2013年，新創(chuàng)造日新月異、新科技層出不窮。在科學(xué)的發(fā)展中，跨界與交叉成為新的主流，解讀生活與以人為本成為新的焦點(diǎn)。在回首過去，迎來2014年之際，我們將本周刊聚焦過的科技前沿梳理回放，讓我們聽到創(chuàng)新的腳步，看到科技的明天。

腦機(jī)接口：人體進(jìn)入2.0時(shí)代

創(chuàng)新指數(shù)：★★★★

可推廣指數(shù)：★★★

美國匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的研究人員在一位頸部以下癱瘓的女患者腦部左邊的運(yùn)動(dòng)皮層上植入兩個(gè)微電極裝置，這部分的運(yùn)動(dòng)皮層對(duì)控制人的四肢運(yùn)動(dòng)起著關(guān)鍵作用。研究人員將這些電極通過電腦與機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，電腦將腦部發(fā)出的電波通過復(fù)雜的算法轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)來控制機(jī)械臂。通過幾周的訓(xùn)練，她可以用自己的想法控制機(jī)械臂像手臂一樣執(zhí)行簡單的任務(wù)。

浙江大學(xué)求是高等研究院副教授陳衛(wèi)東告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，腦機(jī)接口繞開了常規(guī)的神經(jīng)肌肉通道，采集的大腦神經(jīng)信息經(jīng)過計(jì)算機(jī)解碼轉(zhuǎn)化為指令，來控制外部設(shè)備；同樣道理，外部信息也可以經(jīng)腦機(jī)接口直接傳入大腦。

陳衛(wèi)東認(rèn)為，腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)人類機(jī)能增進(jìn)，給人們繪制了一個(gè)誘人的前景，通過科學(xué)家、工程師、企業(yè)家的共同努力，人類一定能提前享受到這一成果。

隱形材料：將虛擬拽進(jìn)現(xiàn)實(shí)

創(chuàng)新指數(shù)：★★★★

可推廣指數(shù)：★★★★

在美國加利福尼亞州長灘舉行的TED2013會(huì)議上，來自新加坡南洋理工大學(xué)的物理學(xué)副教授張柏樂表演了一項(xiàng)好玩的技術(shù)。他將兩片方解石（能彎曲光線的鹽酸鹽礦物）粘貼在一個(gè)盒子上，讓盒子背后一個(gè)卷起的便利貼消失不見，但能看到其后面的背景，形成了奇妙的隱身效果。

要想徹底隱身，就得掌握光線的行進(jìn)方向。其理想的效果是，當(dāng)光線通過需要隱身的物體時(shí)，能夠繞過該物體，不僅需要減少散射，還要將物體背后的所有視覺信息傳遞給看它的人。

北京大學(xué)物理學(xué)院教授張家森在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示，要想讓光線彎曲，就不得不提負(fù)折射率材料。這是一類人工材料，一般采用金屬，讓其內(nèi)部形成一個(gè)小的環(huán)流，產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的磁導(dǎo)率，再結(jié)合負(fù)的介電常數(shù)，就形成了負(fù)折射，這也是隱形材料中最重要的理論基礎(chǔ)之一。

量子密鑰：無法破譯的通信

創(chuàng)新指數(shù)：★★★★★

可推廣指數(shù)：★★★★

2013年，中科院量子科技先導(dǎo)專項(xiàng)協(xié)同創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，在國際上首次成功實(shí)現(xiàn)星地量子密鑰分發(fā)的全方位地面驗(yàn)證，為未來我國通過發(fā)射量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)基于星地量子通信的全球化量子網(wǎng)絡(luò)，對(duì)大尺度量子理論基礎(chǔ)檢驗(yàn)，以及探索如何融合量子理論與愛因斯坦廣義相對(duì)論，奠定了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。

中科院院士潘建偉介紹：“古人在信封上用火漆封口，一旦信件被中途拆開，就會(huì)留下泄密的痕跡。量子密鑰在量子通信中的作用就像火漆一樣，但比火漆更徹底。一旦有人試圖打開信件，量子密鑰會(huì)讓信件自毀，并讓使用者知曉。”

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室教授劉乃樂在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，在不久的將來，量子保密通信將有可能走向大規(guī)模應(yīng)用，成為保障未來信息社會(huì)通信安全的關(guān)鍵技術(shù)。下一步的國際競爭也將更加激烈，人類將致力于將量子保密通信向更遠(yuǎn)距離和更大規(guī)模的廣域網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。

