光电工程师社区

标题: 未来在哪里？ [打印本页]

作者: 乏味 时间: 2010-8-22 13:10
标题: 未来在哪里？
多年以前就有人预言说，新技术将为人类的未来带来种种便利———比如自动狗语翻译机、可取代食物的药片、核动力飞船、激光枪、设计宝宝、飞行汽车、量子计算机、清洁煤炭……可是，迄今为止，这些美好承诺都落空了，原因何在？

取代食物的药片

吃东西是如此的耗费时间。冗长沉闷的咀嚼———难道我们不能把生存所必需的东西压缩进一粒药片？但事实证明，食物药片虽然方便，却违背了物理法则。普通人每天需要摄取约2000卡路里热量。每克碳水化合物和蛋白质含有约4卡路里，1克脂肪含有约9卡路里。如果将2000卡路里的脂肪做成药片，每天一个人需要吞服将近半斤药片。约相当于450粒标准大小的胶囊。即使这样，你还缺少重要的维生素和营养元素。抛开物理法则不说，以吃药的方式进食实在令人悲哀。汉堡包多美味呀，你可以把它想象成带奶酪、熏肉口味的馅饼大小的药片。

自动驾驶的汽车

对于讨厌开车的人，自动驾驶汽车是个不错的主意：让机器来处理加速、把握方向、刹车等沉闷的工作；和道路感应器连接，并受电脑控制的汽车能够步调一致地驾驶，缩小车与车之间的驾驶距离，增加高速公路的容量，降低油耗，并减少交通事故。一举多得！

要让一辆车具有半自动驾驶功能并不难。一些高级车已经引进了自适应巡航控制（adaptive cruise control），可以根据前方汽车的位置和速度自动调整车速。但是，完全无需人类的自动网络需要昂贵的道路感应器。法律纠纷是另一大风险———想象一下自动驾驶系统发生故障可能导致多少官司。

虽然有种种的缺点，汽车工业顾问理查德·毕肖普说，在极度拥堵的情况下启动的“低速自动驾驶”系统可能在2015年出现在高端汽车上。换而言之：在相当长的时间内，我们还得继续忍受堵车。

核动力飞船

早在尼尔·阿姆斯特朗踏上月球之前，科学家就已经知道，化学推进剂只能把我们送到那么远———每磅化学燃料提供的动力有限。显而易见的解决办法是核能。然而迄今为止，核动力飞船依然只是个构想。

美国第一个核动力飞船的研究项目开始于1958年，名叫猎户座计划。当时的想法是创造一艘能从尾部喷射小型原子弹的飞船。这些原子弹连接于飞船底部的“推板”附近爆炸，产生的能量脉冲推动飞船达到难以想象的高速。根据估计，猎户座飞船的最高速度可达到光速的5%.美国宇航局甚至预计，1965年，人类就可以开始火星之旅，往返需要258天。为什么这并没有成为现实？1963年，《部分禁止核试验条约》禁止在太空进行核爆炸。猎户座计划立刻死亡。

相比原子弹推进，核热推动在政治上比较容易被接受。这一方案需要在飞船上安装一个以高浓缩铀-235为燃料的裂变反应堆。启动之后，理论上，反应堆可将氢加热到3100K（开氏温度），再将超高温的气体从飞船尾部排出。这种飞船的动力是化学火箭动力的两倍多。

在上世纪60年代，核热推进的基本可行性已经得到证实。美国在内华达沙漠成功测试了一个裂变驱动的引擎N erva.但N erva项目在1973年被枪毙。预算缩减迫使美国宇航局放弃了昂贵的火星梦想，转而研究成本较低的航天飞机。核热推进引擎的剩余技术难题一直未能解决。比如如何反复启动反应堆，并避免灾难性的故障。

一些人可能对核裂变反应堆在人们头顶飞行的点子有点抗拒，但支持者认为这种技术是安全的，启动反应堆时，飞船早已远离了地球。假如飞船在大气层中发生事故，一些铀可能掉回地球。最令人担心的并不是核感染，而是这些铀-235落入坏人手中。它们是制造核弹的绝佳原料。

激光枪

50年前，第一束人造激光在休斯研究实验室诞生。今天，激光被用来阅读D V D、实施眼科手术、帮助炸弹瞄准目标，等等，应用越来越广泛。虽然美军花费了几十亿美元研究导向能量武器，迄今为止只收获了失望。早在上世纪70年代就出现了能够摧毁导弹和飞机的高能激光，但是它们还无法在战场上使用，当然更谈不上随身携带。

