这是我这两天在北邮和首都师大的讲座提纲，没有拿到材料的同学可以再看看。我是一个学文科的，有些地方的专业术语说得不正确，描述不清楚，还请大家原谅。

 

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美国前沿科技的最新成果：学习改变命运

 

每一年, 我们都会选择公认的十项最新的前沿科技成果，在电子，生物，医学和能源等几个重点领域方面的美国科学家做出了积极地贡献. 我们选择的标准很简单：这项科技是否会改变我们生活的这个世界？现在我们选取的这些技术革新都是最新的成果，如燃料电池，高效能太阳能板块，绿色混凝土。这些都将目标放在了应对全球变暖的问题上。其它的改变可能会更加贴近我们的生活和对科技的使用，如移动中的3-D 屏幕，云计算的使用和社交网络电视。改变医疗仪器的植入和新型药物的研发都和我们的生活密切相关，我们也会变得更健康，生活更加和谐。

 

每一年，我指导的几个中国同学也会赴美就读顶尖的研究生院，在这些同学就读的专业里，也都是集中在这几个尤其值得关注的领域：电子科技（计算科学，网络应用和光纤通信），生物学（生物化学合成，生态学，生物工程，有机化学，蛋白合成），医药学（生物医学工程，药剂学，药物化学，病理学）和能源（燃料电池，太阳能转化，生物能源）。我觉得，我们国家和美国的科技差距在10-15年左右。我们不走出去，不去关注最新的科技前沿，抱残守缺，沾沾自喜，那是非常危险的。

 

很多同学问我，老师，美国凭什么这么强大？我反问，人家凭什么不能强大，而我们凭什么又不能强大？美国得益于一个市场推动下的科技发展政策和计划，对于科技人才的培养和科技成果的应用和市场化，都有成熟的制度。这才是美国科技领先的关键之处，而我们国家，在这方面，才是刚刚起步。当然，这个政策对我们也是有好处的，很多到美国学习科技真钻也研究生的同学，都拿到了学校的半奖或全奖，学会了一身本事，回国创业和交流，对于我们的科技发展都是有莫大的好处。看看现在的昆山，常州和苏州，相当数量的科技人才已经开始在国内发展自己的事业。这是一件对中国和美国，特别是对与我们中国科技事业，都是特别有意义的事情。

 

科技改变生活，学习改变命运。

 

下面我们来简单讲讲这几个最前沿的变化。

 

 

1.       实时搜索。

Real-Time Search

Social networking is changing the way we find information

 

这个网络搜索的创新方式是首先有GOOGLE公司进行的，现在GOOGLE还在隐瞒他们的算法。以往的传统搜索方式就是直接跟踪到网页和信息位置。这个定位，现在面临着改变，大多数的网络使用者开始对twitter, facebook, MSN, blog renewal, status updates, headlines, etc. 现在最合适的最准确的信息往往不在一个固定的版面上，却处在这些不断更新的想洪水一样汹涌的“更新信息”里。

 

Facebook， Twitter 和YAHOO都很愿意出卖这样的信息出口，但是如何抓住它们, 这就是科技界要面临的问题。这些信息不能是没有筛选的，没有人要一大堆的更新和信息列表。而且，大家注意，尽然是更新，那么这些信息的价值也会在瞬间消失，这么在有效方位内抓住呢？GOOGLE正在解决这一问题。

 

 

 

 

 

 

 

social TV

2.       社交电视

Relying on relationships to rebuild TV audiences

 

现在基本上已经没有人看电视了，除了电视剧和固定的节目，注意，奥运会和奥斯卡还是有很多人看的。为什么？一个有趣的现象是大家在看奥斯卡和格莱美时，也在网上不停的交换信息，用MSN,TWITTER, MY SPACE等，中国，当然有了所谓的还不是实时交换的开心网。

 

麻省理工学院实验室的科学家接近完成一个社交电视，无缝连接网络，社交，电视节目。不同地方的朋友和家人，在看同一节目时，可以随意和随时交流。

 

