【前沿观察】IEEE特别报道：2016年前沿科技热点纵览
本文由创新研究公众号（naiscast）授权转载，原文来源：中国科协创新战略研究院《创新研究报告》，编译：宋颖，编辑：高晓巍
一、残疾人辅助科技
2016年10月，首届针对使用机械假肢的残疾运动员的人机体育大赛（Cybathlon）将在苏黎世举行。和禁止使用机动设备的残奥会不同的是，在该比赛中，残疾运动员们将会利用高科技来弥补瘫痪和截肢等身体障碍，像正常人一样进行比赛。
举办Cybathlon的目的是通过竞技激发创新。为了参加Cybathlon，人们从科学和工程界请来工程师，构建新技术、训练运动员。因腰部脊柱受损而导致腰部以下完全瘫痪的迈克尔·麦克莱伦在LS克斯克利夫兰退伍军人医疗中心（Louis Stokes Cleveland VA Medical Center）实验室的神经工程师罗纳德·特莱欧罗的帮助下，通过功能性电刺激（functional electrical stimulation，FES）植入电脉冲发射器，用来激活腿部肌肉对应的神经，让那些原本休眠的肌肉活动起来。这种植入式神经刺激机关，激活了迈克尔·麦克莱伦原本瘫痪的双腿，使他成为全球首批半机械竞技自行车手之一。
二、美国三端柔性直流输电工程
美国新墨西哥州的三端柔性直流输电工程（Tres Amigas Superstation）将实现北美三大电网（东部电网、西部电网、德克萨斯州电网）的互联，覆盖美国本土48个州以及8个加拿大省份，成为一个能够向任何方向传输高达200亿瓦特电流的超级换流站。
2015年11月，该工程开始了第一阶段的首项建设：一条56千米长的传输线将3个新的风力发电场与该特大发电站连接起来，进而再与西部电网相连的黑水河（Blackwater）变电站相接。这条345千伏的电线计划于2016年年底通电，黑水河变电站也将升级，可处理高达500兆瓦风力电能的新增产能。该工程投运后，将有助于改善由风能、太阳能、地热等间歇性可再生能源发电引起的供电可靠性和电压稳定问题。
三、新型计算机
2014年，惠普公司提出了“The Machine”计划，开发新型计算机架构。该新架构将使用具有高速传输特性的硅光子（silicon photonics）通讯取代传统的铜线作为通信链接，并采用忆阻器内存取代静态随机存储器（static random access memory， SRAM）和动态随机存取存储器（dynamic random access memory，DRAM）形成通用内存（universal memory），以提供更好的效能。
“The Machine”计划立足于多项技术，其中最核心的就是忆阻器。忆阻器是一种在长期断电的情况下仍能保证信息完好的电阻装置，是继电容、电阻以及电感之后的第4种电路元件。该新型计算机将结合DRAM的速度和闪存（flash memory）的储存量，整合成单一的忆阻器，使计算机不再像原来那样需要的内存与硬盘之间来回交换数据，数据的保存和处理都可以在忆阻器上进行，这样便可显著提升计算机效能，同时降低能耗。惠普实验室称“The Machine”计划的首台大型原型机有望在2016年公之于众。
四、火星探索
美国国家航空航天局（NASA）在1976年发射的1对“北欧海盗”（Viking）号火星探测器在火星地震方面的探测效果甚微。40年之后的2016年，NASA的“洞察”（Insight）号探测器将再次开启火星的地震研究。如果计划一切顺利，“洞察”号飞船将于2016年9月到达火星表面，届时将运用测震仪捕捉火星上由于冷却和收缩、流星碰撞等各种动态源所引起的震动。研究者利用这些声波能够构建出火星内部的画面。
2016年还有另外4架航天器预计登陆火星。“洞察”号的运载火箭中同时还会携带1对“立方星”（CubeSat）承担代号为“火星立方一号”（Mars Cube One ，MarCO）的任务，即在“洞察”号进入、降落和着陆期间协助将其工程数据迅速传送回地球。它们将是首次被发送到地球轨道以外的微型卫星。此外，欧洲航天局和俄罗斯的外火星计划（ExoMars）还将同时发射微量气体轨道器（Trace Gas Orbiter）用于追踪火星大气中的各种气体的光谱特征，着陆车“斯基亚帕雷利”（Schiaparelli）主要用于检测着陆技术。
