科学之年：科技

碳纳米管冲出实验室

在被称为碳纳米管的铅笔状分子被发现十四年后，科学家们终于开始利用它们非凡的特性。纳米管的强度是钢铁的九倍，并且可以传输比铜多 1000 倍的电流，但由于每个管子的宽度仅为句号宽度的 1/350,000，因此很难操控。

八月，德克萨斯大学达拉斯分校的 Ray Baughman 和他的同事报告了一种将纳米管编织成有用的宏观材料的方法。在澳大利亚羊毛纺纱工的帮助下，研究人员已经开发出一种将纳米管拧成长纤维的方法。在此基础上，德克萨斯大学团队制造了极薄的纳米管片材，一英亩的材料仅重四分之一磅。这些片材是良好的导电体；它们还能承受每平方英寸超过 34,000 磅的力而不会撕裂，并且可以在高达 840 华氏度的温度下承受而不会损失强度或导电性。国防部以及直升机旋翼、太阳能电池和机器人制造商已表示出兴趣。Baughman 已经制造出长达 33 英尺的片材，并且他正在努力扩展他的工艺。

与此同时，两个团队正在开发纳米管的医疗应用，利用人体吸收碳的能力。斯坦福大学的化学家们制造了能够悄悄潜入肿瘤细胞的杀癌纳米管，而加州大学河滨分校的研究人员则利用纳米管来加速断骨的愈合。材料科学家 Robert Haddon 已经证明，骨形成矿物质羟基磷灰石可以在纳米管支架周围生长，取代自然生长的胶原纤维。“骨头需要坚固但又有点弹性，”他说，“很难想象有比碳纳米管更好的材料。”—Zach Zorich

组织工程师们制定了实验室培育肉计划

我们大多数人都避免深入思考餐食的来源。我们欣然食用鸡块，故意忘记它们是来自曾经活着的鸟类的肉制品。现在，科学准备好让我们彻底摆脱认知失调。去年六月，在一篇发表在《组织工程》杂志上的论文中，一个国际研究团队提出了一个为敏感的肉食者（也许甚至是素食者）手工制作的新型食品：实验室而非农场生产的肉。

临床研究科学家们例行在实验室中培养肌肉细胞。NASA 资助的实验已经成功培养了火鸡肌肉细胞和金鱼细胞，作为向宇航员提供食物的潜在途径。马里兰大学农业经济学和公共卫生专业的毕业生 Jason Matheny 和他的同事们将这一计划转向了地球，提出了两种大规模培养肉类的方法。一种方法是在可重复使用的聚合物支架上培养由活体动物细胞接种的薄肉片；另一种方法是在小巧的可食用珠子上培养肉，这些珠子会随着温度变化而伸展。

目前，该过程的成本过高，无法将实验室培育的肉带到超市。美味的假牛排更是遥不可及的梦想：要具有菲力牛排的结构，肌肉组织需要血管，这对组织工程师来说是一个重大挑战。不过，Matheny 表示，几年内，实验室肉就可以用于午餐肉、香肠甚至鸡块。欧洲已经对此表示出兴趣。荷兰政府已向一个旨在利用干细胞培育猪肉的项目投资 240 万美元。

但人们会吃它吗？Matheny 认为会。“一只被喂食生长激素并在有 10,000 只同类居住的棚子里饲养的鸡，没有什么自然可言，”他说，“随着消费者教育水平的提高，这样的产品会越来越受欢迎。”—Sarah Webb

人形机器人昂首阔步

2005 年，新一代机器人彻底改变了人形机器人的行走方式，这是工程学中的一大挑战。它们跟随本田的 ASIMO，ASIMO 在去年冬天以每小时两英里的速度小跑，令观众们欢呼雀跃。ASIMO 基于一种非常类似于发条玩具的行走技术。每一个动作都是程序化模式的一部分，每一个姿势都是一个静止的瞬间，并且需要巨大的能量来维持身体以僵硬的步态前进。相比之下，康奈尔大学工程师于二月发布的一个无名机器人，模仿的是古董玩具人偶在斜坡上行走，仅依靠重力。康奈尔机器人是第一个运用被动动力学行走原理在平地上行走的机器人，其消耗的电能相当于人类的代谢能。大部分关节自由摆动，像钟摆一样自然地转移重心。密歇根大学和法国南特大学设计的另一个名为 Rabbit 的机器人，可能是第一个以类似人类的步幅奔跑的机器人。它的创造者使其具有动态性，在两个点上保持平衡——它没有脚——并且能够适应障碍物和地形变化。与无法流畅平衡的 ASIMO 不同，Rabbit 可以受到猛烈推搡而恢复稳定。—Susan Kruglinski

激光晶体管亮相

就在专家们开始担心传统晶体管会像八轨磁带一样过时的时候，传奇的半导体专家 Nick Holonyak 和他的同事们用全新的方式——字面意义上的——重新塑造了它。

Holonyak 在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的团队设计了一种既是晶体管又是超微型激光器的设备，能够同时产生一束狭窄的光束和电电流。“一个普通的晶体管只有两个信号：一个电输入和一个电输出，”联合发明者 Milton Feng 说，“激光晶体管除了这些之外，还有一个第三个输出——相干光子束，”它可以通过光纤线路传输，实现光速处理。“可以想象，与纯粹依赖传统电子产品相比，电路板上的连接速度可以呈指数级提升。”

晶体管通常由三明治状的特殊“掺杂”半导体材料组成：两个化学上相似的部件，称为发射极和集电极，中间夹着一层不同的物质，称为基极。在基极施加电压可以允许电流从发射极流向集电极。然而，一部分电流会丢失，因为从发射极移动的电子会落入基极的“空穴”——即缺少电子的地方——在此过程中释放能量。“多年来，人们一直在浪费这些基极电流，并将其作为热量散失，”44 年前发明了第一台实用发光二极管的 Holonyak 说，“Milton 一直说（基极）存在大量可用电流密度来驱动激光器。“我以为他疯了。但事实证明他是对的。”

研究人员设计了其晶体管的基极，其中包含微小的称为量子阱的口袋，它们会捕获电子并将其释放为激光。九月份，他们报告说，原型可以在室温下以三千兆赫的时钟速度运行——与顶级个人电脑芯片的速度相同。但他们有信心它将轻松运行 10 倍甚至 100 倍的速度。—Curt Suplee

手机模拟过早衰老

高科技产品使人们能够进行时间旅行……嗯，有点。要让身体机能一下子提前 40 到 50 年，只需在开车时用手机聊天即可。犹他大学的研究表明，当 18 到 25 岁的司机在手机上聊天时，他们对刹车情况的反应能力并不比 65 到 74 岁的人好。心理学家 David Strayer 使用驾驶模拟器来测量反应时间，发现青少年在驾驶和交谈相结合方面遇到最大的困难，但这个问题会影响所有年龄段。“我们发现，如果你在使用手机，事故发生率大约是如果不使用手机的四倍，”他说，“手机似乎会分散所有年龄段驾驶员的注意力。—Kurt Repanshek