【ICXO.com编者按】 当今各国争相研究开发的科学技术是什么？根据最新调查，美国《技术评论》杂志介绍了九个开拓性新兴科技领域。
一、合成生物学合成生物学是指人们将“基因”连接成网络，让细胞来完成设计人员设想的各种任务。例如把网络同简单的细胞相结合，可提高生物传感性，帮助检查人员确定地雷或生物武器的位置。再如向网络加入人体细胞，可以制成用于器官移植的完整器官。让·维斯是麻省理工学院计算机工程师，早在他读研究生时就迷上了生物学，并开始为细胞“编程”，现在已成为合成生物学的领军人物。维斯的导师、计算机工程师和生物学家汤姆·奈特表示，他们希望研制出一组生物组件，可以十分容易地组装成不同的“产品”。目前，研究人员正在试图控制细胞的行为，研制不同的基因线路———即特别设计的、相互影响的基因。波士顿大学生物医学工程师科林斯已研制出一种“套环开关”，所选择的细胞功能可随意开关。加州大学生物学和物理学教授埃罗维茨等人研究出另外一种线路：当某种特殊蛋白质含量发生变化时，细胞能在发光状态和非发光状态之间转换，起到有机振荡器的作用，打开了利用生物分子进行计算的大门。维斯和加州理工学院化学工程师阿诺尔一起，采用“定向进化”的方法，精细调整研制线路，将基因网络插入细胞内，有选择性地促进细胞生长。维斯目前正在研究另外一群称为“规则系统”的基因，他希望细菌能估计刺激物的距离，并根据距离的改变做出反应。该项研究可用来探测地雷位置：当它们靠近地雷时细菌发绿光；远离地雷时则发红光。维斯另一项大胆的计划是为成年干细胞编程，以促进某些干细胞分裂成骨细胞、肌肉细胞或软骨细胞等，让细胞去修补受损的心脏或生产出合成膝关节。尽管该工作尚处初级阶段，但却是生物学调控领域中重要的进展。
二、通用翻译鉴于通用翻译在商业和国家安全领域广阔的应用前景，IBM公司及卡内基梅隆大学等在通用翻译研发方面投入了巨大的人力物力。IBM沃森研究中心的计算机科学家高玉清在研发通用翻译软件方面作了大量开拓性工作。她设计的系统是帮助医生同患者交流，也能发展成适于其他种语言的互译系统。目前人们普遍使用的是逐字翻译系统，高玉清的研究重点则是语意分析。作为远景计划研究局研发计划的一部分，高玉清研究小组研发出用于笔记本计算机的中－英文翻译软件，最近又开发出适用于PDA的版本。在美国国防部远景研究计划局的另一项计划中，SRI国际公司语言技术和研究实验室主任波莱科达领导的研究小组已研制成更为专用的翻译装置———“单向对话短语”书，供在阿富汗和伊拉克美军使用，用者只要按一下英语键，则可向当地居民询问有关医疗及其他特殊问题。
三、纳米导线目前纳米技术的研发已达到“炽热”程度，研制纳米导线是制造大多数纳米器件和装置的关键因素。纳米导线是一种又长又细的导线，通常直径只有人头发丝的万分之一。研究人员目前可以调控直径5纳米至几百纳米之间的纳米线，而调控的长度可达几百微米。对半导体硅和化学敏感的氧化锡及像氮化镓等发光半导体，都能制成纳米导线。加州大学伯克利分校杨培东在改进纳米导线特性方面获得重大进展，被公认为纳米导线的先驱。为了制成纳米导线，杨培东他们采用能融化金薄膜或其他金属的特殊小室，小室中金属形成纳米尺寸的微滴，在微滴上空喷发诸如硅烷等化学蒸汽，其分子会被分解。短时间内，这些分子在融化的微滴上达到超饱和，形成纳米晶体。随着更多的蒸汽分子在金属微滴上被分解，晶体则长成树状。如果在几百万个金属微滴上同时发生这一过程，科学家则能形成大量的纳米线。杨培东等人已制成氮化镓和氧化锌纳米线“森林”，这些纳米线能发出紫外光，该特性对制造“单片实验室”十分有用。“单片实验室”可快速和低成本地分析医学、环境和其他种样品。目前的难题是制成纳米线和其他系统组件之间的电子连件。杨培东估计，目前全世界至少有100个研究小组正集中力量来解决上述问题。去年，英特尔公司已同哈佛大学的利伯合作，纳米线成为其计算机芯片开发长期规划的一部分。
