同时也研制出模仿人的肩、肘、腕和手指动作的机器人,可以用几种速度连续行走。以后世界上又陆续出现了有触觉和重量感的机器人。
第三代机器人是具有人的简单智力和学习功能的机器人。它能满足两种基本要求:一种是具有较大的自由度和灵活性,能在复杂条件下完成多种处理物品的形状和相对位置的任务;另一种是具有识别环境及其变化,并作出正确判断和进行工作的能力,具有进行联系“思考”和学习的能力。
20世纪70年代初,日本科学家研制成功具备“手—眼”装置和带触觉手的智能型机器人。它有两只眼,一只眼用于看图纸,另一只眼协助机械手进行装配,依靠两只眼的协调配合,完成对图纸设计的实际装配工作。1973年7月,日本早稻田大学研制成一种有腿的机器人。它具有人造耳,可根据人们的口头指令作出反应。它还具有识别物品的人造眼和有触觉的人造手,以及可作出简单回答的人造口。这项研制标志着机器人的发展进入了一个新阶段。1974年,美国航空航天局和加省理工学院又研制成具有电视摄像机和激光器功能的人造眼和编入几千个指令的电脑,用于对月球表面进行科学考察。
到1978年,智能机器人已发展成具备某些视觉、触觉和温度感应功能,能讲简单的语言和识别图纸与图像,并能对指令作出反应和执行操作。不同类型和用途的机器人已大量应用于生产线上,在陆上、水下和月球表面等人难以或不可能进行工作的地方,机器人都可以大显身手。
目前,全球科技工作者对机器人的研制正向着进一步模拟人的部分智能和感觉的方向迅速发展。2000年底日本几家公司还研制成功了能与人一样行走和打乒乓球的机器人。
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[懂车帝原创 行业] 电动汽车昂贵的动力电池成本以及续航不足问题,是当前困扰汽车行业的难点之一。好在,上述领域正不断迎来利好消息。据盖世汽车援引外媒报道,印裔美国科学家Devendra Sadana研发了一种基于锂硅合金的新型廉价电池,其能量密度可达600瓦时/千克,有望将电动汽车的续航里程提高一倍至1000公里。公开信息显示,Sadana是曾就职于IBM的电池专家,现在为纽约POSi Energy公司的创始人兼首席执行官,并且其团队已经研发出新型高性能锂离子电池。据介绍,POSi的电池采用了一种特殊的合金锂硅阳极。资料显示,枝晶会导致电池严重退化,引发“热失控”,从而导致电动汽车和移动设备等起火。
印裔美国科学家研发新型廉价电池究竟是怎么一回事,跟随我一起看看吧。
美媒盘点:2021年最“花里胡哨”的十大工程创新
科技日报实习记者 张佳欣
近日,美国《大众科学》月刊发表题为《2021年最令人“眼花缭乱”的工程创新》的文章。文章称,今年的顶级工程创新有关地球未来的紧迫问题,包括如何解决食品和能源生产等领域难以脱碳的困境。而除了展示了绿色技术的进步,这些创新还涉及更安全的采矿方式、可解开蛋白质结构奥秘的人工智能(AI),以及激动人心的全球首款海上过山车等。
炼钢只排放水!世界上第一种无化石钢来了
炼钢产生的碳排放量占世界碳排放量的7%到9%,这主要是源于一种被称为“焦炭”的经过特殊加工的煤炭。在高达3000℉(约1649℃)的温度下,焦炭与铁矿石中的氧发生反应,将金属提纯成炼钢所需的形式,但此过程中会有大量二氧化碳排出。
为了减少碳足迹,瑞典HYBRIT(突破性氢炼铁技术)项目致力于用可再生的电力和氢气取代传统上以矿石为基础的炼钢所需的焦煤,其开发了一种“绿色钢材”。氢气在竖炉里与矿石中的氧发生反应,利用风能和水电加热到1500℉(约816℃)。此过程中排出的氢气和水,而非二氧化碳,由此产生的“海绵铁”再在含有少量碳的电弧炉中熔化,以制造出钢铁。据悉,这一过程的二氧化碳排放量不到传统焦炭燃料方案的2%。
更清洁!欧洲船企联手打造绿色氨动力油轮
在世界各地运输货物的大型集装箱船其实是巨大的污染源,其产生的二氧化碳排放量几乎占全球的3%。可惜,电池没有足够的能量密度为巨大船只有效提供动力,而且在海洋中也几乎无法实现充电。
今年,芬兰瓦锡兰公司与挪威航运集团的创新部门合作,联手打造无碳氨动力船舶。目前,瓦锡兰公司已经在实验室成功完成了使用70%氨混合燃料发动机的测试,并计划于2024年之前下水一艘纯氨燃料动力油轮。
城市里也能建海鲜农场?
