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技术无处不在，它们使更多事情变为可能。但有时候，一些发明或见解有着极大的影响力，它们创造着一个个“节点”,将历史划分为“前”与“后”。蒸汽机、晶体管、万维网——每一个想法似乎都从天而降，从根本上改变了这个世界。哪些关键技术将在如今的创新浪潮中脱颖而出，颠覆未来的世界？下面是10个顶尖的新创意和新技术。
游戏人生
不久的将来，当你站在浴室镜子前刷牙时，也许会看到在新闻头条的旁边有一个记分板，上面记录着你与邻居目前的“家庭碳足迹”排名。你的电动牙刷会发出声响并通知你，在过去的6个月中，保证一天刷两次牙，为你赚得足够分数，可以在下一次健康检查中打9折。你洗完澡（简单的淋浴，否则会影响家庭令人羡慕的能耗分数以及它带来的税捐减免），穿上衣服，就可以在家庭办公计算机上参加公司晨会，边参与讨论边回复邮件，由于你和同事都以个性化的虚拟形象出现在电脑屏幕上，因此完全不必担心有失礼仪。另外，自从随意指定的销售目标被个性化的“生活测定计”所取代（屏幕上会实时显示客户的积极反馈），你会感觉生活更有目的性，更能掌控自己每天的任务，这一天也将会变得很顺利。
【约翰·帕夫卢斯（文）徐海燕（翻译）】
灵活收费的公路
未来的公路同现在也许没有太大区别，但它们很可能不再免费。“你可以拥有私人车道，”Skymeter公司创始人贝恩·格鲁什说，“但如果你想开车来拜访我，就必须交纳公路使用费。”Skymeter的总部设在加拿大的多伦多，主要生产一种基于GPS技术的测量设备，用于监测公路的使用情况。得益于GPS等无线定位技术的发展，估量公路的真实价值和驾驶的真正成本现在已经可以做到了。这里涉及一个概念性术语，叫做“动态交通收费标准”,它是指司机按照行驶里程交纳费用，而不是依靠注册费或者燃油税这些传统方式。虽然目前这种方法只在少数地区试行，但城市规划者认为，新方法能够改善城市交通状况，让驾车者感觉愉悦。2010年早些时候，美国麻省理工学院和通用汽车公司的研究人员在《“未来车”世纪》一书中提到这种构想。该研究认为，制定明确的道路收费标准，能够优化道路使用情况，减少交通堵塞和意外发生的几率。
【汤姆·范德比尔特（文） 王昊明（翻译）】
人类数字处理工具
美国华盛顿大学的生物学家和计算机科学家创造了一个名为“蛋白质折叠游戏”（Foldit）的在线小游戏，它的大获成功证明，在处理复杂的科学问题上，人类直觉优于计算机算法。Foldit在屏幕上向玩家呈现半折叠的蛋白质，让他们根据一些简单的规则扭曲蛋白质，使它形成理想的形状。玩家预测出正确蛋白质结构的速度不仅比任何算法都更快，还能凭直觉解决计算机或许永远也不可能解决的问题。
华盛顿大学的计算机科学家、Foldit的发明者之一赛斯·库珀说：“为了将蛋白质折叠成正确的形状，首先你可能需要从看似完全错误的几个方向进行弯曲。人类在把玩虚拟物体时能够看清全貌，并且找出那些巧妙的解决方法。”
【约翰·帕夫卢斯（文）徐海燕（翻译）】
DNA晶体管
IBM和罗氏制药公司的研究人员正在重新设计一种DNA晶体管”的全新测序设备，采用了一种简单得近乎天真的测序方式：一个完整的DNA分子穿过硅芯片上一个直径为3纳米的小孔，与此同时，电子传感器将一个一个地识别DNA分子的组成单元——碱基。DNA链通过纳米孔的速度很难控制，IBM的研究小组想到可以利用DNA天然带有负电荷的性质来控制它们穿过纳米孔的速度。参与该项目的科学家古斯塔沃·A·斯托洛维茨基说：“我们是这样想的，如果测序仪的纳米孔本身就带有电极——层与层之间被绝缘材料隔开的金属薄层，那么电场就会与DNA发生相互作用。”电场会“抓住”DNA,使它在纳米孔中保持不动。当电场关闭，DNA会继续通过纳米孔，但当下一个碱基到达测序位置时，电场又会自动出现。这个过程会不断重复，直到整个DNA链穿过纳米孔。