四、拜埃斯氏技术科学家们认为，拜埃斯氏机器学习将是下一波软件开发工具，拜埃斯氏统计学作为概率论的一个古老冷门分支似乎正在焕发青春。斯坦福大学副教授克洛应用拜埃斯氏统计学取得令人激动成果。她开发的多个程序不仅能解决诸如基因如何起作用等问题，还可揭示长期存在的计算学难题，以及按照对真实世界不完整了解来做出预测。这些方法有可能在外语翻译、微型芯片制造和药物发现等领域里发生巨大进步。因此英特尔、微软和Google等公司都已挤入这一新领域的研发。基于拜埃斯概率论方法所编制的程序与过去的机器推理方法有很大的不同，它能取得大量数据并独立推断可能的关联或依赖关系。这一点对软件开发人员十分重要，因为编程人员喜欢决策自动化。譬如，依据用户的搜索历史可使检索结果体现个性化。他们希望机器可权衡意外组合，并做出最好的猜测。克洛利用拜埃斯氏算法解决了基因的管控问题。因为新生物医学技术正提供众多的数据，以至研究人员在整理这些数据时遇到了极大麻烦，这就减缓了对新药物的探寻。而克洛所编的程序彻底调查了成千上万个基因数据，通过测试某些基因活度变化概率，来解释其他基因活度的变化。该程序不仅单独探测到已知的或已鉴别出的相互影响基因，而且也发现了以前未知的一些调节基因的功能。研究人员已研发出一种机器人，能独自绘制十分危险的废弃雷场的分布图。英特尔公司目前正开发一种程序，可解释半导体晶片质量测试数据。Google公司正采用拜埃斯氏方法，寻找互联网上大量相互关联的数据图形，并予以开发利用。实际上，采用拜埃斯氏技术的软件已进入市场，2003年版微软Outlook就包括拜埃斯氏办公室助手软件。
五、T射线人类目前只采用电磁波谱中的很少一部分。除可见光外，X射线可拍照人骨骼的阴影，紫外线可用于消毒，而近红外线已用于夜视仪。现在，研究人员正研究利用电磁波谱的另外一部分：万亿赫兹辐射或称T射线。T射线有可能改变诸如机场安全和医学成像等领域的现状。不仅可以揭示隐藏物体的外形，而且还能展现炸药的成分或癌病灶的内部情景。20世纪90年代末，在英国剑桥东芝研究实验室工作的阿诺恩认为，T射线将是牙科X射线的替代物。他认为，在深红外区的T射线能准确测试出牙损坏的位置，不必使用电离辐射，还可获得了牙齿的立体图像。东芝公司2001年成立了TeraView公司，并任命阿诺恩为首席行政官，去年8月TeraView公司开始销售评估型T射线扫描仪，扫描仪大小像一台复印机，并计划一至两年内大量生产。目前，消费品电子公司能采用T射线来检验器件的制造缺陷，食品加工商能探测密封包装食品的水含量，以确保其新鲜度。TeraView公司还在同英国和美国政府谈判，研发可置于码头的金属探测器，这种探测器可看到大衣口袋中的剃须刀以及上衣口袋中塑料炸药。T射线系统还能显示癌症形状，帮助医生更精确地切除癌组织。日本照相机制造商尼康公司已研发出自己的T射线扫描仪，并已向美航天局出售这种扫描仪，以帮助查找航天飞机泡沫塑料绝缘体中的缺陷。
六、核糖核酸干扰分子疗法心脏病、肝炎、癌症和艾滋病等大都是人类基因变异或病毒细菌入侵造成的。如果能发现一种简单的技术，随意关闭某些特殊基因，从理论上讲就可治愈这些疾病。曾在马·普研究院工作的生物化学家汤玛斯·塔斯奇尔，在人体内可能找到了这种开关：核糖核酸干扰分子（RNAi）。塔斯奇尔发现，当将这种小双螺旋分子导入人细胞内并瞄准某种基因时，就可阻止基因发挥作用。当时很多人怀疑这一发现，因为以前也有人提出用RNAi技术来治愈疾病，但都属于骗术。一年后，这一方法就迅速为公众所接受，许多大公司和大学纷纷投巨资进行研究，甚至有人提名塔斯奇尔为诺贝尔奖候选人。现在，很多药物公司及生物技术公司正寻求利用RNAi来治疗疾病。在马萨诸塞州，塔斯奇尔与他人一起建立了Alnylam药物公司，希望能生产出治疗癌、艾滋病和其他疾病的RNAi药物。将RNAi干扰分子从实验室研究成果转变成真正药物所遇到的最大困难，是如何将这种核糖核酸分子运送到患者的大量细胞内。在试验中，仅是将RNAi分子运送到单个细胞内，而向大量细胞运交RNAi要困难得多。据预测，RNAi疗法可能要3至4年才能进入市场应用阶段。
