神奇黑科技 魔法創(chuàng)未

第一百六十七回

有請鄒瑜先生接著講

“黑科技”，即遠超當下技術(shù)水平，仿佛如魔法一般的科技。

喜歡看電影的朋友都知道，歐美間諜大片簡直就是各種黑科技產(chǎn)品的推廣平臺，從最早的微型照相機、袖珍手槍，到后來的人皮面具、無人駕駛汽車，無一不讓人為之震撼。電影《碟中諜5》中，阿湯哥配備的書本式筆記本、3D人臉快速打印、智能控氧潛水服，全都是牛氣炫酷可炸天！難怪有小伙伴說：我最愛電影里的高科技裝備。

電影雖然是假的，但里面很多科技產(chǎn)品都已成為現(xiàn)實。其實，生活中很多科學(xué)家研究的“黑科技”，其高明程度遠超虛擬電影。這些科技有的已經(jīng)成真，還有正在努力實現(xiàn)的路上，它們將深遠地改變我們的現(xiàn)在和未來。

今天，就讓我們來聊一聊這些逆天的“黑科技”吧。

百變圣斗士 機械外骨骼

在80后的記憶中，有一部難以磨滅的日本動畫片《圣斗士星矢》。各位圣斗士原本是普通人，每逢遇到危難，他們穿上“圣衣”便能迅速提高戰(zhàn)斗力，除暴安良維護和平。相信很多小朋友都曾幻想過，啥時候自己也能來一套“圣衣”呀……

現(xiàn)實中已經(jīng)有了類似的裝備——機械外骨骼。它技術(shù)上屬于機器人的范疇，通過機械系統(tǒng)為人助力，外形酷似節(jié)肢動物比如螃蟹的外殼。整個裝備由機械結(jié)構(gòu)、傳感部分、動力與傳動部分、能源和控制部分組成，尺寸也有大有小。

說起機械外骨骼，日本繞不過去。日本的機器人行業(yè)非常發(fā)達，其筑波大學(xué)和賽百達因科技公司共同開發(fā)了一個名為HAL系列的外骨骼，幫助殘疾人士行動。

據(jù)說早在1989年，筑波大學(xué)教授Yoshiyuki Sankai 就設(shè)計出了原型機。但當時機器很笨重，光電池就重達22公斤，需要2名助手幫忙才能穿戴。經(jīng)過一系列的研究改進，HAL系列外骨骼有了質(zhì)的改善。最新型號的HAL-5，總重10公斤，使用起來很方便。這個產(chǎn)品通過傳感器采集信號，控制外骨骼做出與人體相同的動作，從而幫助殘疾人士行動。

除了民用領(lǐng)域，機械外骨骼在軍事上使用也很廣泛，一般偏軍事的裝置也被叫做動力裝甲。美國加州大學(xué)伯克利分校的人體工程與機器人實驗室，是其中的佼佼者。從2000年開始實驗室就致力于該研究，到2014年11月第一臺BLEEX樣機面世。

試穿者身背BLEEX重物，卻感覺只有幾磅重，能靈活地走、跑、蹲、跨。軍事行動大多在野外進行，BLEEX當燃油耗盡時，腿部的外骨骼可以輕易拆下，余下部分能像普通背包一樣繼續(xù)使用。

各位看官，咱們中國在機械外骨骼領(lǐng)域也占有一席之地。中科院常州先進制造技術(shù)研究所，有一款名為EXOP-1的設(shè)備正處于研發(fā)階段。它只有下半身，雙腿主要關(guān)節(jié)靠電機驅(qū)動，基于力的反饋來預(yù)判人的動作趨勢。

目前機械外骨骼的研究還有一些難題。機械設(shè)備要靠動力驅(qū)動，為了獲得足夠大的力量，動力元件的尺寸和自重也隨之變大，工作時還會有各種噪音。只有打破這些產(chǎn)業(yè)瓶頸，機械外骨骼才會有更大規(guī)模的應(yīng)用前景。

相信到那時，80后變身“圣斗士”的兒時夢想也就實現(xiàn)了！

植入假記憶 探索腦神經(jīng)