尽管还存在问题，一些产业观察家仍认为，“DNA晶体管”会成为一种快速、高效、成本低廉的基因组测序技术。在未来几年内，“DNA晶体管”测出一个完整基因组序列的成本就能降到1000美元以内。
【伊丽莎白·斯沃博达（文）禇波（翻译）】
杀菌性净水器
大部分传统净水器都用一些微孔来滤除细菌，但这些孔有可能被堵，因此需要付出不菲的代价定期维护。美国斯坦福大学的材料科学家崔屹发明了一种方法，可以用银离子和电流杀死细菌，免除了后期维护的麻烦。他把从沃尔玛买来的棉布浸入导电性碳纳米管和银纳米线的混合材料中，做成一个简单高效的杀菌性净水器：银纳米线相当于一种高效杀菌剂，因为银离子可以破坏细菌的遗传物质；另一种杀菌功效则来自微电流（由两节9伏电池供电），因为它可以破坏细菌的细胞膜。在实验室中，这种净水器能杀死水中98%的大肠杆菌，而且由于棉布中小孔的直径较大，净水效率可达滤菌性净水器的8000倍。
南非斯坦陵布什大学的科学家找到了一种方法，把杀菌性碳颗粒封装在纳米纤维中，以增大表面积，提高它们吸附有毒物质和细菌的效率。这种净水器的造价约为0.5美分，可以装在普通瓶子的瓶颈处，每个“茶叶袋”能净化1升污水。目前，南非国家标准局正在测试这种技术。完成测试后，科学家打算先尝试性地把少量“茶叶袋”送往需要它们的社区。
【梅琳达·温纳·莫耶（文） 禇波（翻译）】
四处游荡的食草机器人
要不了多久，能够自主行动的机器人就会在地球上四处走动，寻找生物质原料，并将它们转换为能量。强动力自动战术机器人就是这样一种机器人。美国马里兰大学克拉克工程学院智能系统实验室主任、负责开发EAtR的美国机器人技术公司的董事长罗伯特·芬克尔斯坦介绍，EAtR能通过智能软件从外表上分辨出它需要的“食物”——木屑、干树叶及其他植物生物质，以及岩石、动物粪便和金属等废弃物等对它们无用的东西，然后利用基于激光的近距离制导系统，控制自己的机器手抓取这些植物，并把它们送入一个通向外燃机的漏斗中，外燃机以此为燃料，给机载电池充电。芬克尔斯坦说，这种能自主工作的发电机会给军队、老百姓，甚至科学实验带来一场革命。
芬克尔斯坦希望在2012年推出一个能完全自主移动、觅食的模型。
【约翰·帕夫卢斯（文）申宁馨（翻译）】
借用自然密码
当计算机科学家尝试着弄明白如何管理越来越复杂的数字化世界时，他们开始更多地从大自然寻找灵感。英国诺丁汉大学的计算机科学家朱莉·格林史密斯设计了树突细胞算法，这一算法能够检测出计算机病毒和其他恶意代码，就像我们的免疫系统能够感知真正的病毒一样。
另外一个由华盛顿州里奇兰市西北太平洋国家实验室网络安全研发人员组成的团队从蚂蚁和其他群居昆虫那里获得了灵感。他们发明了“数码蚂蚁”,可以在计算机网络中漫游，就像真正的蚂蚁那样在巢穴中巡视，并在察觉到威胁时能够迅速将它们围住。
美国州立波特兰大学的计算机科学家梅拉尼·米切尔介绍说，这样的“仿生学”算法与图灵机和其他经典的计算模型一样历史悠久。但是在这样一个每年都有无数信息生成、信息量越来越饱和的网络互连时代，基于大自然的编码或许是处理这些信息最好的办法。“由于人们越来越意识到计算再也不仅仅是计算机的事，对在生物科学和计算机科学之间开展合作具有浓厚的兴趣，”米切尔解释说，“这些生物系统全都擅长于一件事情，就是模式识别，甚至能够在信息泛滥的情况下将有用信号从噪音中分离出来。
【约翰·帕夫卢斯（文）徐海燕（翻译）】
以一当百的遗传病检测
美国Counsyl公司开发的新技术，只需要一点唾液就可以检测100多种隐性致病基因。从某种意义上说，这就像是多种传统独立致病基因筛查的组合，从医学角度看，最终结果是一样的。然而新方法只需一次检测，而且仅需350美元。Counsyl公司称，新方法的准确率和特异率高达99%——也就是说极少产生假阳性或假阴性结果。到目前为止，Counsyl测试大多应用于不孕症患者。能够提供此项测试的耶鲁生殖医学中心的主任、Counsyl公司顾问委员会成员帕斯夸莱·帕特里奇奥表示，这种测试有助于协助医生治疗那些因不明原因而习惯性流产的夫妇。
