在不久的未來,也許可以改變人類的7種科學設想!

2020-12-05 宇宙探索百科

專家們提出的7項科技設想,其中有的設想在不久的將來就能夠實現,它們將改善人們的生活。

1. 可以充電的飛機

許多汽車企業總是會推出許多全新的設計方案,可以減少駕駛汽車對環境的影響。幾十年來,航空企業也在不斷提高燃油的使用效率,但是對於現行的飛機而言,這種設計的潛力已經得到了最大挖掘,因此航空企業必須向汽車企業一樣轉變思路,而且需要迅速行動。隨著發展中國家越來越繁榮,航空運輸正在呈爆炸性增長,預計到2031年其規模將翻一番,這種增長將抵消人們在汽車和電網改造方面所做的一切努力。

有很多方法可以解決這個問題。美國航空航天局正在重新考慮飛機的設計,他們贊助了一些令人叫絕的設計理念,例如麻省理工學院推出的D系列飛機,這種飛機有一個雙圓柱體機身,這樣就可以將發動機後置,整體上可以節省約50%的燃料,而且飛行時噪音也更低。智能導航系統可以使飛機飛行距離更短,航線更加合理。小型短途飛機可能最終利用電力驅動,斯洛維尼亞一家小型飛機製造商蝙蝠(Pipistrel)公司就開發出一款四座可充電小型飛機,其飛行距離是同類小飛機的2倍。美國航空航天局航空研究部副主任戴維·辛頓(David Hinton)說:「所有這些技術融合產生的功能是10年前不可想像的。」

2. 分子發電機

美國加州理工學院的化學家哈裡·格雷(Harry Gray)對電子的相關研究非常了解。1982年,格雷在研究蛋白質時發現,電子可以跳過長鏈分子,「隧穿」蛋白質。後來被證明,這種特性是生命的活力源泉,它可以把能量轉化成生物體可以利用的形式,例如植物能夠將陽光中的能量儲存到它們的細胞中,另外幾乎所有生命都需要通過燃燒葡萄糖來獲取能量。電子「隧穿」是通過名為金屬蛋白的絡合分子實現的,這種分子把蛋白質的靈活可變性與金屬催化化學反應的能力結合到了一起。

當格雷完全弄清楚有關原理以後,他的興趣轉到了太陽能。他意識到,如果試圖開發一種接近無限可再生的能源發生器,就必須利用由金屬蛋白驅動的系統,就像光合作用那樣。但這是不可能實現的,因為生物機器太脆弱,效率低下,並且每隔幾分鐘就要重新合成一次才能繼續工作。

為了研製一種能夠穩定高效發電的分子機器,格雷和他的同事們設計了一種微型電池,該電池的一極是金屬氧化物,另一極是矽,就像植物細胞壁上金屬蛋白的排列方式。金屬氧化物會吸收藍色波段的太陽光,利用其中的能量把海水分解成氧氣和質子;而矽會吸收紅光,並把質子和電子結合起來。這種設計非常巧妙,因為一個質子與一個電子結合後實際上就是氫氣,而氫氣可以被用作燃料。簡單來說,就是利用陽光分離出氫。格雷說:「我們工作的重點就是要設計出非常穩定的一種材料,這種材料能在太陽能燃料設備裡維持很長時間。」

這種技術有可能實現而且很有優勢,因為人造水分離器的效率已經比自然界的光合作用高出10倍以上。繼續提高效率還需要數十年的時間,研究人員必須尋找新的催化劑來加快反應速度(目前他們使用的特異性金屬價格高昂而且有毒),但格雷仍然非常樂觀,他說:「自然界要製造的是有生命的東西,而我們所做的一切則只是為了製造燃料。」

3.噴霧型Wi-Fi天線

目前,無論何時何地,只要人們想要,就能夠訪問行動網路,而且連網速度也在不斷提高。然而,現實並不是那麼樂觀。如今像美國電話電報公司(AT&T)和威瑞森公司(Verizon)這樣的移動運營商已經不再無限制地提供數據服務,隨著平板電腦和智慧型手機不斷呈爆炸性增長,帶寬的爭奪將會更加激烈。

