世界顶尖前沿科技也如此有“生活范儿”

  • 时间:2021-11-17

 神经生物学家为观众讲述瘫痪的年轻人如何通过“意念”写字,材料科学家畅谈未来电子皮肤怎样守护人类健康并替代手机……11月6日,多位全球顶尖科学家在2021年腾讯WE大会上,以全景VR的方式与观众分享了脑机接口、电子皮肤、十分钟快速钟充电技术等多个科学领域的最新突破。

       当十分枯燥的科学话题变成有趣的故事,当最新的前沿科技成果已经渗透我们的生活,当脑洞已经承载不了科学家对未来的设计和畅想时,我们的世界会是怎样?

       脑机接口已从科幻进入现实

       科幻作品中,人脑连接网络获取各种技能的场景让不少人神往。当下,现实生活与网络世界的融合也越来越紧密,脑机接口正从科幻走向现实。

       如何借由这项技术让那些因肢体或发声肌肉受损而无法打字或说话的患者,恢复与世界的交流和连接,成为斯坦福大学克里希纳·谢诺伊教授带领团队的重点研究方向。他们首次破译了与手写笔记有关的大脑信号,进而将人脑中的写字意念转为屏幕中的一行行字句,准确率已经超过99%,这一技术将帮助无法行动和说话的“闭锁综合征”患者更好地交流。

   谢诺伊表示,放眼未来几十年,与人脑的对接会是科研重点领域之一,通过连接大脑去帮助瘫痪或有其他疾病或损伤的病人,有可能彻底改变整个医学体系。“未来这一技术能够治疗多种神经损伤和疾病,方法就是对几千甚至几百万个神经元进行记录,比如人工视网膜芯片能帮助失明的人重见光明、人工耳蜗则可以通过刺激耳蜗周边不同的区域来重建患者听力。”

       脑机接口的原理,是在某种程度上让脑信号与计算机信号互动。谢诺伊表示,他们现在的研究重点就是读取大脑信号,比如大脑如何让肢体移动或者让人能够看到和听到等等。

       对于脑机接口技术的下一步发展方向,谢诺伊认为,在不久的将来,植入大脑的芯片不再需要连接器与电脑相连,而是通过无线的方式连接其他设备,从而极大改善安全性;通过意念打字的速度将会加快,使用便利性也将进一步改善;把外部信息返写入大脑将更具研究前景,目前已有相关研究人员在做这方面的研究,未来肯定会出现“意念讲话”等全新沟通模式。

       谢诺伊坦言,技术已经不是脑机接口走进实现的最大痛点,商业模式才是最大的挑战。“目前脑机接口的解决方案已经可做到几千美元的低成本,但太过昂贵的脑外科手术或许是‘拦路虎’。”

       元宇宙,不仅可看可听,还可感

       “如何让‘冷冰冰’的电子设备,变得如人体组织一般与人类身体兼容?”

       被誉为“柔性电子之父”的美国西北大学约翰·罗杰斯教授重点分享了电子皮肤的最新成果。作为一名专门研究新型电子设备或者表皮电子设备的材料学家和工程师,他及团队在表皮电子设备上取得了突破性的进展,研发用于监测早产婴儿生命体征的电子皮肤,已经在全球五大洲23个国家临床应用,守护着婴儿的健康。

 罗杰斯表示,从材料和工程的角度看,更希望这些设备可以拥有像皮肤的薄厚、力学、弹性、柔性、伸展性等,可以很方便地贴到人们的皮肤上,而且基本上都感觉不到它的存在。“不影响任何生活,也没有任何负担,这是未来电子皮肤技术希望能够达到的目标。”

       除了广泛的医疗应用场景外,当前火热的元宇宙对这一技术也是“虎视眈眈”。

       元宇宙致力于打造的是一个跟现实平行的虚拟宇宙,以AR、VR技术让现实世界与虚拟世界实现无缝结合,给人们带来侵入式的体验。

       “目前来看,现有技术支撑的元宇宙依靠的是非常精密的视频和声音,给人们带来的也只是视觉和听觉上的感受。”罗杰斯表示,这跟真实世界的体验还有本质上的区别,因为人们需要的不仅仅是看和听。“以现有AR和AI,加上将来有点像皮肤一样有触觉的传感器,就可以创造出人工感觉的嗅觉、味觉和触觉,只需在皮肤里加装一些接收器,就进行接收和感知,完全可以丰富人们在虚拟世界中的体验。”

       对于柔性电子皮肤何时才能广泛应用,罗杰斯认为还需要材料、工程、力学等领域的科学家共同来攻克。“相信随着技术的不断进步,柔性电子皮肤不仅仅能使人有更好的AR和VR体验,还将在身体康复、体育竞技、社交媒体等领域有广泛应用的空间”。

       北京上下班通勤15分钟,飞行汽车来了?

       “未来上下班通勤最多只需15分钟。无论你住在北京的什么地方,飞行汽车都能在15分钟内把你送到办公室。”

       宾夕法尼亚州立大学材料与工程学教授王朝阳是极速充电的开拓者,他在WE大会上关于飞行汽车的分享引发广泛共鸣。“这是我在退休之前的梦想,而这个梦想背后,是电动飞行汽车电池在安全、快充、低温、长续航方面的焦虑。当然,飞行汽车对电池的性能要求极高,高能量密度、高功率密度,而且必须在每次降落以后马上对电池进行快速补能。所以我们必须要有高能量密度的快充电池,才能让飞行汽车变成现实”。

 然而,近100年来电池技术的改进基本上都源于材料上的创新,主流电池从铅酸电池改进到镍氢电池,然后转变到现在的锂离子电池,而即便是最新的锂离子电池技术也已经有了30年的发展历程。王朝阳表示,在科技日新月异的今天,我们经常会感觉到电池技术力不从心、发展太慢,无法满足我们高速发展的应用场景,甚至满足不了人们“手机一周只充一次电”的小小愿望。

       为了加快电池技术的发展,科学家们一直在问,除了材料创新之外,有没有可能颠覆200多年以来一成不变的电池结构?有没有更好的工作生态,可以让电池材料发挥出更大的潜能,让电池技术突飞猛进?

       王朝阳认为,电池和储能是新能源时代和智能社会最重要的基础技术之一,在未来10年将迎来巨大的创新机会。而他带领的团队在继续材料创新的基础上,从革新电池结构方面展开了重点研究。“目前在科学上已经揭示了可调控反应界面的可能性。这种可调控反应界面用在电池上,不使用时可以关小到最低水平,使用时就可以瞬间开大,必将为能源创新打开新的大门。”

       目前,王朝阳带领的团队以革新电池结构打造的全天候电池(ACB)已被2022年北京冬奥运会采用,成为驱动奥运电动汽车的核心技术之一。

       王朝阳表示,电动飞行汽车可能会是在2025年左右,以商用出租车服务的方式出现,比如在北京、上海,从市中心到机场,它能够保证在10—15分钟内将你送达。商用服务成熟后,真正的私人飞行汽车也会出现,就像哈里·波特骑着扫把飞行一样,这是人类的梦想!(转自中国科普网)

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