科学美国人》评出2016年十大创新技术

　　本月初，《科学美国人》评出了2016年十大创新技术，我国的量子科学实验卫星上榜。

　　哈佛大学化学生物学教授安德鲁·迈尔斯和他的团队，找到了从头合成大环内酯的方法。

　　大环内酯是抗生素的一大门类，可以治疗一般的细菌感染，包括肺炎、链球菌性咽炎、耳部和皮肤感染，以及性疾病。研究人员尝试通过修改已有抗生素的化学性质，让它们更有效地对付耐药菌株，但多年来一直未取得什么进展。

　　迈尔斯和他的团队在2016年5月发表于《自然》的论文中表示，他们已经合成了超过300种新型化合物。研究人员使用了14种致病细菌进行实验，发现大多数化合物可以细菌，而且有很多可以耐药菌株。

　　今年8月，中国科学院成功地将世界第一颗量子卫星送入轨道，为建立安全的通讯加密法迈进了一大步。

　　中国科学院的这一项目名为量子科学实验卫星(QUESS)，是与奥地利科学院合作的。该项目利用卫星向中国境内相距1200千米的两个观测站传输量子密钥，这一距离是目前最远传输纪录的8倍。如果中国研究人员创造了量子密钥传输距离的新纪录，那么未来的卫星就能提供一个轨道平台，建立起不可攻破的“量子互联网”。

　　斯坦福大学材料科学与工程学教授崔屹和他的团队发现，一种用于制造锂离子电池的纳米多孔聚乙烯材料(nanoPE)，可以让这些辐射散发出去。与棉质衣服相比，nanoPE可以让模拟的人体皮肤多降温2摄氏度。崔屹团队于2016年9月在《科学》告了这一发现。崔屹表示：“如果你穿上nanoPE的衣服，只要外部温度比你的体温稍低，你就会感到凉快。”崔屹相信，如果这种材料能够通过这些测试，就可以用于制作和服，供工厂和医院的工作人员使用。

　　麻省理工学院的研究人员发明了一个原型机器人，可以在胃里完成简单的手术，而且完全不需要切口或连接外部的缆线———病人只需把机器人口服下去就行了。

　　尽管这款机器人还没在活体动物或人体内进行测试，但负责这一项目的机器人工程师丹妮拉·鲁斯认为，这样的目标是可以实现的：“性能更强的机器人”也许有一天可以通过自带的传感器诊断体内出血点；而无需外科手术就能移除体内异物，也将是一个巨大的进步。

　　2015年，联合国定下一个目标，希望在2030年前界范围内消除极端贫困。这个目标很大胆，但第一步就是要找到最穷的人都在哪里。

　　美国斯坦福大学地球科学系统助理教授马绍尔·博克和他的团队认为，可以用机器学习的方法来改进人造卫星成像研究。研究人员利用非洲5国的日间和夜间卫星图像来训练图片分析软件。在综合了日间和夜间的图片数据后，计算机“学会”把日间图片的特征(道、城市区域和农业用地)与不同水平的夜间亮度关联起来。

　　当训练结束后，博克的软件可以仅仅根据白天的卫星图片发现贫困区域的。接下来，博克和他的团队希望可以用他们的新技术，绘制一张全非洲的贫困状况地图。

　　虽然化学家早在几十年前就知道如何构建超级原子，但一直找不到一种可靠的方法将它们连接成更大型的结构。

　　现在，哥伦比亚大学化学系教授柯林·纳科尔斯的研究团队发现了一种方法，可以用超级原子来制造“设计”。这些合成结构能够模拟天然的特性，同时材料科学家可以对这些特性进行“微调”，以达到某些特殊的目标。

　　到目前为止，该团队已经制造出了由两个或三个钴-硒超级原子组成的。研究人员认为，利用超级原子的构建原理，还可以合成更为特殊的材料，这类材料有潜力应用在柔性传感器、智能衣服和高能效电池等领域。

　　众所周知，病毒很擅长人造药物的，但它们面对罕见基因突变ISG15时却很无力。带有这个突变的人能更好地抵御大多数可以感染人类的病毒———但每1000万人里只有不到1人携带这一突变。美国西奈山伊坎医学院的杜赞·博古诺维奇和他的研究团队以6个携带这种基因突变的人为研究对象，并在今年5月的《自然-通讯》上发表了研究结果。他们发现，ISG15突变使得细胞失去了一个调节炎症的功能，而炎症可以帮助人体抵抗病毒。

　　博古诺维奇希望找到一种能模拟这一突变的药物。目前，他和他的团队正从1600万种化合物中筛选有前景的抗病毒药物。

　　借助“贝叶斯规划学习”这个机器学习框架，计算机已经离这一飞跃不远了。纽约大学、麻省理工学院和大学的研究者组成的团队，只需学习一个例子，使用了贝叶斯规划学习方法的计算机就能比人更好地识别和复写陌生的手写字符。

　　贝叶斯规划学习和深度学习有着本质上的差别。深度学习粗略地模拟了人脑基本的模式识别能力。这种机器学习方法用途广泛且高效，能用来分解和重构未知字母的过程，可以帮助人工智能应用推断复杂现象(例如河中的水流)的模式，并根据这些模式，在完全不同的系统中解决问题。人类经常使用这种抽象的“横向思考”能力，而贝叶斯规划学习可以让计算机也拥有相似的能力。

　　对埃博拉、肺结核等疾病的廉价快速的筛查方法，可以偏远贫穷地区病人的生命。

　　比尔及梅琳达·盖茨基金会资助的一家公司正在研究超疟疾测试和结核诊断尿检工具。大学的生物工程教授保罗·耶格尔也在研发一套检测血液中埃博拉病毒蛋白的工具。这些测试只需几美元，使用前也都不需要特殊训练。

　　耶格尔和哈佛大学的化学教授乔治·怀特赛兹等研究者正各自研究核酸试纸。耶格尔正在申请研究经费，用来研发快速廉价的寨卡、登革热和黄热病检测技术。

　　今年7月，康奈尔大学的两位研究人员在《科学进展》上发表了论文，描绘了一种能捕获二氧化碳的电化学电池设计。该设计中，电池的正极由金属铝制成，这种材料非常便宜、丰富而又易于处理。阴极由多孔碳构成，研究人员往里注入氧气和二氧化碳的混合物。铝、氧气和二氧化碳在电池内部反应，产生电能和草酸铝。

　　通过碳排放计算可以得出，电池每消耗1公斤铝可以吸收3.25公斤的二氧化碳。