2020年十大黑科技:新冠疫苗当仁不让,脑机接口引领风潮

36氪的朋友们·2020-12-19 10:30
2020年的科技界到底哪些黑科技会占据C位?

编者按:本文来自“腾讯科技”,36氪经授权发布。

2020年还剩下最后的十多天时间,AI、芯片、云计算、区块链、工业互联网、量子计算等科技变革都给我们带来了颠覆性的体验。那么2020年的科技界到底哪些黑科技会占据C位?科技又将如何改变世界?腾讯科技梳理了2020年的十大黑科技,让我们一起来回顾下这特殊一年的进化。

新冠疫苗

新冠疫苗研发渐入终局,12月11日,继英国之后,美国FDA宣布批准紧急授权美国辉瑞公司和德国的BioNTech公司联合开发的新冠病毒疫苗用于16岁以上的人群接种,黑暗隧道中挣扎的世人终于看到了一丝亮光。

从疫苗开发到批准临床使用,只花了不到一年的时间,这打破了所有历史记录。此前有不少行内专家都不认为一年之内批准新冠肺炎病毒疫苗存在可能性。要知道,以前的疫苗从开发到批准都花了数年时间,甚至数十年。

疫苗有很多种。用病毒本身做的疫苗有减活疫苗和灭活疫苗。还有用病毒自身的片段,和部分蛋白成分合成的疫苗。近些年有一些用病毒的DNA序列合成的腺病毒载体疫苗。

而新冠疫苗的一切流程都被缩短到了一年之内,从认识到前人未知的新的病毒,分离测序,设计,合成,前期试验,临床三期试验,提请申请,到批准临床使用,不到12个月,这是前所未有的突破。这一切都得益于生物学技术在这个世纪的突飞猛进。

疫苗研发的成功,仅仅是阻止这一场全球性灾难进一步蔓延迈出的第一步。但却是2020年最伟大的研发黑科技之一。

人造太阳

12月4日14时02分,新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置(HL-2M)在成都建成并实现首次放电,“东方超环”是中国自主设计研制的磁约束核聚变实验装置,也被称为“人造太阳”,因为它的目标就是像太阳一样发生核聚变为人类提供能源。与2018年首次实现1亿度温度相比,这次的创举实际上是将1亿度维持了近10秒,是东方超环取得的重大突破。如果能较长时间维持1亿度的高温,那人类距离解决核聚变商业化应用真的就不远了。

从上世纪50年代开始,我国就一直致力于打造“人造太阳”。经过多年的发展,我国已经建成中国环流器—号、二号装置、“东方超环”等一批大科学装置,掌握了“人造太阳”的部分关键技术、积累了大量研究成果。“和前代相比,该装置采用更先进的结构与控制方式,等离子体体积达到国内现有装置2倍以上,等离子体电流能力提高到2.5兆安培以上,等离子体离子温度可达到1.5亿度,相当于太阳芯部温度的近十倍,能实现高密度、高比压、高自举电流运行。太阳能带来光与热,是因为它内部时刻都在进行热核聚变反应,如果人类可以掌控这种反应,就意味着世世代代将拥有无限的、清洁的能源。

北斗

11月23日,在第十一届中国卫星导航年会上,22nm工艺的北斗高精度芯片GNSS芯片发布。北斗导航系统是中国自行研制的全球卫星定位导航系统,同时也是继美国GPS系统,俄罗斯格洛纳斯系统,以及欧盟的伽利略系统之后第4个发展成熟的全球卫星定位系统,成为联合国认定的全球定位供应商。该芯片在服务大众应用的同时,还将满足智能驾驶、无人机等应用需求。