上網受到限制不僅僅讓人感到煩惱,更重要的是將對創新產生不利的影響。據估計,到2025年,全球與無線技術有關的經濟規模將達4.5萬億美元。但是經濟增長取決於人們擴大網絡規模的能力。我們需要一種與聯網能力需求相匹配的設備。現有的Wi-Fi可以幫助解決這個問題。網際網路和通訊公司已經開始在人口稠密地區建造一些小型基站——基本上就是能夠提供Wi-Fi和4G服務的移動發射塔。雖然這些基站有可能把世界連接在一起,但是目前這些公司沒有動力去構建大規模的基礎設施。

一家公司提出了一種大膽而又獨特的設想:噴霧型Wi-Fi天線。美國查姆泰克公司(Chamtech)已經開發出了一種獨特的液體,這種液體裡含有數以百萬計的納米電容器,當被噴到物體表面上時就可以接收無線電信號,其效果比一根標準的金屬天線還好。通過一個路由器,查姆泰克公司的天線就能連接光纖網絡,接收來自目標衛星的信號並與附近的節點建立連接,這樣就有可能用低成本的寬帶Wi-Fi組建一個網絡。由於這種液體天線可以噴塗到任何物體表面上,不僅使用方便,而且不存在「避鄰問題」。

4. 將沙漠變成發電站

不要認為像撒哈拉大沙漠那樣的大片旱地就是荒涼的不毛之地,實際上那可是能夠提供無窮無盡清潔能源的地方。地球上的沙漠地區在6個白天吸收的能量比人類一年使用的能源都多。現在來自地中海地區的一些政治家、科學家以及經濟學家準備開發沙漠中的這些能量。這個項目暫定名為「沙漠技術」,項目規劃人員希望在世界的沙漠上建造大量的風能和太陽能電站,這些電站發的電併入電網後,可以為日照較少的地區提供穩定的可再生的廉價電力。

項目規劃人員希望首先從北非獲取太陽能輸送到歐洲地區。預計到2050年,北非的沙漠將能夠提供歐洲所需能源的20%。這個項目的負責人蒂莫·格洛普(Thiemo Gropp)說:「萬事俱備,只欠東風。」作為一項龐大的基礎設施項目,它所面臨的最大挑戰是政治方面的。北非領導人把「沙漠技術」視為創造就業的機會,但是政治原因讓投資者無法確定這個地區能否實現長期穩定。此外,歐洲的經濟危機使得用於開展公共工程的資金捉襟見肘,而且歐洲各國在電網兼容以及管理方法上存在很大分歧。

不過「沙漠技術」的理念可以應用在其他地區,畢竟地球上90%的人生活在距離沙漠不到2900公裡的地方。中國的城市可以從戈壁灘獲取能源,而南美地區則可以在阿塔卡馬沙漠發電。

5.把顯示屏安裝在隱形眼鏡上

智慧型手機讓我們可以時刻獲取世界的信息,但是為了閱讀信息我們必須一直緊盯著屏幕,這很可能引發意外事故或者被旁邊的朋友責備。怎樣才能無縫地獲取這些信息,又不用擔心出現危險或者傷害友誼呢?