上天可九天攬月，下海可捉萬年鱉，龐大的地球被互聯(lián)為“地球村”，人類都能跟機器人“談情說愛”。各位，若與古代相比，當今的科技用翻天覆地來形容也不為過。

然而，即便科技如此發(fā)達，大腦對我們來說卻還像暗箱一般神秘。阿爾茨海默病、帕金森病的發(fā)病機理至今眾說紛紜，精神分裂、自閉癥、毒品成癮也沒有明確結(jié)論。正因為如此，對腦科學(xué)的探索意義非凡。

2002年，微軟創(chuàng)始人之一保羅·艾倫斥資一億美元啟動“艾倫腦圖譜工程”，意在用基因組學(xué)、神經(jīng)解剖學(xué)建立小鼠和人腦中基因表達的三維圖譜。這錢沒白花，到2006年時首個小鼠大腦基因表達圖就出來了。后來，研究團隊還研究出小鼠大腦連接圖譜，這也是第一個哺乳動物全腦神經(jīng)元連接圖譜，為人類了解大腦的不同區(qū)域如何溝通與交流提供了幫助。

意識到腦科學(xué)的重要，2013年美國總統(tǒng)奧巴馬宣布啟動“人類腦計劃”，號稱可以媲美當年的阿波羅計劃。眾多科學(xué)家和研究團隊都投入到這一科學(xué)項目中，試圖揭開大腦之謎。這其中，細胞標記、基因重組、超分辨顯微、激光掃描顯微等各種超一流的科技，都被應(yīng)用進去。

特別值得一提的是光遺傳學(xué)——被譽為100多年來神經(jīng)科學(xué)界最偉大的發(fā)明。簡單說，大腦中有一類控制運動、情緒的多巴胺能神經(jīng)元，光遺傳學(xué)就是利用光來控制這些神經(jīng)元的電活動，從而控制動物體的行為。

在劉慈欣的科幻小說《三體》中，地球遭遇外星人侵襲，面壁人擔(dān)負著拯救星球的重任。第三任面壁人提出了“思想鋼印”計劃，試圖在太空軍人大腦里灌輸顛倒黑白的意識。

劉慈欣的想象與科學(xué)家的努力不期而遇。2013年，麻省理工學(xué)院的利根川進實驗室，利用光遺傳學(xué)手段，成功修改了小鼠的恐懼記憶。實驗中，小鼠在甲處遭遇電擊。實驗者標記這個恐懼記憶回路，利用接在小鼠頭頂?shù)墓饫w，給小鼠輸入了虛假的記憶乙。結(jié)果，小鼠到了乙處嚇得瑟瑟發(fā)抖。太神奇了！

光遺傳學(xué)目前被應(yīng)用在神經(jīng)環(huán)路、學(xué)習(xí)記憶、運動障礙、帕金森病、抑郁癥和焦慮癥等各種領(lǐng)域。所有科學(xué)界人士都認為，這門科技獲得諾貝爾獎只是早晚的問題。

細胞逆生長 基因能編輯

如果要在當下的中國評出一項爭議最大的科技，那非轉(zhuǎn)基因技術(shù)莫屬。

其實，每種生物都有自己的一套基因組。它們就像一段很長的代碼，里面包含著生物生長發(fā)育的所有信息。遺傳學(xué)家通過刪除或修改一段代碼，觀察生物的變化，以此推測代碼的功能。這就是基因編輯，轉(zhuǎn)基因也是其中的一種。

當中國還在爭論不休時，歐美的基因編輯技術(shù)正突飛猛進。2010年到2012年，美國加州大學(xué)伯克利分校和瑞典于默奧大學(xué)合作，發(fā)現(xiàn)了細菌CRISPR（成簇規(guī)律間隔短回文重復(fù)序列）系統(tǒng)中的CAS9蛋白。利用這個蛋白，可以精準地在人類基因組的靶向位實現(xiàn)“基因敲除”。人類基因編輯的新時代從此開啟。

基因編輯的對象是細胞，估計很多姑娘對脂肪細胞“恨之入骨”。不過，在科學(xué)家眼里脂肪細胞可是個寶。

人體里有一類干細胞，具有自我的復(fù)制能力。在一定條件下，可以分化成多種功能細胞，具有再生各種組織器官和人體的潛在功能，被稱為萬用細胞。2001年，美國加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的科學(xué)家，居然從脂肪中獲得了大量干細胞。

