從碳呼吸電池到超級分子，一個創(chuàng)意從引人發(fā)笑到變成大勢所趨，往往用不了多長時間，但偉大的創(chuàng)意卻往往令人印象深刻。2016年又有哪些讓人見之不忘的“黑科技”呢？

“改變世界”這個詞已經(jīng)被用濫了，但對晶體管、萬維網(wǎng)和手機(jī)這類發(fā)明，要形容其撼動世界歷史的影響力，還有別的合適詞語嗎？的確有一些創(chuàng)新改變了歷史的方向。

本文介紹的碳呼吸電池、手術(shù)機(jī)器人、量子衛(wèi)星和另外7種創(chuàng)新能否產(chǎn)生相似的效果呢？現(xiàn)在下結(jié)論還為時尚早。大多數(shù)創(chuàng)新方案最終都失敗了，最偉大的創(chuàng)意往往也伴隨著最高的風(fēng)險。但一個創(chuàng)意從引人發(fā)笑到變成大勢所趨，往往用不了多長時間。

1．碳呼吸電池

電化學(xué)電池能夠吸收大氣中的碳，將其轉(zhuǎn)化為電能。

單單削減溫室氣體排量已經(jīng)不足以阻止全球變暖?，F(xiàn)在，我們必須將大氣中已經(jīng)存在的二氧化碳清除一部分。好消息是，做這件事的方法有很多；壞消息是，這些方法基本上都需要消耗大量能源。

理想的碳封存技術(shù)可以產(chǎn)生電能，而不是消耗能量。在2016年7月發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》上的一篇論文中，美國康奈爾大學(xué)的研究人員瓦迪·阿爾·薩達(dá)特和林登·阿徹描述了一種能捕捉二氧化碳的電化學(xué)電池的設(shè)計方案。

電池的陰極材料采用的是鋁，這種金屬成本低、儲量大、易于加工。陽極由多孔碳構(gòu)成，研究人員向其中注入氧氣和二氧化碳的混合物。鋁、氧氣和二氧化碳在電池內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生電能并生成草酸鋁。薩達(dá)特和阿徹表示，在一個1．4伏電池的生命周期中，電池所吸收的碳是制造電池時所釋放的碳的2．5倍。

阿徹表示，要想把這個設(shè)計轉(zhuǎn)化為實用的技術(shù)，他和同事還有很長的路要走。首先，他們需要證明該技術(shù)的成本效益足夠高，并且規(guī)模可以擴(kuò)展。阿徹預(yù)計，如果他們能成功實現(xiàn)這樣的轉(zhuǎn)化，將來這種電池會配備在發(fā)電站和汽車排氣管上。

2．全新的抗生素

設(shè)計新型化合物的方法可用來對抗耐藥菌。

很難想象一個沒有抗生素的世界是什么樣的，不過因為大規(guī)模濫用抗生素，我們正走近這樣的世界。美國國家疾病預(yù)防與控制中心表示，僅在美國，每年就有超過23000人因感染抗生素?zé)o法對付的病菌而死亡。英國政府資助的一項研究估計，到2050年，全世界每年會有1000萬人死于耐藥菌?？茖W(xué)家正苦苦尋找能殺死超級病菌的新藥，例如大環(huán)內(nèi)酯類抗生素。

邁爾斯和他的團(tuán)隊找到了合成大環(huán)內(nèi)酯的方法。為了合成這種化合物，研究人員把大環(huán)內(nèi)酯的結(jié)構(gòu)分解成8個基本模塊，然后以新的形式把它們組合起來，利用不同的組合方式調(diào)節(jié)其化學(xué)性質(zhì)。邁爾斯團(tuán)隊在2016年5月發(fā)表于《自然》雜志（Nature）的論文中表示，他們已經(jīng)合成了超過300種新型化合物。研究人員使用了14種致病細(xì)菌進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)化合物可以抑制細(xì)菌，而且有很多可以殺死耐藥菌株。

3．量子衛(wèi)星

量子密鑰的天基傳輸可能會讓“不可攻破”的互聯(lián)網(wǎng)變?yōu)楝F(xiàn)實。

要建立絕對安全的加密方法，并不需要比鉛筆和紙更高級的技術(shù)：只要選擇一串隨機(jī)的字符和數(shù)字，用作加密信息的密鑰。把這個密鑰寫在紙上，用一次之后把紙燒掉就行。關(guān)鍵是要確保沒有人能攔截或篡改密鑰。而在互聯(lián)網(wǎng)上，竊取或篡改密鑰的事情一直沒斷過。量子密鑰分發(fā)可以解決這個問題，該方法會從糾纏光子中生成一個一次性密鑰。量子密鑰分發(fā)的問題是，沒人知道如何長距離傳輸糾纏光子。然而今年8月，中國科學(xué)院成功將世界第一顆量子衛(wèi)星送入軌道，為解決這個問題邁進(jìn)了一大步。

中國科學(xué)院的項目名為量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，是與奧地利科學(xué)院合作的項目。該項目利用衛(wèi)星向中國境內(nèi)相距1200千米的兩個觀測站傳輸量子密鑰，這一距離是目前最遠(yuǎn)傳輸紀(jì)錄的8倍。如果中國研究人員創(chuàng)造了量子密鑰傳輸距離的新紀(jì)錄，那么未來的衛(wèi)星就能提供一個軌道平臺，建立起不可攻破的“量子互聯(lián)網(wǎng)”，物理定律可以確保加密數(shù)據(jù)包的絕對安全。

4．替代外科手術(shù)的微型機(jī)器人

遠(yuǎn)程控制的微型機(jī)器人可以在體內(nèi)完成治療。

醫(yī)學(xué)干預(yù)手段越先進(jìn)，侵入性就越低?，F(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)明了一種機(jī)器人，可以在胃里完成簡單的手術(shù)，且完全不需要切口或連接外部的纜線——病人只需把機(jī)器人吞下去就行。

這種微型機(jī)器人包裹在用冰做成的口服含片里，被人服下后會進(jìn)到胃里。冰膠囊融化后，機(jī)器人會像折紙一樣打開。展開后的機(jī)器人看起來像一張有皺褶的紙，材料上的皺褶、縫隙和補(bǔ)丁的位置都是精心設(shè)計好的，它們遇熱或受磁場作用時會膨脹或收縮，進(jìn)而借此移動。這種移動方式類似關(guān)節(jié)和肌肉的運動方式。外科醫(yī)生通過外部電磁場影響機(jī)器人上的磁鐵，就可控制機(jī)器人的運動。

機(jī)器人的主體由生物相容性材料制成——部分材料來自豬的小腸，也是香腸腸衣的材料。這些材料可以向體內(nèi)傷口給藥或是像創(chuàng)可貼那樣固定在傷口上。機(jī)器人還能用自帶的磁鐵“捕捉”并移除異物，比如誤吞的紐扣電池。