美国科学家现在忙什么?

jackrabbit

当今美国企业、大学和研究机构正在全力开发以下九大技术：空管互联网；量子导线；硅光电子学；新陈代谢学；磁共振力显微镜；超高密度数据存储；新型细菌工厂；抗手机病毒软件以及生物机械电子学。

空管互联网

空管互联网能在没有空管人员干预下，让飞机安全地飞行。

半个世纪以来，空中交通管制系统的支持技术系统一直未曾发生重大变化，飞机需要依靠基于地面的雷达系统，以及空管人员的观测，对飞机起飞、着陆及航程发出口头指令。这种系统的成本极高，且很难扩容。

现在人们认为，利用现有技术有可能建成完全不同的空管系统。通过空管互联网，每一架飞机能连续不断地向其它飞机发送其身份、准确位置、速度和航向等信息。在这种系统中，软件发挥着关键的作用。系统通过向飞行员发出如何保持自己的方位、使其路线最佳化，以及在能见度极差的情况下实施精确着陆等指令，来协调整个网络。从短期效益来看，这种技术能节省旅行者时间及降低燃油的消耗；从长期效益来看，它可在无须增加基础设施和空管人员的情况下，让更多的飞机飞向天空，大刀阔斧地改革空中旅行。

但专家们认为，这种依赖于软件和飞机驾驶舱专用计算机，而无须空管人员发布指令的空管互联网，仍需几十年的时间才会成熟。

美国宇航局计划于今年6月在弗吉尼亚州的一个小机场，演示这种自动化系统的原型。安置在接近机场的地面站的计算机系统将接收多架飞机发出的数据，即时给飞行员发出各种指令。如，告诉他们最初应保持的方位，其他飞机的确切位置，以及有哪些飞机正尾随其后。如果自己驾驶的飞机错过开进机场的时机，又该飞向何处等等。在各飞机驾驶座舱上的计算机显屏上，将直观地显示出其他飞机现在何处。计算机将不断发出指令，指引飞机如何航行。将来的空管互联网将会更为先进。美国空军正开始界定空管互联网的基础结构，希望在2008年至2012年前后，开始研发和测试自己的空管互联网。

量子导线

由碳纳米管编织的导线可高效输电。对这种量子导线研究最多的是美国莱斯大学的斯马利教授。他研制成功的15厘米长、由几十亿个碳纳米管拉成的细线，代表着将会使输电网出现全面改观的新型导线的第一步。

斯马利领导的实验室目前正在从事一项4 年计划，以研制基于碳纳米管的“量子导线”。由量子导线制成的电缆，其输电效果比铜导线要好得多。由于这种导线重量轻、且强度高，从而可让现有电线杆承受比铝电缆高10倍的输电量。斯马利称，量子导线至少能具有现今超导体的功能，而又不需要高价冷却系统，原因在于：在纳米尺度，量子物理学的神秘特性占主导地位，导线能输运电流，且几乎没有电阻。

斯马利小组已制出了100米长、由大量碳纳米管构成的导线，但这种导线是150多种不同类型碳纳米管的混合物，因而限制了其导电率。最好的导线将仅由一种碳纳米管构成。斯马利相信，在制造工艺过程开始时，增加一点单一品种纳米管，可能够催化大量相同纳米管的产生，其实就是“克隆”最初的纳米管。

硅光电子学

光纤的出现使互联网得到迅速发展。一根头发丝细的玻璃光纤，比铜导线携带的数据高几千倍。

但在计算机内部，目前铜导线仍占统治地位，用来连接各个部件，这大大降低了信息流通传导的速度。而且，在光通信中使用的激光器是由另一种半导体制成的，这种半导体同制造计算机芯片的硅是不相容的。随着计算机的速度变得越来越快，已经接近铜导线载送信息能力的极限。因此，计算机内部也需要像光纤一样的新一代导线，以使内部传输数据的速度加快。而若让硅也能发光，则可以使上述问题得到解决。

让硅发光是一个极难解决的问题。去年秋天，美国加州大学洛杉矶分校的一个研究小组实现了让硅产生激光的梦想。今年2月，英特尔公司科学家又制成可连续发出激光的硅激光器以及硅调制器。英特尔公司相信，硅激光器将是提高计算机速度极限的有效方法。但最终实现同一芯片上元器件间的光波通信，还要花几年时间，还要降低硅激光器的成本，以及减少其复杂性。

新陈代谢学

对新陈代谢的研究可能会导致发现新的诊断工具，从而使医生可以在病情尚在蛛丝马迹阶段时，就能轻而易举地进行诊断。

新陈代谢学就是分析几千种类似糖和脂肪等小分子的代谢产物。如果新陈代谢信息能够转变成诊断测试，它将会早期、快速及准确地诊断出多种疾病。

几十年来，医生一直在测量一些代谢产物，以诊断病人可能患的疾病。例如，糖尿病人的葡萄糖水平就显示此人患糖尿病。而新陈代谢学研究人员从几百种分子中选出 12种左右的分子，即可视为特定疾病的特征。美国国立卫生研究院“新陈代谢学计划”主任劳赫林说：“我们希望，很多疾病拥有我们能测量的‘指纹’。”