化学激光是五角大楼最中意的死光，能够产生强大光束，但是需要混合大量危险化合物才能产生足够多的能量，它对自己士兵构成的威胁比对敌人还大。固态电激光体积相对小巧，容易操作，但威力不够。去年终于出现了能够发射100千瓦武器级别激光的装置，可惜太庞大，需要一架波音747才能装下。

设计宝宝

如果说影片《G attaca》（故事发生在未来世界，基因技术已经能创造出完美人类。普通人则变成了劣等人种）给了我们任何启示，那就是，未来将充满长得像裘德·洛一样完美的人，而他们最喜欢干的事情就是跑步和解答复杂的数学题。但事实上，像选择比萨饼配料一样任意选择宝宝的遗传特性依然相当遥远。依靠目前技术最多能选择孩子的性别和排除某些遗传疾病，比如镰状细胞性贫血。预先选择某些特征（眼睛头发颜色，智商，身高等等）依然是不可能的。

这是因为，我们的基因构成既复杂又反复无常，很少有特征是由单独一个基因所控制。以身高为例，至少和20个基因有关。而这全部20个基因在决定一个人的身高因素中仅占5%，其他95%依然是个谜。对于导致其他特征———肤色、智商、是否容易患癌症、心脏病等等———的遗传因素我们的了解更少得可怜。

此外还有伦理问题。科学界一直很排斥基因操纵，不只因为我们干预的是我们并不很了解的东西。研究者们更关心如何利用我们对人类基因组的了解治愈致命的疾病。至于设计宝宝嘛？哪个父母不认为他们的孩子已经是完美无缺的呢？

技术奇点

有人称之为技术呆子们的天堂，也有人担心它是人类的终结。无论如何，当我们最终解决人工智能问题时，技术奇点就会到来。简单说，技术奇点是指由于机器使用人工智能而具备自我改进的能力，未来某个时刻将出现技术的空前进步。换而言之，当我们创造出比人类思考得更快的机器，它会为自己设计更好的软件和硬件，变得越来越聪明。而人类最终可以把我们的意识传入巨型计算机网络中。又或者，我们的世界将被远比人类高级的人工智能生命所主宰。让我们祈祷这些高级机器人都温和友善。

但在现实中，创造人工智能的第一步就遇到了困难。科学家们认为，除非存在超自然的因素，我们应该能够揭开思想的秘密。但是，迄今为止，人类意识的工作原理依然是个大谜团。

另一个问题是硬件。就计算能力而言，机器距离人的哺乳动物大脑依然有着巨大差距。但计算神经学（尝试复制人脑信息处理过程的学科）的最新进展似乎很令人期待。IBM的研究者称，他们在一台超级计算机上运行了一个脑皮层模拟器。这个模拟器已经具备了家猫的脑运算能力。美国国防部高级研究计划局（D rapa）资助的一个项目正尝试建造能够模仿生物思维的硬件。对于忆阻器———具有“记忆”能力的电路元件———的理论研究预示了令人好奇的前景。

技术奇点不会在明天发生。但如果你看到关于健谈的脑模拟器或富有想象力的软件的报道，也许该重新思考你的长期计划。

W iM ax

还在等待W iM ax？它可能已经悄悄来到你的身边。W iM ax就是功能更强大的下一代无线网络，它无所不在，让你能够通过一个无线电发射连接上30英里外的互联网。很多城市已经拥有了通过智能手机和笔记本电脑等便携设备无线上网的技术，专家估计，到2011年，W iM ax将覆盖全球10亿人口，只不过你熟悉的是W iM ax的另一个名字：4G.