4D打印：自我組裝之夢

創(chuàng)新指數(shù)：★★★★

可推廣指數(shù)：★★★

3D打印，它絕對(duì)是近年來最受矚目的材料科技之一，可如果你認(rèn)為這就是打印的終點(diǎn)，實(shí)在為時(shí)尚早，因?yàn)椋?D打印已經(jīng)悄然出現(xiàn)了。4D打印的創(chuàng)造者是美國麻省理工學(xué)院建筑系的一位教員——斯凱勒·蒂比茨，2013年2月，蒂比茨在加利福尼亞長灘島舉行的TED會(huì)議上公布了團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的4D打印技術(shù)。

眾所周知，3D打印要預(yù)先建模、掃描，然后用相應(yīng)的材料按照之前的計(jì)劃復(fù)制出來。4D打印則是直接將程序輸入材料當(dāng)中，物體被打印出來后，可以自主變形、重塑，而且不需要任何復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備。也就是說，打印不再是創(chuàng)造過程的終結(jié)。蒂比茨自己認(rèn)為，它就像是沒有了電線和發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)器人。

華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長史玉升在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，在3D打印尚且受到技術(shù)和材料等因素的制約，還并未轉(zhuǎn)化為真正的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的當(dāng)前，4D打印概念依然很飄渺。

穿戴設(shè)備：顛覆你的生活

創(chuàng)新指數(shù)：★★★★★

可推廣指數(shù)：★★★★

2013年，以語音交互技術(shù)為亮點(diǎn)的谷歌眼鏡、靠手部肌肉就能控制無人機(jī)飛行的MYO腕帶、能夠追蹤腦電波的電子文身……這些可穿戴設(shè)備，就像一汪汪清泉，正在浸潤渴求新鮮感的消費(fèi)電子市場。

這些設(shè)備可以很方便地穿戴在身上，或是整合進(jìn)用戶的衣服、配件中，從而執(zhí)行用戶的命令。比如：電子文身能像刺青一樣印在身體的多個(gè)部位上，防水不怕拉伸，能將身體變成移動(dòng)身份識(shí)別證。它還可以用來收集健康數(shù)據(jù)，可以測試腦電波、觀測心率和體溫等，就像是手臂上的迷你實(shí)驗(yàn)室。

清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授黃連生在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，對(duì)于可穿戴設(shè)備，不少人都擔(dān)心其存儲(chǔ)空間和電量消耗。但是，這些都不該是其硬性指標(biāo)之一，其重點(diǎn)功能，在于通過智能感應(yīng)設(shè)備，記錄數(shù)據(jù)，或是執(zhí)行命令。

無線充電：引領(lǐng)無尾電器時(shí)代

創(chuàng)新指數(shù)：★★★★

可推廣指數(shù)：★★★★

如果說無線輸電技術(shù)還屬科技前沿，但無線充電技術(shù)已來到我們身邊。手機(jī)、平板電腦、相機(jī)、筆記本……這些移動(dòng)電子產(chǎn)品改變了我們的生活和娛樂方式。然而，這些移動(dòng)電子設(shè)備都離不開電，走到哪兒都要充。伴隨著無線充電技術(shù)走進(jìn)人們的視野，充電的煩惱可能即將一掃而光。

華南理工大學(xué)電力學(xué)院副院長張波告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，目前電磁感應(yīng)、磁諧振等磁場輸電技術(shù)相對(duì)成熟，但受限于周圍環(huán)境影響等因素，傳遞效率和功率均無法滿足人們?nèi)粘Ｐ枰@可能意味著人們還未探索到磁場輸電的“終極理論”。

而重慶大學(xué)電力電子與控制工程研究所所長孫躍對(duì)無線輸電技術(shù)充滿信心：“目前，微小功率的無線輸電技術(shù)實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)取得可喜的進(jìn)步，研以致用，以用促研。可以預(yù)計(jì)，再用10到15年的時(shí)間，無線輸電技術(shù)必將得到大面積推廣應(yīng)用。”

太空集能：太陽能的高端利用

創(chuàng)新指數(shù)：★★★

可推廣指數(shù)：★★★

美國宇航局（NASA）前工程師約翰·曼金斯博士正在研制一種雞尾酒杯形衛(wèi)星，名為“SPS－ALPHA”（隨機(jī)性大型相位陣列太陽能人造衛(wèi)星），旨在探索利用部署在太空中的太陽能電池板向地球傳輸能量的可能性。SPS－ALPHA最早可在2025年發(fā)射升空，一個(gè)太陽能衛(wèi)星陣列便可滿足人類1/3的用電需求。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣學(xué)院副院長朱春波在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，地面上太陽光能量密度比較低，目前我們應(yīng)用的太陽能板效率只有百分之十幾到百分之二十，而光電轉(zhuǎn)換效率又比較低。因此，我們在地面上能夠利用到的太陽能是十分有限的。