【玛丽·卡迈克尔（文） 王冬（翻译）】
从垃圾中获取燃料
在不远的将来，炼油厂的规模可能会小到只有在显微镜下才能看清结构。它们的原料也会发生变化，甚至能将生活垃圾中的碳氢化合物转换为燃料。
这种技术的关键是依靠外界作用，使垃圾中拥有氢或碳成分的分子产生变化，生成在室温下为液态、适合作为内燃机燃料的产物。
2010年7月，美国LS9公司（位于南圣弗朗西斯科）的科学家宣布，他们修改了大肠杆菌的基因，让它们能直接将糖转化为烷类——这是碳氢化合物的一种，与标准炼油厂的许多产品属于同一类。但是，只要适当修改基因组，也许在不久的未来，细菌就能将垃圾中的糖类转变为你汽车油箱里的燃料。
【马修·L·沃尔德（文）王昊明（翻译）】
越来越重要的垃圾DNA
人类基因组中负责编码蛋白质的部分只占2%,它们被称为基因。其余部分在过去一直被生物学家认作“垃圾DNA”。但是近十几年来，生物学家逐渐认识到，这一堆“废物”实际上是一些非常重要的遗传密码，它们虽然不是基因，却负责调控基因的表达。对垃圾DNA进行的更彻底的研究，可能颠覆我们对环境和基因间微妙相互作用的认识，还可以帮助人们制定出对抗疾病的全新战术。
在垃圾DNA研究领域，每隔几个月就会冒出一些令人激动的新发现。据2010年9月出版的《自然—医学》杂志报道，科学家发现，一种叫做神经母细胞瘤的罕见神经系统癌症可能与垃圾DNA相关，在这种癌症患者体内，一小段垃圾DNA产生的RNA使得某个抑癌基因失效。与之类似，科学家发现，一种罕见肌肉萎缩症部分患者的第4号染色体末端有一段特殊的垃圾DNA拷贝，拷贝数为1到10不等。垃圾DNA也不仅与罕见病症联系在一起，比如2010年2月发表于《自然》杂志的一篇文章就探讨了第9号染色体上一个垃圾DNA区域与心脏病发病率之间的关系。
垃圾DNA还能帮生物适应环境。2009年5月，比利时鲁汶大学的科学家发现，酵母的基因组中有一个基因，其活性直接受一段垃圾DNA重复次数的控制。因为这些DNA片段重复的次数比其他DNA区域更加频繁，所以这种机制可以加速生物进化。
【梅琳达·温纳·莫耶（文）王冬（翻译）】
游戏人生
不久的将来，当你站在浴室镜子前刷牙时，也许会看到在新闻头条的旁边有一个记分板，上面记录着你与邻居目前的“家庭碳足迹”排名。你的电动牙刷会发出声响并通知你，在过去的6个月中，保证一天刷两次牙，为你赚得足够分数，可以在下一次健康检查中打9折。你洗完澡（简单的淋浴，否则会影响家庭令人羡慕的能耗分数以及它带来的税捐减免），穿上衣服，就可以在家庭办公计算机上参加公司晨会，边参与讨论边回复邮件，由于你和同事都以个性化的虚拟形象出现在电脑屏幕上，因此完全不必担心有失礼仪。另外，自从随意指定的销售目标被个性化的“生活测定计”所取代（屏幕上会实时显示客户的积极反馈），你会感觉生活更有目的性，更能掌控自己每天的任务，这一天也将会变得很顺利。
【约翰·帕夫卢斯（文）徐海燕（翻译）】
灵活收费的公路
未来的公路同现在也许没有太大区别，但它们很可能不再免费。“你可以拥有私人车道，”Skymeter公司创始人贝恩·格鲁什说，“但如果你想开车来拜访我，就必须交纳公路使用费。”Skymeter的总部设在加拿大的多伦多，主要生产一种基于GPS技术的测量设备，用于监测公路的使用情况。得益于GPS等无线定位技术的发展，估量公路的真实价值和驾驶的真正成本现在已经可以做到了。这里涉及一个概念性术语，叫做“动态交通收费标准”,它是指司机按照行驶里程交纳费用，而不是依靠注册费或者燃油税这些传统方式。虽然目前这种方法只在少数地区试行，但城市规划者认为，新方法能够改善城市交通状况，让驾车者感觉愉悦。2010年早些时候，美国麻省理工学院和通用汽车公司的研究人员在《“未来车”世纪》一书中提到这种构想。该研究认为，制定明确的道路收费标准，能够优化道路使用情况，减少交通堵塞和意外发生的几率。
