三項大突破,未來格局可期

文章作者:lili | 2017-01-03
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2016年已經過去,但怎么說呢,它不是平凡的一年。今天我們給大家三項前沿科技。雖然這些科技在以前我們的文章中都有介紹,但是總結到一起給人感覺更加震撼,同時科學本身沒有界限,可能是互相影響的。這三項技術分別是馬約拉納費米子的粒子,這種粒子,它涉及超導、量子、微粒等人類夢寐以求的技術,前途無限大。而第二個前沿科技應該屬于材料的范疇,最直接的產品就是如終結者中的液態機器人,給人感覺牛X的一塌糊涂。就行中國武學中的最高境界,無色無相,無形無體,可以存在任何環境,任何形式……玄之又玄。最后一個科技是關乎民生的醫學方面,即細胞再生。科學家們目前還只是進行了人類進行“神經膠原支架”干細胞移植手術后,已經逐步恢復其下肢功能,神經信號能夠跨越損傷部位進行傳導。就是一個人,經歷的車禍,下半身沒有了知覺,但是科學家讓他重新有了知覺。未來可能人類可以如壁畫一樣,斷了的尾部可以再生。有時我想多長一只手來干活。

  捕捉神秘馬約拉納費米子

  首先來認識一種名叫馬約拉納費米子的粒子,由于狀態非常穩定,這種粒子是制造量子計算機的完美選擇之一,但是為了捕捉它,科學家們已經潛心追蹤了80年。

  在上海交通大學的一所實驗室里,賈金鋒正帶領他的團隊研究一種神奇的粒子:馬約拉納費米子。溫度一點點提高,磁場逐步改變,賈金鋒教授要隨時追蹤馬約拉納費米子的狀態。

  盡管很多人在談論量子計算的超強性能,比如一秒鐘就能完成現在超級計算機幾年的計算任務,但是迄今沒有制造出一臺真正意義上的量子計算機,其中一個很重要的原因就是,用于量子計算的粒子狀態并不穩定,任何電磁或物理干擾都可以輕易打亂它的工作。而馬約拉納費米子的狀態非常穩定,這使它成為制造量子計算機的完美選擇之一。六個月前在上海交大的實驗室里,賈金鋒成功捕捉到了它。

  提起當時的情景,賈金鋒說:“其實我剛開始聽到這個馬約拉納費米子的時候,我覺得這個東西,可能20年也不一定做得出來。”

  利用特殊的材料制備方法,賈金鋒研究團隊在超導體上生長5個納米厚度的拓撲絕緣體,制備出拓撲超導體材料,最終在拓撲超導體的界面上發現了馬約拉納費米子。迷蹤80年的神秘粒子被成功捕獲,也讓賈金鋒更加堅定了用其制造量子計算機的信心。

  說起對未來的打算,賈金鋒說:“希望能在幾年之內把拓撲量子比特做出來!(此前)全世界還沒有,所以我們要是從這一點開始切入的話,我們跟全世界是同一個起跑線,對我們國家來說,這是能夠趕上量子計算世界腳步的一個切入點。”

液態金屬材料

液態金屬站起來電影場景或成現實液態金屬站起來電影場景或成現實

  喜歡科幻電影的朋友對液態金屬機器人應該不會陌生,然而讓液態金屬站起來,像科幻電影里一樣成為任意改變形態的機器人,是科學家們正在努力的方向。在中科院的研究所里,我國科學家也同樣在這一領域里不斷探索、不斷突破。

  中科院理化所研究員、清華大學教授劉靜介紹說:“柔性機器應該說是機器人領域里面最具挑戰性的,而且應該是終極目標,液態金屬近年來為這個柔性機器打開很多視野。”

△電影《007》中的液態金屬機器人△電影《007》中的液態金屬機器人

  劉靜課題組研究的是國際最前沿的鎵銦合金。金屬的熔點較高,通常除了水銀,常規環境下的金屬多呈固態。而鎵銦這兩種金屬的合金即使在室溫下也能保持液態,而且具有很多神奇特性。現在劉靜最大的目標就是要讓他的液態金屬能站起來,“現在咱們液態金屬的力量還偏弱,但是怎么讓它有10倍甚至20倍更大的(力量)?”

  然而要想研制出像電影中一樣的液態金屬機器人,劉靜卻遇到了一個最大的坎,“需要它站立起來,它馬上就在這個桌面上可以立起來,需要它趴下去,它就像一灘水一樣,迅速匍匐在這個桌面上,這是我們現在一個最基本的難點。”

  劉靜嘗試著往液態金屬中添加固體金屬,就好像人體的骨骼一樣,這樣液態金屬就有了支撐自身的力量,同時,劉靜還希望能用柔性材料將液態金屬封裝起來,就好像在液態金屬外面加一層皮膚。朝著這一目標,劉靜團隊在2016年實現了液態金屬的一系列成果。柔性液態金屬可以節律性地振蕩跳躍,可以在電場中做各種復雜的運動。

  劉靜說, 2017年的目標是希望能夠把液態金屬組裝起來,讓它站立起來,“就像類似于科幻電影里面可變形的液態金屬機器,這是完全有可能的。”

  醫療領域新方向:細胞再生

  在不久的將來,生病了,吃藥可能就不是唯一選擇了,或許還可以通過特殊的材料和治療手段,讓人類的細胞得到再生,修復受損部位、治愈疾病,而在這一醫療前沿領域,我國的科學家也在積極探索治病救人的新方法。

  位于北京的中科院遺傳發育所,戴建武研究員的獨門絕技——組織再生和損傷修復功能生物材料研究技術,已經在臨床取得了令人驚喜的成績。最近,一名今年5月不幸遭遇車禍、頸段損傷、下肢完全不能活動的病人,在進行完“神經膠原支架”干細胞移植手術后,已經逐步恢復其下肢功能,神經信號能夠跨越損傷部位進行傳導。

  戴建武介紹說,在再生這個領域,大家認為最難再生的或者最不能夠再生的組織大概就是中樞神經,在自然界,壁虎的尾巴斷了,可以自己生長出來。然而干細胞和生長因子也具有修復損傷的能力,但是由于體積只有納米級,在豐富血流循環的作用下很難作用于受損部位。因此,修復再生一直是個難點。戴建武瞄準了這個難點下手,制作了固定和連接損傷部位的生物支架,“我是另辟蹊徑,它可以確確實實通過我們設計的這個功能,結合干細胞或者結合生長因子,就可以確定這些有效成分在空間的定位,形成微環境。”

  2013年,戴建武設計了全球首個子宮內膜再生臨床手術,10名因子宮內膜受損而導致不育的育齡婦女,8人均正常懷孕產子,取得了再生醫學的巨大突破。

△戴建武設計的子宮內膜再生臨床手術讓不孕婦女正常懷孕產子△戴建武設計的子宮內膜再生臨床手術讓不孕婦女正常懷孕產子

  從特殊材料到干細胞,前沿科學研究的奇跡正發生在每一個地方、每一個領域。中國科學家們將他們的創造力悉數傾注到一個又一個未知世界里,為了探索科學,也為了改變著我們的生活,以及未來。

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