原來，科學(xué)家覺得脂肪細胞被扔掉很可惜，他們用“去分化”的手段變廢為寶?！胺只?，就是干細胞變成特定細胞的過程，“去分化”是一個逆過程。打比方說，小蝌蚪發(fā)育長成青蛙是“分化”，“去分化”則是青蛙變回了小蝌蚪。

在生物界，斷節(jié)的蚯蚓變成兩條獨立的個體、斷尾的壁虎長出新尾巴，都是“去分化”機制在起作用?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，脂肪細胞就有這種能力。通過培養(yǎng)誘導(dǎo)，脂肪細胞重新逆生長為干細胞，轟動了整個科學(xué)界。

當然，雖然人類目前在細胞研究方面成績斐然，但這其中的未解謎題還有很多。而且，因為可以對生命過程進行干預(yù)和控制，社會輿論對此也頗多爭議。比如未來會不會出現(xiàn)克隆人？基因檢測有缺陷會不會引起社會歧視？細胞逆生長會不會造成人長生不老？

這就像一個毫無準備的人，突然有了超能力，反而不知該如何生活了?？茖W(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，給人類社會的倫理和法律體系提出了新的挑戰(zhàn)。

微塵智能化 一切可感知

2014年馬航MH370航班失聯(lián)，曾在很長一段時間牽動世人的心。300多名乘客中有近一半是中國人，這讓很多國人久久不能釋懷。

各位看官，咱們都知道現(xiàn)代飛機上有黑匣子，里面存儲著飛行時的各種數(shù)據(jù)，供飛行實驗、事故分析之用。可是黑匣子電量有限，飛機失事后如果不能盡快找到它，失事原因就會成為永久的謎團。馬航MH370的黑匣子一直沒找到，至今無人知道失事原因。

2008年5月12日，四川汶川發(fā)生大地震，數(shù)萬人因而喪生。在之后的搜救過程中，如果能盡快定位廢墟中的傷者，也許會挽回許多生命。然而，沒有明確的定位信息，很多傷員不能在第一時間被發(fā)現(xiàn)，坐失黃金救援時機。

有沒有一種設(shè)備，能把散布于各地的數(shù)據(jù)信息都搜集起來呢？智能微塵（Smart Dust）計劃就是為此而生的。1992年，美國國防部高級研究計劃局提出，研發(fā)一系列具備通訊模塊的微型傳感器，組成一個分布于環(huán)境中的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)可以收集溫度、氣壓等環(huán)境數(shù)據(jù)，然后發(fā)回終端的計算機分析和處理。

想象一下，整個地球就像一個巨大的顯示屏，每個微塵是一個像素點。在中央計算器的監(jiān)控下，每一個坐標物的位置、溫度、濕度、速度都被盡收眼底，被實時監(jiān)控、追蹤和分析。智能微塵計劃如果實現(xiàn)，那天氣預(yù)報、地質(zhì)勘探、地震預(yù)報等，都將手到擒來。現(xiàn)在困難重重的災(zāi)難救援，只需計算機進行定位就能精準到人，那是何等的簡單！

可是，看過美劇《疑犯追蹤》的朋友知道，里面利用互聯(lián)網(wǎng)和攝像鏡頭監(jiān)控所有人的生活，令人恐怖不安。智能微塵比攝像鏡頭厲害不止千倍萬倍：微塵充斥在生活的每個角落，一旦用以監(jiān)控人類，那世界哪還有隱私可言？

想實現(xiàn)微塵的智能化，單個微塵必須具備傳感器、通信、電源、微處理器等模塊。這些加在一起，必須在幾十微米以內(nèi)。美國加州大學(xué)伯克利分校曾進行過設(shè)計，基于技術(shù)的限制微塵體積有5立方毫米，遠遠超過了設(shè)想。另外，生產(chǎn)成本、穩(wěn)定性、抗干擾性等各種苛刻條件，也限制了研發(fā)。

因此，智能微塵計劃提出已20多年，還滯留在理論階段。也許很多人會像我一樣，感到有幾分慶幸吧。

這正是：

門前流水尚能西，人生百歲早不稀。

科學(xué)研究黑科技，改變世界不足奇。

且看下回分解