纳米技术

我们所使用的一切，甚至我们自己，都是由小小的微粒所构成。整个宇宙归根结底也只是通过神秘力量聚集在一起的亚原子微粒。既然如此，为什么不掌握这个纳米的世界？把个体原子建造成各种零件、缆线、甚至机器电脑。用坚固的人工钻石制造微型机器人。结果就是“自下而上”的神奇组装线，能够生产从牛排、沙发到汽车等各种各样的东西。

听上去很悬？事实也是如此。没错，被我们叫做核糖体的分子机器依据遗传信息可以制造出一切有生物器官———这是一个非常强大的生产过程，麻省理工学院的计算机专家汤姆·奈特曾经把生物学叫做“可行的纳米技术。”但是，生物学行得通，而理想化的纳米技术行不通，原因其实是一样的：亚原子的世界并不像表面上那样平静：物体的表面沸腾而活跃———原子每秒钟振动几千次，原子和原子之间不断地分解结合。活跃的原子运动正是分子机器的动力，人类制造的东西却会因此分崩离析。

量子计算

1982年，物理学家理查德·费曼提议，利用量子古怪特性———亚原子世界物质古怪矛盾的行为———进行高速运算。这个诱人的理论影响了一代的物理学学生们。这也难怪，这个创意听上去是如此的……前卫。

这一点在短时间内还无法改变。量子计算理论有一大堆，但除了一些不足挂齿的进展之外，迄今为止量子计算机最了不起的成就是把15分解成3×5，相当于小学二年级学生的数学水平。

按照设想，量子计算机是要用来解决最困难的计算的，比如找脑电波的模式，精确预测天气。它们应该比传统计算机要快无数倍，理论上它们能同时运行所有排列组合。

撇开理论不说，麻省理工学院的计算机专家斯各特·阿伦森说，最大的障碍是脱散———qubit（量子比特。在传统计算机中，信息是用一系列的二进制位来编码的，通过操纵这些二进制位穿过连续排列的布尔逻辑门，实现加、减、乘、除几种基本运算。相似地，量子计算机操纵着qubit穿过一系列的量子门实现运算）在和其他东西互动时会有失去自身特性的倾向。这就造成了一个矛盾的困境。阿伦森说，“要进行量子运算，必需让qubit与外界隔离，但你也需要操纵这些qubit来执行运算。”如果能够有台量子计算机帮忙就好了。

个性化医疗

现在，不是应该出现根据个体D N A量身定制的药了吗？基因扫描预言某种药物是否对我们有效，该服用什么样的剂量。

类似的智能药是必然趋势，只是它的到来比人们的期望要晚。首先，大制药公司必须停止不停开发畅销药新版的做法，优先研究针对少数人群的药物。之后，等待FDA（食品和药品管理局）批准新药又得等上好几年，专门匹配病人与药物的测试方法也必需等待批准。

然而，对于一部分人，未来已经到来：3个基因的变异决定了一个人代谢血液稀释剂华法林的方式。很多医生在开处方前都会对病人进行基因测试。肿瘤治疗从药物基因组学的获益尤其突出。赫赛汀可以拯救H ER2基因过度表达的乳腺癌患者。还有两种药物针对结肠肿瘤中特定的基因表达。今年6月，美国多家癌症中心联合起来，开始用DNA测序帮助病人选择正确的治疗。每一天，药物都在变得更加个性化。

超音速客机

1977年至2003年期间，任何人只要花得起机票钱，就能乘坐超音速客机。纽约到伦敦只需要3个半小时。7年前，英航和法航停飞了它们的协和飞机，超音速飞行成为历史。2000年的一次坠机事故之后，人们开始质疑超音速客机的安全性。但是巴黎一日游的诱惑依然存在。人类的超音速飞行之梦依然以各种方式在延续：

Aerion

A erion公司计划推出类似协和飞机的商务喷气飞机，它的机翼的设计更先进，在人口密集区减速。飞越西伯利亚等边缘地区上空时，音爆的噪音不会对任何人构成干扰，此时飞机的最高速度可达到1.6马赫，即音速的1.6倍。

估计实现日期：至少5年。飞机还在设计之中。

日本宇航局

日本的宇航局正在研究一种采用特殊低阻力构架的飞机。超流线形机身让它在穿越音障时不会产生音爆，或者只发出少量噪音。

估计实现日期：无声地达到1马赫需要至少5年，达到5马赫需要10年。

星式战斗机

洛克希德马丁公司的F-104星式战斗机可以把你带到太空边缘，让你提前体验明日的超音速旅行。

花费：每次最低3万美元。

机器仆人

职业机器人研究者科林·安吉尔有一些令人失望的消息：别指望很快拥有自己的机器人仆人，更别指望它像《星球大战》中的C -3P0一样精通各种语言，滔滔不绝。iR obot（研制军用机器人的公司，家用清洁机器人R oom ba也是该公司产品）创始人安吉尔说，“目前还没有研制机器仆人的商业模式。”问题在于：今天的机器人价格昂贵，用途不大，没有市场。