目前，新陈代谢学研究人员正寻找诸如孤独症和遗传性慢性舞蹈症的疾病特征。一些公司也力图将基于代谢产物的诊断测试，在几年内推向市场。美国北卡罗来纳州的 “Motabolon”公司目前正在寻找肌萎缩性侧索硬化代谢标记物。加拿大一家公司也正在研发基于代谢产物的、早老性痴呆的诊断测试方法。

磁共振力显微镜

这种新型显微镜有希望对分子世界进行立体观测。磁共振力显微镜（MRFM）是将磁共振成像仪和原子力显微镜相组合的产物，将可对纳米世界进行三维观测。

IBM 阿尔马登研究中心的物理学家，最近采用磁共振力显微镜，探测到单电子的“自旋”。但这一成果仍远未达到立体“快镜拍照”一个原子和分子的梦想。如果达到这一步，则证明磁共振力显微镜能完成原子尺度的成像。通过用磁共振力显微镜帮助药物研究人员，设计出蛋白质的结构，将为开发更安全、有效的药物提供最佳工具。

超高密度数据存储

利用纳米管的物理取向，有可能实现超密度数据存储。它属于下一代超大、低功率存储信息系统，有可能取代从闪存到硬盘的多种信息存储器。

据专家估计，20年内人们可以在笔记本计算机内存储所有已制成的DVD盘内容。目前由Nantero公司研发、又称为“悬浮碳纳米管”存储，是让碳纳米管悬浮在电极上空几纳米处，使碳纳米管与电极之间没有电流通过。这一状态代表数字零。当微弱电压加到碳纳米管上时，碳纳米管下垂，同电极接触，而等于存储数字 1。该公司称，目前他们制出的存储器，每平方厘米能存储1亿位信息。通过进一步改进，每平方厘米硅片可存储1万亿位信息。除了“悬浮碳纳米管”存储方法外，摩托罗拉和IBM公司正研发“磁随机存取存储器”，而惠普公司在研发“分子存贮器”方面处于领先地位。

新型细菌工厂

青蒿素是治疗疟疾的良药，但青蒿素要从香苦蒿中提取。受香苦蒿来源的限制，所提取的青蒿素不能满足全球5亿名疟疾患者的需求。美国加州大学伯克利分校的生物工程师吉斯林，正在研究利用特殊的遗传工程细菌来生产青蒿素。

吉斯林不是向细菌中插入几个外来基因，来改进细菌的行为。而是采用向普通的大肠杆菌插入一组酵母基因。这些基因诱发大肠杆菌制造松稀油的化学先驱物，而松稀油是一种青蒿素属化合物。吉斯林还将香苦蒿的几个基因拼接到大肠杆菌中，使其制造青蒿素酸。吉斯林想通过不断改进最终制造出青蒿素。

利用细菌工厂不仅只用来生产青蒿素，Amyris生物公司希望采用吉斯林制造松稀油的方法，来制造Prostratin，它是一种有应用前景的抗艾滋病毒化合物。科学家还准备用细菌制造“太平洋杉醇”。这是一种在市场上出售的治疗乳腺癌的药物。

抗手机病毒软件

目前世界上已经发现第一种能摧毁手机操作系统的木马病毒，它能通过手机文件共享或互联网QQ传染。

手机病毒已引起广泛关注。因为手机的用途日益广泛，手机正同各种计算机系统相连，手机病毒的传播将极大危害计算机及网络系统的安全。例如手机很快就要作为一种付费的装置。从理论上讲，手机病毒会扰乱公司的账目。

根据一家研究公司估计，用于移动系统安全上的花费，将从2004年的1亿美元，增长至2008年的10亿美元，其中主要是研发抗手机病毒软件。

生物机械电子学

生物机械电子学的主要目标，是将机械同人体神经系统相结合，以产生像真人四肢一样的新一代人工假肢。

传统假肢常常会同使用者分离，特别是膝关节以上的截肢者，常会发生绊倒及走路失态。美国麻省理工学院媒体实验室希尔教授目前正在研发可精确操控的可靠假肢。如今，市场上出售的一些改良型假膝关节已装入微处理器，使假肢能自然弯曲，帮助使用者行走。而希尔研发的假膝关节更为先进，装入的传感器能测量膝关节的弯曲程度及使用者步行时施加给膝关节的力度。希尔也在研究新一代人工假脚踝。而他所从事的研究工作就是生物机械电子学的一部分。

在生物机械电子学领域，研究人员正在建造能同使用者神经系统连为一体的机器人假肢。据希尔预测，今后5至7年内，脊髓受伤的患者将可通过控制新一代人工外骨骼，移动假腿，重新行走。由于美军入侵伊拉克，许多被截肢的士兵返美后，需要安装更好的假肢。美国退伍军人部已投资720万美元，支持希尔等人制造更逼真假肢的研究工作。