2020年7月,我国利用长征火箭将北斗导航系统组网完成,北斗三号全球卫星导航系统宣布全面建成。而就在投入使用很短的一段时间内,北斗所显现出来的定位水平和性能便超过了其它几款导航定位系统,实力力压GPS。这款芯片名为和芯星云NebulasⅣ,是最新一代全系统全频厘米级高精度导航芯片。该芯片在工艺达到22nm的同时,首次在单颗芯片上实现了基带+射频+高精度算法一体化,在性能、尺寸、功耗等方面都较上一代芯片取得突破性进展,支持全球所有卫星导航系统和频点。

2020年苹果发布的iPhone 12 系列也已内置 GPS、GLONASS、Galileo、QZSS 及北斗卫星五种导航卫星支持。

脑机接口

科幻大片中,几根电极插入脑中就能让人类进入计算机世界,只需要一个意念就能改变现实;知识不需要死记硬背,靠芯片植入大脑就能获得无穷技能......这些电影大片描绘的科幻场景,现在看来,已经是基于“脑机接口”的合理设想。

说到脑机接口,你可能会想到几个月前,埃隆 · 马斯克(Elon Musk)在发布会上用小猪进行演示的脑机接口技术——这可能是大多数人对脑机接口最深刻的印象。

而2020年初,浙江大学就完成了国内首例植入式脑机接口临床转化研究,患者可以利用大脑皮层信号精准控制外部机械臂与机械手,实现三维空间的运动,因此属于侵入式的范畴。

72岁的实验患者此前因车祸造成四肢完全瘫痪,而现在借助脑机接口的设备,可以利用“意念”完成吃、喝等动作。患者对准一个放着油条的杯子,用“意念”让机械手张开手指、握住杯子,再取回杯子。虽然挪动的过程并不顺畅,时而偏左或偏右,患者必须“使劲”想着“往左”或者“往右”来调整机械臂的方向。但对于高位截瘫的患者,能够利用脑机接口技术实现部分独立性也是难能可贵。

脑机接口最初设想是应用于军事领域:士兵通过大脑直接控制武器,甚至远程操纵战斗机和无人机作战。这将大大提高军队的战斗力。但如今脑机接口在民用范围的研究更加广泛。医疗领域自不必说,在日常生活娱乐中,也可以取代传统鼠标键盘和其他手控操作完成玩电脑、打游戏、看电视等操作,大大增加生活的趣味性。

卫星互联网

星链是SpaceX已坚持了5年的项目,该公司已经将800多颗卫星送入太空,未来还要将数万颗小卫星送入低地轨道,以实现全球互联网接入。

2020年10月28日,SpaceX正式宣布邀请部分早期用户参加其星链(Starlink)互联网服务的公开测试版测试,以邀请华盛顿州、威斯康星州和爱达荷州等地申请者加入测试。邮件中写道:“预计在接下来的几个月里,我们将看到数据传输速度达到50Mbps到150Mbps,延迟降至20到40毫秒。”这种速度可以在30分钟到1个小时内下载一部完整长度的电影。

SpaceX表示随着该公司发射更多卫星并安装更多地面站以接收卫星信号,延迟和数据传输速度将会大幅改善。该公司还指出,它将继续更新其网络软件,预计到2021年,延迟将减少到16到19毫秒之间。SpaceX在其星链移动应用程序的描述中表示:“根据测试计划,2020年的初始服务将针对美国和加拿大。到2021年,将迅速扩大到几乎覆盖全球人口的水平。”

飞行汽车

2020年10月28日,飞行汽车Liberty已获得批准可以在欧洲道路上行驶,这是全球第一台获批上路的飞行汽车。这款飞行汽车由荷兰制造商PAL-V打造。从对外展示的图片来看,这款飞行汽车采用了三轮结构,很好地兼顾了路面行驶以及起飞降落时的稳定性。这款飞行汽车使用螺旋桨起降,在平时地面行驶时,螺旋杆和桨叶都可折叠在车顶上方,减小占地空间。而需要在空中飞行时,则可以伸展桅杆,类似于一辆小型直升机一样起降。据称,该飞行汽车可保持在空中续航4.3个小时。