电视承运商，公司和节目制作人深刻地感到这是一个彻底改变电视的技术，个性化的节目，针对家庭和社交团的特别节目将会出现。

 

 

 

 

 

 

Mobile 3D

3.       3D 影像电话

Smart phones will take 3-D mainstream

 

三星B710（2007） 率先开始了这个尝试，将电话移到平行，就可以将 2-D影像变为3-D. 美国实现这一技术突破的公司是，Dynamic Digital Depth。我有一个过去的学生就在这个公司的实验室工作。这个技术的最大难题是什么？就是视角的解决，我们不可能为了看这个影像，每次都要带上3D眼镜吗？

 

这个技术其实比3D电视更加难于实现，因为这是需要戴上特别的眼镜。下一步就是将不同的图像和光线打到不同的读者的眼里, 造成更加动态和特别的影像。

 

最新的一款三星 W960已经在这个月上市了。

 

 

 

 

 

 

 

Green Concrets

4.       绿色混凝土

Storing carbon dioxide in cement

 

正常的混凝土包括加热粉碎化的石灰，粘土和沙子, 加热就意味着燃烧石油和天然气。一顿的混凝土生产，就意味着生成650 to 920 公斤的二氧化碳。这简直是太可恶了。每一年我们人类生产使用大约28亿吨的混凝土，大家算算吧。美国的科研人员在开发能吸收二氧化碳的混凝土。

 

这种混凝土的配方正在细化，使得绿色混凝土的强度能够和传统混凝土一致。这是材料科学的一大进步。加州的一个新公司，Calera in Los Gatos, CA, 已经拿到50，000，000美元的投资进行这一项目。如果能将配方做成一个添加剂，也会是可行的。

 

 

 

 

 

 

Engineered Stem cell

5.       干细胞研究

Mimicking human disease in a dish

 

干细胞研究的目的很简单，最初的想法就是如何复制那些折磨人类的疾病，并在实验室环境下实现检验和观察。威斯康星大学麦迪逊分校的 Cellular Dynamics公司，希望能尽快能作出150，000分心脏细胞的样本。这些细胞能够生长，变化何在人体内一模一样。

 

然这样做是很有争议的，之前的干细胞必须从人类胚胎上提取，而后来，研究的进步已经到了从成年人的身上提取细胞，并加入4组基因即可。Induced pluripotent stem cells (iPS cells)的特点是：可以不断复制自己；也可以发展成任何一个人类器官的细胞.

 

后，患有糖尿病的病人身上提取的细胞就可以成为原本，发展成别的受糖尿病破坏的细胞类型，以供研究。这也为医药研究者提供了丰富的研究基础。

 

 

 

 

 

 

 

Implantable Electronics­

6.     人体植入式电子品

Dissolvable devices make better medical implants

 

下一个时代的电子检测和使用产品将是直接和人体接触的。美国塔福斯大学TUFTS 的研究者研发出产品，可以有效地观察和检测重要的生民信息，在一个老年化严重的时代，这样的产品是有重要意义的。

 

传统的人体注入和植入式产品有很多缺点，一直没有解决的方法，例如引起过敏，不良反应，尤其恶劣的是免疫系统的不良反映。塔福斯大学的研究者考虑使用丝绸来做底盘，方法是丝绸溶液可以混合到模具中，制成特定形态。这样既不会感染，也没有不良反应。

 

更重要的是，生物酶，药物，抗生素都可以放在这个底盘上植入体内。这样的底盘可以有10个纳米大小，可以承载检测屏幕，LED和其它电子产品。在这一点上，伊利诺斯大学香槟分校UIUC走在了研究的最前列。

 

 

 

 

 

 

 

Solar Fuel

7.       生物太阳能电池

Designing the perfect renewable fuel

 

这个东西可以说是最炫的一个前沿研究方向。生物工程进行基因改造后的有机生物体将太阳能直接和成汽油或天然气。麻省理工和麻省大学爱慕赫斯特分校的Flagship Ventures，正在致力与研究这一创新的能源方式。传统的生物能源来之于玉米或海藻等生物体。