五、搜寻地外文明
搜寻地外文明（Search for ExtraTerrestrial Intelligence，SETI）的研究因其无法在短期内取得积极发现而常常难以得到资助。2015年年初，俄国亿万富翁尤里·米尔纳（Yuri Milner）为该研究提供了未来10年1亿美元的资助。2015年7月，启动突破计划（Breakthrough Initiative），该计划包括两个部分：“突破聆听”（Breakthrough Listen）将致力于侦测地外文明信号，“突破信息”（Breakthrough Message）则与之相反，进行发送人类和地球信号的探索。“突破聆听”计划在2016年进行首次无线观测。观测的早期目标之一是1个早有迹象显示可能存在高科技外星文明的恒星系统。虽然真正捕捉到外星人信号的几率渺茫，但此次探险将乐趣无穷。
六、电子邮件加密
2015年3月，雅虎公司展示了一款用于加密敏感电子邮件信息的软件，并称这款新型工具会在2016年年初完成一切部署筹备工作。新工具具有端到端加密的特点，这意味着，即使雅虎公司本身也无法破解保存在自身服务器上的信息。谷歌曾开发了一款端对端邮件加密的开发源代码软件，雅虎公司承诺将在谷歌公司的软件基础上，使这种加密工具更便于使用。
但邮件加密会阻碍政府部门监视不法分子的电子通信，同时也有专家认为强大的电子邮件加密功能与谷歌和雅虎等公司的自身利益背道而驰（它们需要通过电邮掌握用户个人信息），加之电子邮件加密的技术挑战太过艰巨，因此，很难判断这两家公司是否会真正决意在2016年为用户提供加密的电子邮件服务。
七、深海采矿机器人
总部位于英国的Soil Machine Dynamics公司为Nautilus Minerals公司制造出了世界上第1台能够在接近1600米的深海环境中开展工作的深海采矿机器人。
如果计划一切顺利，这台采矿机器人2016年会在Nautilus公司的第1个采矿点——离巴布亚新几内亚的新爱尔兰省海岸约30公里处的Solwara 1号矿床进行30个月的挖掘工作，预期能够挖掘到250万吨的矿石，估值超过15亿美元。
八、数字广播
挪威将于2017年彻底告别模拟时代的调频广播技术（FM），关闭FM广播，成为全世界第1个全面切换到数字广播的国家。为了促成这一转变，挪威的政府电台NRK将其数字广播覆盖到了全国人口的99.5%。如今，至少有50%的挪威电台听众每日收听的是数字广播。为了让听众能够在汽车里收听到数字广播，挪威在所有县以及一半以上的直辖市设立了汽车电台改装点，为汽车安装数字音频广播（digital audio broadcasting，DAB）兼容设备。数字广播的运营更为经济，并能够创造更多的频宽以提供更多的节目选择。
其他欧洲电台密切关注着挪威的数字广播发展动向，丹麦和瑞士也很快能够告别FM。而在英国和美国等国家，数字广播则进展缓慢。
九、中国产大型客机C919
作为空客320和波音737的竞争对手，中国商用飞机有限责任公司（Commercial Aircraft Corporation of China Ltd., COMAC）制造的C919大型客机是中国首款按照最新国际适航标准研制的干线民用飞机，于2008年开始研制，计划于2016年首飞。
C919虽为中国制造，但与空客320和波音737一样，使用了美国和欧洲产的组件，如霍尼韦尔（Honeywell）的飞行控制系统、派克宇航（Parker Aerospace）的液压装置以及利勃海尔宇航公司（Liebherr-Aerospace）的起落架，将各种系统进行整合组装是C919制造中的一大挑战。为此，COMAC于2014年在上海飞机设计研究院打造了“铁鸟”试验台，对升降舵系统、方向舵系统、副翼系统、扰流板系统等子系统以及气流偏导器、襟翼、电梯、水平稳定器等动件进行了试验和检测。
十、音速管道列车
2013年特斯拉创始人伊隆·马斯克提出了音速管道列车（Hyperloop）计划，这是一种以真空钢管运输为理论核心设计的密封舱式交通工具，具有超高速、高安全、低能耗、噪声小、污染小等特点。在马斯克的设想中，乘坐音速管道列车从洛杉矶到旧金山只需要35分钟，远少于飞机所需要的1小时25分钟，成为当今世界除飞机、火车、汽车、船以外的第5种交通方式。