不过,这款汽车如果想上天飞行,还需获得欧洲航空安全局的航空认证,据称有望在2022年完成审批,畅想了多年的汽车黑科技终于要成为现实。

超级高铁

疫情期间,超级高铁成了热议话题。它运送的乘客少,速度又可与飞机相当,甚至更快,解除了人们对于人口高密度聚集的恐慌。虽然每列超级高铁一次仅搭载30到40个乘客,但因为快速,所以单位时间内往返频次多,实际载客人数是差不多的。

Virgin Hyperloop是目前超级高铁领域资金最雄厚的一家公司,也是唯一一家成功完成全尺寸样车测试的公司。按照Virgin Hyperloop官网的数据,他们已经完成了400次测试,最高速度为387公里/小时,并于11月首次对其超高速运输系统进行了载人测试。

对于Virgin Hyperloop来说,这是一项重要的成就。该公司成立于2014年,目的是实现特斯拉和SpaceX CEO埃隆·马斯克关于未来交通系统的愿景,即在几乎没有空气的管道中以760mph(1223km/h)的速度“飞行”。

基因编辑技术

2020年的诺贝尔化学奖授予了两位发明 CRISPR 基因编辑技术的女科学家。她们共同发现了 CRISPR/Cas9 系统中,crRNA的定位能力、以及Cas9蛋白的切割作用;并在应用过程中,将crRNA和tracrRNA融合形成单链向导RNA(sgRNA),能够简单、准确地识别和编辑目标基因序列,显著增加了基因编辑的应用前景。

CRISPR-Cas9基因剪刀技术给农作物育种带来了革命性的变化,用来生产能更好地抵御不同疾病的农作物。它的主要突破是生产出了抗病性和环境适应性强的水果作物,以及改善了水果品质。另一点,CRISPR技术在治疗不同种类的癌症方面有非常惊人的潜力。

据英国《新科学家》杂志网站报道,在利用CRISPR技术对患者的骨髓干细胞进行基因编辑后,两名β地中海贫血患者和一名镰状细胞疾病患者不再需要输血。这是借助CRISPR基因编辑技术治疗遗传疾病的首份试验结果。

量子计算机:九章

12月4日,中国科学技术大学宣布,该校潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作,构建了76个光子的量子计算原型机“九章”。

经典计算机中只能处于0或者1两种状态之一,而量子计算机能同时处于0和1两种状态。由此衍生的量子算法可能大大超过当前超级计算机。2019年,谷歌公司推出53个超导量子比特的计算机“悬铃木”,对一个数学算法的计算效率远超当时世界最快的超级计算机,率先实现了“量子优越性”。而“九章”则实现了“高斯玻色取样”任务的快速求解。处理5000万个样本的高斯玻色取样问题,“九章”只需200秒,而目前世界上最快的超算则需要6亿年;处理100亿个样本,“九章”需10个小时,超级计算机则需要1200亿年。

这是中国首次实现“量子计算优越性”,这一突破也使中国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。

折叠屏手机

2020年是折叠屏手机面向市场,走向大众的一年。利用可折叠的OLED柔性屏幕,让手机就像“变形金刚”,屏幕合起来仍是传统手机的大小,方便携带,打开则变成了一个平板电脑,更兼具娱乐和办公的功能,迎合了当下消费者追求便携和功能多样统一的需求。

随着三星、华为、苹果等手机业巨头的入局,折叠屏必然会在未来几年成为手机行业的趋势之一,这其中也许还会有更多令人惊叹的新创意,但既不会是主流,也不足以代表智能手机的未来。

但折叠屏手机不代表手机行业的未来,并不意味着折叠屏是鸡肋的技术,折叠屏幕的舞台不会局限在手机上,所有需要兼顾大屏和便携的场景,才是折叠屏真正的星辰大海。当下的继续探索,是因为没有其他更好的探索方向,折叠屏这项黑科技还尚未进化为完全体,仍有潜力可待挖掘。

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