 

这样的有机生物体首先必须是包含大量的有光合作用的微生物, 可以在阳光的作用下，将二氧化碳直接转化为乙醇或汽油，占地面积小，就像一个小型的生物反应堆，种植这样的有机生物体，比单单种植玉米等作物要高效100倍以上。

 

能不能直接转化为其它有用的石油产品，或完全替代石油产品？这是研究者面临一个更加有挑战性的问题。

 

Dual-Action Antibodies

8.       双重作用的抗生素

Fighting cancer more efficiently

 

在三藩市区，Genentech公司的总部占据了大片的绿地，这个公司最赚钱的产品就是两种治疗癌症的药物。现在市场上通行的 Herceptin, 是一种单体的抗体，能有效地封闭加速乳腺癌扩散的加速病因HER2. 另一种药物Avastin, 也是瞄准了封闭和阻断激发和促进肿瘤血液流通的蛋白，从而发挥药效。单单这两项药物去年销售总额达11美元，每一个药物的单向批发价都在4，5万美元以上。能不能讲两种作用合而为一到一个载体内？这是一个心得研究课题。

 

新的癌症抗体将不仅封闭病原因子，而且还将直接作用与病原本身。癌症细胞是狡猾和恶毒的，化疗的进行使得它们具备抗药性，逐渐变体成为更强大的病变细胞。多次化疗的使用使病人痛苦不堪，费用大幅增加.

双重作用的抗体无以具有更加广阔的商机。想像一下，一次检验，一次用药就可以有效的解决问题，使得抗体具备有效制止入侵病变，协助白血球消灭病变。如果抗体还能结合生命体中已有的抗原，那么说效力更加强大。这一项研究的步伐正在加快。

  

 

 

 

 

Light-Trapping Photovoltaics

9.       聚光的太阳能光电

Nanoparticles boost solar power's prospects

 

薄膜太阳能光电在几年前几乎让研究者沮丧，因为这么做的研究所，即使在美国，也没有几个。现在，从半导体材料 amorphous silicon（不定形硅）和 cadmium telluride （碲强化镉）, 开始变得很便宜了。几微米的薄膜只能微弱吸收近红外的光谱部分，只能转化大约9%的能源，相比其15%的太阳能晶化体硅电池，就不是这么吸引人了。

 

现在科学研究人员研发开始考虑等离子材料, 通过金属表面有光线激发的电子活动发生作用。银的纳米材料可以直接有效地吸收光线，然后球体表面的等离子共振将光子反复在内部折射，进一步提高了利用效能。

仅仅这一项技术变化，虽然艰难，但是一下子将薄膜光电效应提高到了30%的利用率。如果商业化成功，在美国和全球市场，这一项技术的应用将会占有40%的市场份额，产生不下数百亿美元的价值。

 

 

 

 

 

 

 

Cloud Programming

10.   云计算和云编程

A new language will improve online applications

 

云计算之所以有魅力，因为它提供几乎无限的处理和存储能力。Amazon 和Google的储备信息就是一个例子，但是现在大家基本上都不知道如何去驾驭这个能力。困难在于，第一，如何监控和跟踪数据，第二，如何去添加和使用云计算中的数据。如果这么做是可能的，那么商业价值将是不可估量的。一个网上销售的商城可以随时知道任何一种电视的受欢迎程度，然后同步调整自己的网页和销售广告和推广活动。

 

在加州大学伯克利，研究者尝试编写一个软件来监控和跟踪云计算中发生的变化，这种软件可以跟踪和同步与社交网络，交流平台，网络游戏等等随时更新的信息。不要去管具体的数据，而是具体的结果，这样软件编程人员就可以随心所欲了。

 

困难在于，编程的语言只能处理固定模态下的信息，而不是瞬息万变的更新。解决思路是在处理信息的过程就已经加入语言本身不停的改变，使得更新到来变得可以预测。这个思路的变化，可以和大多数的销售，市场推广，网路游戏，社交平台，文献和实时信息处理，新闻报道，移动电话和平台都整合在一起，前景广阔。