【汤姆·范德比尔特（文） 王昊明（翻译）】
人类数字处理工具
美国华盛顿大学的生物学家和计算机科学家创造了一个名为“蛋白质折叠游戏”（Foldit）的在线小游戏，它的大获成功证明，在处理复杂的科学问题上，人类直觉优于计算机算法。Foldit在屏幕上向玩家呈现半折叠的蛋白质，让他们根据一些简单的规则扭曲蛋白质，使它形成理想的形状。玩家预测出正确蛋白质结构的速度不仅比任何算法都更快，还能凭直觉解决计算机或许永远也不可能解决的问题。
华盛顿大学的计算机科学家、Foldit的发明者之一赛斯·库珀说：“为了将蛋白质折叠成正确的形状，首先你可能需要从看似完全错误的几个方向进行弯曲。人类在把玩虚拟物体时能够看清全貌，并且找出那些巧妙的解决方法。”
【约翰·帕夫卢斯（文）徐海燕（翻译）】
DNA晶体管
IBM和罗氏制药公司的研究人员正在重新设计一种DNA晶体管”的全新测序设备，采用了一种简单得近乎天真的测序方式：一个完整的DNA分子穿过硅芯片上一个直径为3纳米的小孔，与此同时，电子传感器将一个一个地识别DNA分子的组成单元——碱基。DNA链通过纳米孔的速度很难控制，IBM的研究小组想到可以利用DNA天然带有负电荷的性质来控制它们穿过纳米孔的速度。参与该项目的科学家古斯塔沃·A·斯托洛维茨基说：“我们是这样想的，如果测序仪的纳米孔本身就带有电极——层与层之间被绝缘材料隔开的金属薄层，那么电场就会与DNA发生相互作用。”电场会“抓住”DNA,使它在纳米孔中保持不动。当电场关闭，DNA会继续通过纳米孔，但当下一个碱基到达测序位置时，电场又会自动出现。这个过程会不断重复，直到整个DNA链穿过纳米孔。
尽管还存在问题，一些产业观察家仍认为，“DNA晶体管”会成为一种快速、高效、成本低廉的基因组测序技术。在未来几年内，“DNA晶体管”测出一个完整基因组序列的成本就能降到1000美元以内。
【伊丽莎白·斯沃博达（文）禇波（翻译）】
杀菌性净水器
大部分传统净水器都用一些微孔来滤除细菌，但这些孔有可能被堵，因此需要付出不菲的代价定期维护。美国斯坦福大学的材料科学家崔屹发明了一种方法，可以用银离子和电流杀死细菌，免除了后期维护的麻烦。他把从沃尔玛买来的棉布浸入导电性碳纳米管和银纳米线的混合材料中，做成一个简单高效的杀菌性净水器：银纳米线相当于一种高效杀菌剂，因为银离子可以破坏细菌的遗传物质；另一种杀菌功效则来自微电流（由两节9伏电池供电），因为它可以破坏细菌的细胞膜。在实验室中，这种净水器能杀死水中98%的大肠杆菌，而且由于棉布中小孔的直径较大，净水效率可达滤菌性净水器的8000倍。
南非斯坦陵布什大学的科学家找到了一种方法，把杀菌性碳颗粒封装在纳米纤维中，以增大表面积，提高它们吸附有毒物质和细菌的效率。这种净水器的造价约为0.5美分，可以装在普通瓶子的瓶颈处，每个“茶叶袋”能净化1升污水。目前，南非国家标准局正在测试这种技术。完成测试后，科学家打算先尝试性地把少量“茶叶袋”送往需要它们的社区。
【梅琳达·温纳·莫耶（文） 禇波（翻译）】
四处游荡的食草机器人
要不了多久，能够自主行动的机器人就会在地球上四处走动，寻找生物质原料，并将它们转换为能量。强动力自动战术机器人就是这样一种机器人。美国马里兰大学克拉克工程学院智能系统实验室主任、负责开发EAtR的美国机器人技术公司的董事长罗伯特·芬克尔斯坦介绍，EAtR能通过智能软件从外表上分辨出它需要的“食物”——木屑、干树叶及其他植物生物质，以及岩石、动物粪便和金属等废弃物等对它们无用的东西，然后利用基于激光的近距离制导系统，控制自己的机器手抓取这些植物，并把它们送入一个通向外燃机的漏斗中，外燃机以此为燃料，给机载电池充电。芬克尔斯坦说，这种能自主工作的发电机会给军队、老百姓，甚至科学实验带来一场革命。
芬克尔斯坦希望在2012年推出一个能完全自主移动、觅食的模型。
【约翰·帕夫卢斯（文）申宁馨（翻译）】
