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2019年国际十大科技新闻

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  2019年国际十大科技新闻是由科技日主办,部分两院院士和人士共同评选出的十大科技新闻。

  此处屏蔽了来自地球的各种无线电干扰信号,可以监测到地面和地球附近的太空中无法分辨的电磁信号,为研究恒星起源和星云演化提供重要资料。所以天文学家一直希望利用这片寂静去来自深处的微弱信号,但长久以来,从未有航天器登陆过月球背面。

  今年1月3日,“嫦娥四号”探测器成功着陆在月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区,并通过“鹊桥”中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图,实现了人类探测器首次月背软着陆。

  12月21日,着陆器受光照自主,按计划继续对月表线性能量转移谱、综合粒子辐射剂量及月表低频射电特征开展有效探测工作。

  静静的月背,太阳光照射在“嫦娥四号”着陆器上。繁忙的地面,在月背刻上中国足迹的青年人团队,平均年龄仅为33岁。

  地球生物皆由细胞构成,而细胞集体运作能力的强悍与复杂,至今人们也不能说完全了解。可如果能够在智能领域模拟出一定程度的细胞组合运动,并能轻易扩展,那么理论上,便可以利用大规模机器人创造出无限的可能。

  美国哥伦比亚大学和麻省理工的科学家3月份报告了一种能模拟生物细胞集体迁移的机器人,25个物理机器人“粒子”,能移动、搬运物体以及向光刺激移动。

  有意思的是,单个机器人“粒子”并不能移动,但如果其中一个或几个“行动能力”,也不会对整体有大影响——在20%粒子失效的情况下,其仍能以完整状态一半的速度运行。而在传统机器人,单独个体的缺失,往往会导致满盘崩溃。

  25个松散的“粒子”,可以轻易扩增为十万个,这比此前传统机器人和仿生系统具有更高的可扩展性,也为开发有预先确定性行为的大规模群体机器人系统,提供了全新途径。

  在我们所有人头顶,在几乎每个大星系的中央,黑洞无声无息地盘踞、、辐射。当物理学发展到一定程度,没有任何一个文明可以对黑洞视而不见。

  天文学家们为此搭建了一张级观测网——“事件视界望远镜(EHT)”,它比任何设备都更了解黑洞,它还能达到足够分辨率来区分光被拉入黑洞时的状况。拜其成全,从来都无法直接观察到的黑洞,此次“”。

  时间4月10日21时7分,全球6个城市(比利时布鲁塞尔、智利、中国上海和台北、日本东京、美国)在同一时间公布了首张黑洞照片,了室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞。黑洞这一神秘,终于展露真容。

  黑洞“现身”的同时,其中的物理现象还很可能为我们阐明广义和量子力学间的巨大矛盾——众所周知,这二位“不和”已久,皆因我们找不到一种既是宏观又是微观的东西。而黑洞,恰好兼具大尺度宏观形态和小尺度微观量子理论的特性。

  但在今年,这项已然不再新鲜的技术取得了具有里程碑意义的。5月,《科学》封面报道了美国莱斯大学与大学主导的研究,该团队克服了3D打印器官的一大障碍,创造出一个由水凝胶3D打印而成的肺气囊模型。

  这个模型,具有与人体血管和气管结构相同的网络结构,在体外模拟肺气囊生理学功能,实现了往周围血管输送氧气,完成了“呼吸”过程。而通常认为,只有3D打印的组织能像健康组织一样“呼吸”,且构建出可与其他组织交互的管系统,才可以说它在功能上已经接近一个健康组织。

  这项被认为代表了3D生物打印可实现的最强生理功能,它也意味着,未来的以及人类寿命延长等许多问题,都将可能得到解决。

  一般的材料在导电过程中会消耗大量能量,而超导体在传输中几乎没有耗损,还能在每平方厘米上承载更强的电流。但目前,超导材料只有在低温下才会具有超导性。

  今年5月,美德两国科学家团队在《自然》上发文称,其所观察到的3个特征已可证明,在250K(约为-23℃)的温度下,氢化镧在超过100万倍地球大气压下会变成超导物质。

  值得注意的是,在2018年,已有两个研究小组同时发布对压缩氢化镧化合物超导性的理论预测,并指出了其临界温度范围值。这一从“预测”到“验证”的过程表明,人类对超导材料的研究可能进入了一个新阶段——从靠经验规则、直觉或运气发现超导体,向由具体理论预测指导研究过渡。

  在人类与癌症的历史长河中,CAR-T疗法独占鳌头。这名字中的T,是指从患者体内分离出免疫T细胞,再在体外对这些细胞进行基因,给它们装上识别癌细胞表面抗原的“嵌合抗原受体”——即名字中的CAR。