新加坡开发全球首个垂直海鲜生产系统
自1980年以来,全球海水养殖业的快速发展已间接导致大约340万英亩的红树林被摧毁,其中大部分位于东南亚。破坏这些吸碳生态系统会产生比养殖奶牛、猪或鸡更高的碳足迹,而疾病暴发和被水道堵塞也困扰着海水养殖业。
“垂直海洋”是一家位于新加坡的农业食品科技初创公司,其开发的巨大“水塔”位于圣约翰岛的海水养殖中心,就在新加坡本岛南部。这是世界上第一个真正的垂直海鲜生产系统。这种垂直模式将多种营养生物学与先进的数字技术结合在一起,形成了高效堆积在垂直塔中的模块化生长栖息地。海水在一个平衡的生态系统中循环,虾、鱼和藻类愉快地共存。来自传感器和物联网设备的数据,通过人工智能算法,可以优化水质、生物生长条件和能源使用效率等。使用可持续的成分重新配制的饲料能够最大限度地减少营养损失,还能改善虾的口感。
这种方式让几乎100%的水得到了循环,而且无需修建下水道。今年,这一垂直海鲜生产系统共收获了10批虾,总计超过1吨的甲壳类动物。
一座能“自我检查”的桥梁:意大利坍塌大桥重建后面世
2018年意大利热那亚莫兰迪大桥坍塌,造成43人死亡,目前原因尚不完全清楚。专家们推测,交通负荷过大、含盐空气的腐蚀、工厂污染和高涨的河水都可能是幕后“推手”。
经建筑师伦佐·皮亚诺重新设计的圣乔治桥今年早些时候揭幕,它取代了莫兰迪桥。新桥添加了多种自动传感功能来检测故障。一对2吨重的检测机器人在碳复合材料轨道上跨过大桥,每8小时拍摄2.5万张照片,从而让机器视觉软件能够发现任何异常。此外,太阳能电池板还满足了大桥95%的能源需求,包括提供照明和检查危险接缝裂开的传感器所需电力。
刺激!邮轮上也能玩过山车
邮轮巨头嘉年华打造海上首例过山车
欢乐谷和环球影城的过山车,想必有很多的人体验过。在陆地上玩过山车早已不是新鲜事,但你有想过在一艘豪华邮轮上玩过山车吗?美国嘉年华邮轮公司的“闪电”(Bolt)过山车能帮你实现愿望。
“闪电”全程长近244米,具有扭曲旋转、转弯和快速下降等部分,时速可达近64公里,并可在海拔约57米的高度行进。因其利用电力驱动而非重力和惯性,操作员可以随时控制“闪电”的速度,防止失控。
用“铁”发电的锂电池“平替”?