2016年5月，承担音速管道列车研发的Hyperloop One公司在美国内华达州毗邻赌城拉斯维加斯的一片无人沙漠里对音速管道列车进行了首次公测并取得成功。测试大概持续了4秒钟。全程全直线设计，测试长度约为5公里，从静止到640公里/小时加速只用了2秒，其最高时速可达1200公里/小时。这家公司的首席技术官也是创始人之一布罗根·巴姆布罗根表示，音速管道列车有望在2019年载货，到2021年有望载客。
十一、DNA制造进入大规模生产时代
合成生物学行业以生物实验室为厂房，以生物体为产品。科学家们制造DNA链，作为组装生命基因密码的材料，创造前所未有的生物体。这些新创造的生命形态对人类具有一定的使用价值，例如，生物学家已经制造出能够分泌药物的酵母细胞以及可以用于生产飞机燃料的藻类。生物技术新创公司Twist Bioscience就是DNA制造这一新兴产业中的领军者。2016年，该公司将在旧金山的总部开始商业运营，主要服务于科研人员以及新创公司，帮助他们寻找改良基因。DNA生产线以每个核碱基的成本模式定价，该公司每个核碱基起步价10美分，是行业内最低的。
旧金山地区另一家合成生物新创公司Zymergen则向用户提供更广泛的服务，不仅低价组装DNA片段，还能将DNA嵌入微生物并监测结果，监测的结果可用于下一轮DNA的设计，使用户快速获得他们想要的理想生物体。
十二、虚拟现实的APP应用
虚拟现实（virtual reality，VR）通往主流市场的大门即将敞开。工程师们已经解决了大部分硬件问题，将硬件价格降到了数百美元，完成了大量的测试，并将软件工具交付给极具创造力的开发者们。商店的货架上很快将摆满头戴式显示器和手持遥控器，为人们勾勒出眼花缭乱的虚拟世界。最根本的层面上说， 社交虚拟现实技术使得身处异地的人们能以相当逼真的化身进行交流，他们可以进行眼神交流，可以操控彼此都能看见的虚拟物品。
以屏幕为基础，模拟现实的网络游戏《第二人生》目前拥有百万互动用户，其幕后的美国旧金山Linden Lab公司正准备推出一个全新平台。Linden公司的Project Sansar主机带给用户创造式的虚拟体验，并提供与虚拟现实头盔、标准电脑显示器以及移动设备相兼容的工具。法国公司Beloola也在为社交网络设计类似的虚拟世界。《第二人生》的创始人菲利普·罗斯代尔最新创办的High Fidelity公司则采用了完全不同的方案——公司不考虑建造虚拟世界，而是开发了开源软件工具，提供注册、验证身份以及为其他人建构的虚拟世界提供各类服务。2014—2020年，虚拟现实将以200倍的速度发展，全球范围内对虚拟现实硬件和软件的投入将从1.088亿美元上升到218亿美元。
十三、吉波管家机器人
辛西娅·布雷齐尔和她在麻省理工学院媒体实验室机器人研究团队的学生经过多年对情感机器人的研究，与旧金山一家工业设计公司合作设计的吉波（Jibo）机器人被誉为是新潮社交机器人市场的游戏规则改变者。
吉波机器人最具独创性的设计是其身体各部分的衔接。它大体包括3个圆柱体部分，分别为基座、躯干和头部，互相以某个倾斜角度连接在一起，而并非水平连接。形成的效果就是，在旋转时这几部分相对关系的变化导致身体弯曲成各种富有表现力的姿势。旋转动作是由3个皮带传动的直流电机实现的，动作平稳而无噪声。语言工程师正在为吉波设计自然语言模型，让吉波能以互动和参与的方式做出反应，并通过语音合成技术的处理，生成数以百万计的话语。此外，机器人还将会通过身体语言和语气的变化来表达快乐、悲伤和惊奇的情绪。随着时间的推移，吉波还将学习个人用户的详细信息， 提供更多个性化的反应，人们不再将吉波看作是另一种家用电器，而是会将它看作是家庭中的一员。截至2015年12月，在资金筹集网站Indiegogo上，吉波机器人的预售已收到了370万美元的预付款，这在机器人还只是一个粗略原型的众筹活动中是相当惊人的数目。
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