日本机器人A sim o在世界各个展会上倾倒众生。麻省理工学院表情丰富的机器人N exi在Y ouTube上拥有众多粉丝。不久前，一对日本新人的婚礼上还出现了一位机器人接待员。但是，这些机器人和它们的同类都造价不菲，成本动辄超过100万美元，非常耗能，还不太聪明（当然，人类伴侣也难免有这些毛病）。

连相对简单的机器宠物也存在价格与能力极不匹配的问题。索尼的机器狗A IBO刚亮相时赢得了不少人的青睐。可是这种售价2500美元的机器狗经常无法完成指定的任务。销售情况并不好，最终没能逃脱“安乐死”的命运。男人们梦寐以求的性爱机器人倒是有几款问世，日本的H oney D oll起价5580美元，单是这个价格就会吓退一批顾客，同样不敢令人恭维的还有它的硅胶皮肤、预先录好的叫床声。每次使用后，主人还得给它清洗干净。

事实是，我们已经有很多能干的家用电器，虽然它们不如机器女佣罗茜那么养眼，但要便宜得多，即使请个人类佣人也比机器人划算。所以，我们有了能够组装汽车、拆除炸弹、实施手术的机器人，但它们都不能一边做晚饭一边和你聊天。南加州大学机器人实验室的马加·马塔里奇说，“我并不想要人形机器人，只想要一堆专攻某种家务的机器。”好消息是：由于每个售价才200美元，如果有一天你的R oom ba（吸尘机器人）获得了自我意识，图谋造反，你完全可以买个新的。

试管肉

想象一块昂贵的动物肉———比如神户牛肉———浸泡在一个装满营养液的箱子里，不断地膨胀。晚餐吃试管肉！在未来这也许能够成为现实。组织工程（tissueengineering）是个新领域，迄今为止，人们的研究重点是如何培植用于移植手术的组织。科学家们已经成功地复制了人的皮肤、血管甚至膀胱。然而要复制美味的肉却困难得多，如何复制出肉的质感、味道、完美的肌肉和脂肪比例都是问题，并不比复制复杂的人体器官容易。但是依然有人在尝试。人道对待动物组织悬赏100万美元，任何人若能在2012年6月30日之前，研制出可以批量生产的试管鸡肉，就可以拿走这笔奖金。

清洁煤

“清洁煤”显然是个矛盾的词汇。除了有毒烟雾之外，按每千瓦时计算，煤电站产生的温室气体二氧化碳比采用其他任何燃料的电站都多。美国和中国地下储藏的煤炭还够使用至少100年。好消息是，我们已经找到了使用煤炭并不会导致北极冰盖融化的方法。它叫做碳捕捉和储存———收集燃烧化石燃料产生的二氧化碳，把它们压缩成液态，灌入地下。

那么问题在哪里？首先是运输和储存大量液体二氧化碳的问题。如果全美国的1500座燃煤发电机都经过改装，将排放的二氧化碳收集起来，那么每天需要储藏600万吨二氧化碳。最大的难题还是成本。清洁煤技术生产的电比传统煤电要贵至少30%.即使政府投入几十亿美元的补贴，也不会有人愿意投资清洁煤技术。可问题是，如果我们要阻止气候变暖，30%的代价并不算高。陆地风力发电的成本要增加50%.但是，在我们把清洁煤变成有吸引力的投资之前，就不得不忍受肮脏的煤。

喷气背包

为什么喷气背包并没进入人们的生活？理由有很多。比如，你肯定已经听说过它们需要变得“更容易控制”、更“稳定”。还比如它们成本要好几千美元，却只能容纳连续飞行40秒钟的燃料，这点儿时间还不够达到能够安全打开降落伞的高度。还不能改用更猛的燃料，否则可能有烧断人腿的危险。也有人指出它其实没有什么实际用途，说它就像是“空中的单轮脚踏车，差别在于，你可以一边踩单轮脚踏车，一边玩杂耍，它不会让你以每小时70英里的速度撞上电线杆。”可是这些都不是我们不能用上喷气背包的真正原因？真正的原因是：1961年最先开发喷气背包的贝尔航空实验室的工程师们执意要给它取名为“火箭带”。火箭带？谁会想买火箭带？听上去就很危险。