美初创公司新电池可续航百小时
为了维持完全可再生的电力供应网络,大型公司常常需要容量大且便宜的电池来满足风力发电间歇或太阳能不足时的高峰用电需求,但在这种情况下使用大量锂离子电池成本很高。
因此,美国创业公司Form Energy开创了一种新型廉价电池——铁空气金属电池,其原料正是地球上最丰富的金属之一:铁。
这一电池原型绰号为“大吉姆(Big Jim)”,里面装满了18000块卵石大小的灰色铁粒,一种丰富、无毒且不易燃的矿物质。“大吉姆”通过环境中的氧气与铁反应释放电子,产生铁锈。电流将铁锈重新转化为可用的铁,释放氧气并为电池充电。
由于镍、钴、锂和锰等矿物质价格昂贵,目前的锂离子电池每千瓦时的价格为50到80美元。而Form Energy可以以每千瓦时20美元的价格生产这种新电池。据了解,该电池将在2025年投运,可持续提供100小时的电力。
从预测进化
AI能“构想”新蛋白质结构
半个世纪以来,科学家一直在寻找解决“蛋白质折叠问题”的方法。这是生物学领域的一项重大挑战,难倒了几代科学家。但现在,人工智能(AI)解决了这一问题。美国深度思维(DeepMind)公司开发的阿尔法折叠系统已经能“构想”出具有稳定结构的新蛋白质。
在阿尔法折叠出现之前,科学家只知道人体大约2万种蛋白质中约17%的3D结构。现在,利用阿尔法折叠,科学家获得了几乎所有(98.5%)人类蛋白质组的3D结构。其中36%的预测准确率非常高,已达到原子水平。
目前,深度思维已将其源代码和预测数据库开放,助力新药或新材料的开发和研究。
未来制冷新方式:高科技面板可反射热量
空调和风扇会消耗世界上10%的电力,预计到2050年,空调的使用量还将增加两倍,吸收更多的能量,并将热量返还到周围的环境中。美国SkyCool系统公司正在用能反射光线的纳米技术屋顶打破这种有害循环。
新辐射冷却面板上覆盖了多层光学薄膜,可以将波长在8至13微米之间的热辐射散发出去,最终穿过地球大气层并进入太空。此过程中,面板温度最高可降低15°F(约9.4℃),为建筑物现有系统提供零排放冷却。
去年秋天,美国加利福尼亚州斯托克顿市的一家杂货店安装了一个原型机,通过面板下面的水管来冷却商店的制冷系统,每年约可节省6000美元的电费。
大大降低矿工的风险:
澳公司推出地下矿山爆破解决新方案
采矿业是世界上最危险的行业之一。铺设炸药、炸毁隧道等种种作业中都存在危险,有时还会有地震发生。
澳大利亚澳瑞凯公司为危险的采矿行业提供了创新的特种机器人——Avatel机器人,这是全球首款双臂、 半自动、全机械化炸药输送系统,只需一名操作员就能在安全环境下为其准备并装填炸药。利用WebGen无线启动系统,Avatel在充电周期中不再需要传统的连接和其他物理有线连接。
“直捣黄龙”!美无人水面帆船深入飓风“山姆”内部
为了解飓风是如何加强的并更好地预测未来的灾害,科学家们需要风暴中的气压、水温、湿度和风力条件等数据。
作为大西洋2021飓风季中最强的风暴,飓风“山姆(Sam)”引起了气象部门的高度关注。尽管它没有登陆的威胁,美国无人船企业Saildrone还是与美国国家海洋和大气管理局(NOAA)达成合作,以期更好地监测此类风暴。
今年9月,在太阳能和风力的推动下,Saildrone一架型号为Explorer SD 1045的约7米长的自动驾驶帆船犹如一把劈开水面的尖刀,“直捣黄龙”,插入了4级飓风“山姆”内部,成为有史以来第一艘进入飓风中心的机器人船只。其机翼被缩短,能更好地承受极端条件,这艘无人驾驶帆船提供了首个此类风暴内部的数据和画面,而所有工作都是在风速达到每小时190公里的情况下进行的。
目前,美国各地的实验室已经开始使用Saildrone Explorer SD 1045帆船提供的海面数据。美国国家航空航天局已用它来完善卫星监测数据以研究气候变化;国家海洋和大气管理局则用它来调查阿拉斯加鳕鱼的健康状况。
文中图片均来自美国《大众科学》月刊网站
编辑:张琦琪
审核:王小龙
关注|印裔美国科学家研发新型廉价电池,可将电动车续航提高一倍
文:懂车帝原创 刘艺伟
[懂车帝原创 行业] 电动汽车昂贵的动力电池成本以及续航不足问题,是当前困扰汽车行业的难点之一。好在,上述领域正不断迎来利好消息。
据盖世汽车援引外媒报道,印裔美国科学家Devendra Sadana研发了一种基于锂硅合金的新型廉价电池,其能量密度可达600瓦时/千克,有望将电动汽车的续航里程提高一倍至1000公里。
公开信息显示,Sadana是曾就职于IBM的电池专家,现在为纽约POSi Energy公司的创始人兼首席执行官,并且其团队已经研发出新型高性能锂离子电池。
据介绍,POSi的电池采用了一种特殊的合金(用两种或两种以上元素制成的金属)锂硅阳极。该技术制成的电芯的能量密度可达600瓦时/千克以上,并且不会生成锂枝晶。资料显示,枝晶会导致电池严重退化,引发“热失控”,从而导致电动汽车和移动设备等起火。
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