七、大电网的控制大电网因其规模大，大量电流运送的失控可能在几秒钟内产生。去年8月，造成从密执安州到安大略省、涉及5000万居民的北美大停电，使人们记忆犹新。瑞士ABB公司电子系统部执行副总裁瑞坦兹认为，大电网采用当代控制技术的时代已来临。他正在研究建立灵巧的电力网控制室，以实现在整个北美大陆范围内，能每秒若干次地跟踪电流活动，并采用及时的行动。瑞坦兹小组已制成一种控制系统，并准备进行安装。专家认为，如果这一设计真正投入运行，会使电力中断减少100倍，使电网不仅不会遭遇因耗电过多而产生“热波”，而且也可免遭恐怖分子的破坏。实时控制系统是上世纪90年代电子检测系统的自然衍生产品，该检测系统控制太平洋西北部地区电力网。在这一系统中，对用全球定位系统时间特征编码的、相距几百至几千公里的大量传感器的测量，使中央计算机能让数据在时间上同步，并以每秒30次的速率对整个电网进行精确“拍快照”，快到足以观测到轻微的电力阻塞、电力下降或振荡，而这些正代表电力网不稳定的初期征兆。瑞坦兹小组设计的控制系统，采用十分简化的电力网运行模型，但这一系统能瞬间识别出严重问题。ABB公司的工程师目前正研究如何将这一系统用于保护连接瑞士和意大利之间的重要电力网。大电力网目前正向实时、大面积监测和控制方向发展。
八、微射流光纤互联网已成为当代人们生活和从事商业活动不可缺少的工具。为了满足未来的需求，必需再加快互联网传输信息的速度，例如用几秒时间下载几部电影等。人们设想，在光纤通路内部放置若干个小液滴，可能改进光子流携带数据的能力，不仅加速数据的传输，且改进了传输的可靠性。美国伊利诺大学物理学家罗杰斯已制成原型微射流光纤，可大大加快从电子邮件到计算机软件的超快速递送，这种装置正在朗讯公司试验。两年前，作为朗讯公司一名研究人员的罗杰斯开始探索充有流体的光纤。当今传送电话和数据的光纤，是一种柔软的固体玻璃管，但罗杰斯所使用的光纤，是钻了很多直径从1到300微米的微型小孔。罗杰斯将少量多种液体注入光纤中，然后控制这些液体“塞子”的膨胀、收缩和运动，便可引起光纤光学特性的改变。改进“塞子”的特性，使它们能完成诸如校正失真和更有效导向数据流等重要功能，就能低成本地达到提高带宽的目标。
九、个人基因组学每个人的基因组中约有30亿个碱基对，即30亿个DNA“字符”。但医生若想检验每个患者的30亿个碱基对，几乎是不可能的。因此，很多科学家正采用一种捷径：即重点研究个体基因组之间的差异。设在加州的皮里根科学公司首席科学官考克斯正研发一种工具，使医生和药物研究人员能快速测定患者是否因遗传构成而导致更易患某种特殊疾病，或者他更适宜服用哪种特殊药物。遗传测试已能知道哪些人携带罕见疾病的基因，几种特殊药物将对哪些人产生毒副作用，但这些测试仅能检验1个或2个基因，很多常见病和药物反应涉及到广为分散的基因，研究人员希望找到一种方法来分析个人的完整基因组。考克斯认为，识别出相应于某种诊断或药物反应的这些变异体的基因组图形，是使患者基因信息得到有效运用的最佳方法。皮里根公司已研发出一种特殊的DNA芯片，把几十亿个DNA附在一个小玻璃片上，可快速描绘出患者基因组中30亿个单字符变异体。该公司正在将几百名糖尿病患者的基因图同正常人进行比较，并与辉瑞药厂合作，检验基因对心脏病的影响。在几年时间内，预测患者药物反应的基因筛选可能会变得极为普通。