借用自然密码
当计算机科学家尝试着弄明白如何管理越来越复杂的数字化世界时，他们开始更多地从大自然寻找灵感。英国诺丁汉大学的计算机科学家朱莉·格林史密斯设计了树突细胞算法，这一算法能够检测出计算机病毒和其他恶意代码，就像我们的免疫系统能够感知真正的病毒一样。
另外一个由华盛顿州里奇兰市西北太平洋国家实验室网络安全研发人员组成的团队从蚂蚁和其他群居昆虫那里获得了灵感。他们发明了“数码蚂蚁”,可以在计算机网络中漫游，就像真正的蚂蚁那样在巢穴中巡视，并在察觉到威胁时能够迅速将它们围住。
美国州立波特兰大学的计算机科学家梅拉尼·米切尔介绍说，这样的“仿生学”算法与图灵机和其他经典的计算模型一样历史悠久。但是在这样一个每年都有无数信息生成、信息量越来越饱和的网络互连时代，基于大自然的编码或许是处理这些信息最好的办法。“由于人们越来越意识到计算再也不仅仅是计算机的事，对在生物科学和计算机科学之间开展合作具有浓厚的兴趣，”米切尔解释说，“这些生物系统全都擅长于一件事情，就是模式识别，甚至能够在信息泛滥的情况下将有用信号从噪音中分离出来。
【约翰·帕夫卢斯（文）徐海燕（翻译）】
以一当百的遗传病检测
美国Counsyl公司开发的新技术，只需要一点唾液就可以检测100多种隐性致病基因。从某种意义上说，这就像是多种传统独立致病基因筛查的组合，从医学角度看，最终结果是一样的。然而新方法只需一次检测，而且仅需350美元。Counsyl公司称，新方法的准确率和特异率高达99%——也就是说极少产生假阳性或假阴性结果。到目前为止，Counsyl测试大多应用于不孕症患者。能够提供此项测试的耶鲁生殖医学中心的主任、Counsyl公司顾问委员会成员帕斯夸莱·帕特里奇奥表示，这种测试有助于协助医生治疗那些因不明原因而习惯性流产的夫妇。
【玛丽·卡迈克尔（文） 王冬（翻译）】
从垃圾中获取燃料
在不远的将来，炼油厂的规模可能会小到只有在显微镜下才能看清结构。它们的原料也会发生变化，甚至能将生活垃圾中的碳氢化合物转换为燃料。
这种技术的关键是依靠外界作用，使垃圾中拥有氢或碳成分的分子产生变化，生成在室温下为液态、适合作为内燃机燃料的产物。
2010年7月，美国LS9公司（位于南圣弗朗西斯科）的科学家宣布，他们修改了大肠杆菌的基因，让它们能直接将糖转化为烷类——这是碳氢化合物的一种，与标准炼油厂的许多产品属于同一类。但是，只要适当修改基因组，也许在不久的未来，细菌就能将垃圾中的糖类转变为你汽车油箱里的燃料。
【马修·L·沃尔德（文）王昊明（翻译）】
越来越重要的垃圾DNA
人类基因组中负责编码蛋白质的部分只占2%,它们被称为基因。其余部分在过去一直被生物学家认作“垃圾DNA”。但是近十几年来，生物学家逐渐认识到，这一堆“废物”实际上是一些非常重要的遗传密码，它们虽然不是基因，却负责调控基因的表达。对垃圾DNA进行的更彻底的研究，可能颠覆我们对环境和基因间微妙相互作用的认识，还可以帮助人们制定出对抗疾病的全新战术。
在垃圾DNA研究领域，每隔几个月就会冒出一些令人激动的新发现。据2010年9月出版的《自然—医学》杂志报道，科学家发现，一种叫做神经母细胞瘤的罕见神经系统癌症可能与垃圾DNA相关，在这种癌症患者体内，一小段垃圾DNA产生的RNA使得某个抑癌基因失效。与之类似，科学家发现，一种罕见肌肉萎缩症部分患者的第4号染色体末端有一段特殊的垃圾DNA拷贝，拷贝数为1到10不等。垃圾DNA也不仅与罕见病症联系在一起，比如2010年2月发表于《自然》杂志的一篇文章就探讨了第9号染色体上一个垃圾DNA区域与心脏病发病率之间的关系。
垃圾DNA还能帮生物适应环境。2009年5月，比利时鲁汶大学的科学家发现，酵母的基因组中有一个基因，其活性直接受一段垃圾DNA重复次数的控制。因为这些DNA片段重复的次数比其他DNA区域更加频繁，所以这种机制可以加速生物进化。
【梅琳达·温纳·莫耶（文）王冬（翻译）】