  该明星疗法被认为彻底地改变了癌症治疗格局,但却有一定局限——仅能治疗某些类型的白血病。但今年7月,麻省理工学院科学家们在《科学》上发表了题为“利用疫苗增强CAR-T细胞治疗实体瘤的疗效”的研究。他们开发出新型“抗癌疫苗”,可以让CAR-T细胞对实体肿瘤进行,极大提高CAR-T疗效,最终可清除60%的小鼠体内的实体瘤,此外还能刺激免疫系统产生记忆T细胞,防止肿瘤复发。

  这项开创型的研究,不啻于为千万人带来希望,而对研究者来说,它为对抗实体瘤的攻坚战提供了新思。

  20870型“罗蒙诺索夫院士”号浮动核电站,是移动式低功率核电机组的首型号,也是世界上最北端的核装置。

  浮动核电站本质上就是一个建在船上的核电站,因其安全性和经济性获得广泛持续关注,被认为是最理想的海洋能源开发保障。8月23日,“罗蒙诺索夫院士”号从俄罗斯北极不冻港摩尔曼斯克港启航,9月抵达楚科奇地区的佩斯韦克市,随后连接到电网。

  12月份,浮动核电站开始试运行。等正式运营后,它将能替代当地一座陆上核电站和火力电站的发电产能。这座浮动式核电站在设计时留有了很大的安全余量,两台KLT-40S反应堆能产生高达70兆瓦的电功率,可以满足一个10万人口城镇的能源所需。

  “罗蒙诺索夫院士”号启航,标志着俄罗斯在该领域取得实质性突破。现在,家原子能公司正在研制第二代浮动式核电站,将成为解决北极等特殊地域能源供应的重要选项。

  9月,谷歌发表题为《使用可编程超导处理程式的量子优势》的文章,宣布其实现“量子霸权”:一台可编程量子计算机超越了最快的经典超级计算机。该量子系统只用了约200秒,就完成了经典计算机大约需要1万年才能完成的任务——而这里惨败的对手,是目前世界排名第一的超级计算机、美国能源部橡树岭国家实验室的“Summit”。

  秒杀经典计算机业界翘楚,这一成就被视为量子计算的重大里程碑事件,“对世界领先的超级计算机实现量子霸权,无疑是一项了不起的成就”。

  但也要看到,从实用的量子计算系统再到通用可编程的量子计算机,其漫漫。在量子计算机投入实际应用前,还需开展更多工作,譬如,实现可持续的容错运算。

  近年来,我们看到基因组编辑技术取得了重要进展,但是已知的约75000个人类病遗传变异体,大部分仍无法得到有效修正——受到复杂细胞过程的影响,CRISPR-Cas在精度和效率上并不完美。

  但现在,许多研究工作正集中将不完美平衡为一种精确的编辑。今年10月,美国博德研究所等机构的科学家在《自然》发文称,他们开发出新型多功能基因组编辑技术,可以精确地编辑基因,而不造成DNA双链断裂。其比传统Cas9效率更高、副产物更少、脱靶率更低。

  基因组编辑的最终目标,就是能够对生命蓝图做出任何特定的改变。而一种用于基因组编辑的“搜索和替换”方法,使我们朝着这一宏伟目标迈出了一大步。

  人们随口就说“数据暴涨”这个词,但你我只是转手去买块新硬盘,但对技术人员来说,数据量的不断增加、既有存储架构的不足,是恐惧之源。

  传统存储方式难以为继。幸好,我们还有“更传统的”——依靠自然界神奇而精巧的生物存储。有人研究过,DNA信息储存密度为一千万TB/立方厘米。在这种密度下,一个大约一米长的DNA立方体,就能满足目前世界上一年的信息储存需求。而且,它如此稳定。

  今年12月,哥伦比亚大学著名专家、以色列计算遗传学家亚尼夫·埃尔利赫与苏黎世联邦理工学院报告了一种运用“DNA”特殊材料3D打印出来的“兔子”,该材料包含了用以合成DNA编码的兔子蓝图。之后,原始兔子所含的DNA被解码,并稳定复制了五代兔子。这种新的存储架构,意味着DNA存储的潜力又被进一步拓展。

  而今年稍早时间,美国微软与大学也联合公布了全球首个全自动DNA数据存储和检索系统。这是人类首次采用全自动手段去进行DNA存储。全自动的合成和读取,不但有助于推动规模化并降低成本,还将是DNA存储技术从实验室商业数据中心的关键步骤。

  2019年12月29日,由科技日主办,部分两院院士和人士共同评选出的2019年国内、国际十大科技新闻揭晓。 入选的2019年国际十大科技新闻分别是:中国“嫦娥四号”实现人类首次月背软着陆;高度扩展的仿生物细胞机器人诞生;人类获得首张黑洞照片;3D打印出会“呼吸”的人造器官;超导材料最高临界温度刷新;新癌症疫苗让CAR-T疗法高效实体瘤;全球首座浮动核电站正式启航;“量子霸权”实现:200秒完成万年计算;“基因魔剪”升级,新基因编辑系统问世;“DNA”材料让存储无处不在。

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