聚变能

把等离子加热到1.5亿℃，找个“容器”装起来———听上去似乎并不难。恒星就是这么做的，为什么我们办不到？这就是核聚变乐观主义者的态度。他们认为，我们可以靠融合原子核创造几乎取之不竭的能源。太阳和其他恒星就是以这样的方式永远发光发热的。热核炸弹也要靠聚变，虽然无法对其进行控制。把这一现象用于和平目的的关键在于如何让它保持在“容器”中———当然还要确保反应产生的能量大于消耗能量。

从上世纪50年代初开始，物理学家多次宣布聚变实验即将成功，他们尝试用磁场、激光、声波等“容器”装载电离气体（又叫等离子）。但是这些方法在长期验证中都先后失败。达特茅斯大学物理学教授巴瑞特·罗杰斯说，“最大的问题是，等离子难以琢磨，非常擅长从容器中逃出，它们的行为极其复杂多变，很难找到一种有效的‘容器’。”

容器越大，包容力越大。至少这是ITER背后的理论依据。ITER是国际核聚变实验堆的简称，位于法国南部，正在兴建之中。ITER实验堆高度为24米，直径30米，计划把等离子加热到约1.5亿℃，在一个真空舱中用超导磁体将其包容起来。整个装置重2.3万吨，相当于3座埃菲尔铁塔———造价超过120亿美元。但它的目的非常卑微：生产500兆瓦电能，持续几分钟。没有人知道IT ER是否会在实验中爆炸。那些家伙真该好好看看《蜘蛛侠2》。

隐形能力

如果想要让某件物体不被红外线或无线电接收器发现，那么就把这个物体用超材料包裹起来。所谓超材料其实是在塑料壳表面覆盖一层极细排列有序的铜线或银线，它们就像成千上万根小小的接收天线。当红外光束或无线电波触及一条“天线”，信号被传给下一条，再传给下一条，以此类推。接收器永远收不到反射回来的信号。对接收器而言这个物体是“隐形”的。现在把红外光变成可见光，原理应该依然不变，不是吗？可问题是，我们的接收器———眼球———非常擅长识别物体，所以超材料的任何细微差错都会暴露隐藏在下面的物体，虽然它们看上去很模糊，就像一个全息图像。所以完美的隐形需要等到有人发明毫无瑕疵的超材料，这可能还需要20年或200年。

编译：宇

威尔的梦想

为本文图片担任模特的喜剧演员威尔·法瑞尔对于未来也有着他自己的憧憬。下面就是他希望拥有的新技术装置。

自动狗语翻译机

我本以为到现在已经该有了一种能让人类和狗交谈的机器。也许是个头盔，它能立刻把狗的叫声翻译成‘嘿！’或是‘饿了！’或是‘嗷，我的上帝———猫！’但我猜，也许我们对于拯救动物（或这个世界）还不够热心。

会飞的汽车

一辆能够飞行一段不长距离的汽车，我认为这个要求并不贪婪。比如说能够飞上40英尺。短短的40英尺也许就能让你摆脱烦人的交通堵塞。然后，这肯定会刺激人研究出能飞50英尺的车。再然后，50英尺变成100英尺。不知不觉中，大家都开上了会飞的汽车，感叹说，“哇，这可真简单。”

带玉米煎饼夹心的生日蛋糕

这样的情况持续好多年了：你切开一个生日蛋糕，希望出现什么惊喜，但是蛋糕里面也是蛋糕。如果有一天，你切开生日蛋糕，发现里面藏着一个美味的墨西哥玉米煎饼该多好？依然有蛋糕吃，而且不用在1个小时后再打电话去订一个玉米煎饼。真是麻烦，不是吗？你明白我的意思吗？

水下城市

我并没有疯，我没有奢望要有很多座水下城市，一座就够了。它的名字也许很唬人，比如叫“H 12B区”，也许为了纪念设计者加斯·泰勒，取名“泰勒城”。当然，他在城市竣工前就去世了。城市中心有泰勒戴着潜水面罩给孩子们演讲的雕像。

作者: SLSZ07 时间: 2010-8-23 13:17
虽然“试管肉”和“设计宝宝”有些恶心，但还是大开眼界了

作者: 镜片检测 时间: 2010-8-23 14:53
社会生产力越高，人民就越不幸福。不患寡，而患不均。

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