早在2002年,谷歌聯合創始人就提出將信息與人類大腦直接相連的想法。到目前為止,最接近這一目標的就是谷歌眼鏡的原型,這種眼鏡可以把信息顯示在鏡片上,只有戴眼鏡的人才可以看到。但是,這個項目的負責人、美國華盛頓大學副教授巴巴克·帕爾維茲(Babak Parviz)希望可以更進一步。他提出了一個長期計劃:放棄笨重的鏡片,在隱形眼鏡上安裝一套微型系統。使用比頭髮還細的無線電天線,他相信這種隱形眼鏡可以增強成像的現實感並逐步取締手機、電腦以及寬屏電視的顯示器。

帕爾維茲說:「該隱形眼鏡可以在人的視網膜上成像,所以有了這種隱形眼鏡就不再需要任何顯示器。」另外這種隱形眼鏡還可以用作健康檢測器,利用微型生物傳感器分析人眼睛的細胞。

6.摧毀襲擊地球的小行星

美國科幻影片《世界末日》裡有兩件事情是對的:第一是人類還沒有做好防禦小行星襲擊的準備;第二是用合適的工具做合適的事。觀看電影《世界末日》有助於推廣地表爆炸理論。美國愛荷華州立大學小行星偏轉研究中心主任魏浜(Bong Wie)設計的一種飛彈——超高速小行星攔截器(HAIV)可以完成這一任務。這個飛彈的前端是動能攔截器,後端是一枚核炸彈,攔截器部分鑽開巖石進入行星內部,然後引爆核炸彈把它炸得粉碎。

上述計劃引起了美國國家航空航天局(NASA)的興趣,他們撥給魏浜 10萬美元作為研究資金。這一設計解決了在太空放置核彈的一個最大缺點:如果炸彈撞到小行星表面,脆弱的材料會破裂,導致炸彈不能引爆;如果在小行星外引爆,則不能摧毀目標。而魏浜設計的HAIV系統可以在行星內部爆炸,這樣威力就可以擴大20倍。

魏浜計劃在2028年左右對該系統進行測試,當然不攜帶核彈頭。不過他表示,如果預計小行星的撞擊迫在眉睫,他可以在一年之內就準備好發射。魏浜說:「這個領域裡的很多人都知道,無論我們什麼時候需要,都可以組裝起我說的這套系統。」這個HAIV系統需要花費5億美元,但是和人類文明被摧毀相比簡直不值一提。

7.利用鑽石建造大樓

鑽石是宇宙中最堅硬的物質之一,它完全透明,幾乎是無摩擦的,化學性質非常穩定,還是良好的熱導體。另外,它是由最常見的元素之一——碳構成的。鑽石(其實只是碳的晶體)在許多領域非常有用,從微電子技術到水處理等。然而遺憾的是,大鑽石極其罕見。想像一下:如果這種物質像鋼鐵一樣普遍該多好。

史蒂芬·貝茨(Stephen Bates)有可能把這個夢想變成現實。這位64歲高齡的技術型科學家除了為美國國家航空航天局(NASA)和普林斯頓大學工作外,還在通用汽車公司工作了幾年,在那裡他用藍寶石製造了一臺透明的活塞式發動機,前所未有地看到了火焰和氣體的流動。這臺藍寶石發動機的成功讓貝茨想到了鑽石,他說:「用藍寶石所做的一切,換成鑽石效果會更好,前提是負擔得起費用。」

在研究了如何通過氣相沉積方法合成薄膜晶體之後,貝茨申請了一項專利,他可以採用同樣的方法合成鑽石。這項技術的原理很簡單:把廉價的工業產品金剛石加入到汽化的碳60富勒烯模具——一個有60個碳原子的足球形狀的籠子之中,然後使用雷射轟擊整個富勒烯,富勒烯會分解,碳原子會沉積到鑽石顆粒之間,把它們有效地融合成一個較為堅固的整體。

即使這種方法在技術上和經濟上都可行,但是它產生的物質是多孔的,沒有人知道多孔鑽石具有什麼樣的性能。此外,貝茨首先要搞到一臺價值10萬美元的脈衝雷射機。但是如果可行呢?設想一下用鑽石做房子的地基,做摩天大樓的大梁,給人體接骨,或者飛機和宇宙飛船上使用鑽石製作的零件。只不過別想著建造一棟全是鑽石的房子——如果牆壁使用世界上最好的熱導體來做,那麼房間裡面會變得非常冷的。

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