在太空，理論上，在地球同步軌道上，99%的時(shí)間可以接受太陽能輻射，每平方米太陽能可以產(chǎn)生1336瓦熱量。

早在1968年，美國科學(xué)家彼得·格拉賽（PeterGlaser）就首先提出了建造空間太陽能電站的構(gòu)想。

朱春波認(rèn)為，空間太陽能電站從長遠(yuǎn)看是可行的，但需要在太空運(yùn)輸組裝、微波傳輸效率、降低對(duì)環(huán)境影響三項(xiàng)技術(shù)上有所突破。

LIFI通訊：“點(diǎn)燈”上網(wǎng)

創(chuàng)新指數(shù)：★★★★★

可推廣指數(shù)：★★★★

2013年10月17日，一種利用屋內(nèi)可見光傳輸網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的國際前沿通訊技術(shù)Lifi在復(fù)旦大學(xué)實(shí)驗(yàn)室成功實(shí)現(xiàn)。研究人員將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接入一盞1W的LED燈珠，燈光下的4臺(tái)電腦即可上網(wǎng)，最高速率可達(dá)3.25G，平均上網(wǎng)速率達(dá)到150M。

復(fù)旦大學(xué)信息學(xué)院教授遲楠在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，Lifi因?yàn)槠湔{(diào)制在可見光譜上，比Wifi的無線電譜大10000倍，因此有著更大的帶寬和更高的速率。而它的可遮擋性避免了屋外“蹭網(wǎng)”行為。

盡管Lifi技術(shù)還沒有徹底產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化，但遲楠認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣泛，體積更小、功耗更低、速率更高、傳輸更遠(yuǎn)是其發(fā)展目標(biāo)。“比如飛機(jī)、高鐵，甚至餐廳的飯桌上，都可以使用Lifi技術(shù)，你只需要一盞臺(tái)燈，就可以在手機(jī)上看高清視頻、點(diǎn)菜或者呼叫服務(wù)。”

人造雞蛋：畜牧業(yè)的挑戰(zhàn)

創(chuàng)新指數(shù)：★★★

可推廣指數(shù)：★★★★

2013年11月，美國加州舊金山漢普頓·克里克公司研發(fā)的一種可以替代雞蛋的人造食材在全美各大超市上架出售。這種被稱為“超越”了雞蛋的“人造雞蛋”一經(jīng)出現(xiàn)，便吸引了不少人的目光。

根據(jù)漢普頓·克里克公司創(chuàng)辦人喬希·泰特里克介紹，這種“人造雞蛋”是用12種植物提取物制作而成的，其中從豆類植物中提取的蛋白質(zhì)是其主要成分。因此，在口感上，與傳統(tǒng)雞蛋并無太大差別。“人造雞蛋”食材的能量轉(zhuǎn)換率為2：1，大大高于畜牧業(yè)的39：1。用它取代傳統(tǒng)雞蛋可以降低成本和售價(jià)。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院副教授李興民告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，目前的“人造食品”主要是用豆類植物蛋白代替動(dòng)物蛋白。豆類植物蛋白也屬于優(yōu)質(zhì)蛋白，可以滿足人體對(duì)氨基酸的需求。

潛射無人機(jī)：深海暗器

創(chuàng)新指數(shù)：★★★

可推廣指數(shù)：★★★★★

2013年12月5日，一架無人機(jī)從美國海軍“洛杉磯”級(jí)核潛艇“普羅維登斯”號(hào)的魚雷發(fā)射管中發(fā)射升空，并將實(shí)時(shí)偵察的視頻畫面?zhèn)骰睾藵撏Ш推渌鲬?zhàn)艦艇。經(jīng)過數(shù)小時(shí)飛行后，該無人機(jī)在位于巴哈馬的美國海軍海上系統(tǒng)司令部大西洋水下測試和評(píng)估中心著陸。

軍事評(píng)論員宋忠平在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)介紹，無人機(jī)不是從潛艇中直接沖出水面發(fā)射的，而是將無人機(jī)放在一個(gè)密閉的發(fā)射艙中，潛艇在水下先將發(fā)射艙彈射出去，發(fā)射艙靠自身浮力升到水面漂浮待機(jī)；當(dāng)潛艇指揮官下達(dá)發(fā)射命令后，無人機(jī)才從發(fā)射艙中升空，并在空中打開折疊的機(jī)翼、啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

美軍潛射無人機(jī)試驗(yàn)成功后，有觀點(diǎn)認(rèn)為這會(huì)給海軍作戰(zhàn)模式帶來根本改變。

未來有可能會(huì)出現(xiàn)搭載數(shù)十架甚至上百架無人機(jī)的大型潛艇，這種潛艇可稱為“水下航母”，不但可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)航母而且作戰(zhàn)更隱蔽，打擊更突然。