如果太阳能电池板是免费的会怎样？如果有可能实时了解关于世界的一切——不是互联网，而是活生生的物理世界——会怎样？如果医生可以在疾病发作前几年预测到疾病会怎样？这就是改变世界的想法的承诺：一个如此简单但又如此雄心勃勃的愿景，以至于其全部影响无法预测。《大众科学》的编辑和顾问委员会选择了能源、交通、环境、电子与机器人以及健康与医学五个大类别的项目，这些项目突出了科学和技术改善世界的力量。有些项目现在正在使用；另一些项目正在从实验室中涌现。但所有这些都表明，创新是医治我们弊病的最有希望的灵丹妙药。——编辑们
零首付太阳能计划 新一轮初创公司希望在您的房屋屋顶安装太阳能电池板。前期成本：零
作者：克里斯托弗·米姆斯
阻碍太阳能发展的最大因素是资金。安装足够大的屋顶太阳能电池板阵列以产生建筑物所需的所有能量，相当于预付未来七到十年电费——这还是在联邦和州政府激励措施之后。然而，一项新的融资创新为想要减少碳足迹和降低电费的房主开辟了另一种可能性：免费获得电池板，然后按需付费购买电力。
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该系统的工作方式类似于房屋抵押贷款。寻求稳定投资回报的组织和个人（通常是银行或市政债券持有人）使用一笔现金来支付太阳能电池板的费用。房主直接或间接地以每千瓦时低于他们从电网购买电力的价格购买自己屋顶产生的电力。投资者获得安全的投资——最新一代的太阳能电池板技术可靠地工作多年——而房主每月账单得到优惠，更不用说大大减少碳足迹的满足感。“这是一种无需预付任何资金即可获得太阳能并从第一天开始省钱的方法。这是一个首创，”SolarCity 联合创始人彼得·里夫说。
SolarCity 是采用此策略的最大的家用太阳能电池板安装商。SolarCity 由两位兄弟于 2006 年创立，他们也是硅谷的连续创业家，SolarCity 将其电池板租赁给房主，但免费赠送电力。净效应是大大减少了电费账单（当没有阳光时，客户仍然需要公用事业公司提供的电力）加上每月 SolarCity 账单。两者的总和低于旧账单。旧金山的 SunRun 为消费者提供类似的套餐，但该公司向客户出售电力而不是将电池板租赁给他们。
伯克利和博尔德等城市正在率先推出他们自己的太阳能电池板融资版本，向个人贷款支付太阳能电池板和安装所需的全部金额。该项目由市政债券支付，房主在 20 年内作为房产税账单的一部分偿还贷款。无论消费者采取哪种途径，效果都是相同的：新的义务，以税收、租赁或长期电力合同的形式，最终成本低于现有的电费账单。
“我们真正看到的是我们思考购买能源商品和服务方式的转变，”加州大学伯克利分校可再生和适当能源实验室主任丹尼尔·M·卡门说。卡门对伯克利的融资模式进行了初步分析，他认为，通过转向融资，消费者可以克服可再生能源与现有能源相比固有的劣势：电网供电的基础设施已经付费，并且在许多情况下，已经补贴了几十年。
所有三种方法都在全国范围内迅速扩展。尽管伯克利计划不到两年，但已有 10 个不同的州通过立法，允许其城市建立伯克利式的债券融资贷款计划。随着《韦克斯曼-马基气候法案》的通过，城市建立这些计划的选择将成为联邦法律。马里兰州的 SunEdison 目前在 9 个州开展业务。SolarCity 拥有 4,000 多名客户，在加利福尼亚州、亚利桑那州和俄勒冈州开展业务，并承诺在新的一年后宣布更多州。
目前，在没有联邦补贴（如投资税收抵免，这降低了为这些项目融资的银行的税单）的情况下，不可能将屋顶太阳能的总成本降至“电网平价”，即与当地公用事业公司的电价相同。这些补贴相当于太阳能安装成本的 30%，至少保证八年。到那时，SolarCity 及其竞争对手声称他们将不再需要这些补贴。
SunEdison 营销副总裁阿提拉·托特说：“电网平价受多种因素驱动，包括资本成本、电池板及其安装成本以及给定地区阳光的强度。” “它将在不同的州在不同的时间发生，但是，例如，我们预计加利福尼亚州将成为美国最早实现电网平价的州之一，大约在未来三到五年内。”
在过去十年中，化石燃料发电的成本每年增加 3% 到 5%，而太阳能电池板的成本平均每增加一倍的安装基数就下降 20%。电网平价是这些趋势线交叉的地方——在那之后，太阳能有可能为不仅仅是家庭供电。电动汽车公司特斯拉汽车的负责人埃隆·马斯克担任 SolarCity 董事会成员绝非巧合。
更多值得关注的想法
作者：克里斯托弗·米姆斯
汽油花园
这是生物燃料的下一步：基因工程改造的植物生命，其正常新陈代谢的副产品是碳氢化合物。结果将是燃料——甚至普通汽油——仅使用阳光和二氧化碳2。7 月，埃克森美孚宣布计划花费超过 6 亿美元来寻找可以完成这项任务的藻类。Joule Biotechnologies 声称已经成功，尽管该公司尚未透露其专有系统的任何细节。
热核
铀和钚不是唯一可以为核反应堆提供动力的燃料。在来自更传统的裂变材料的初始推动下，钍可以建立一个自持“增殖”反应，产生铀 233，它非常适合核能发电。该过程还具有抵抗核扩散的额外好处，因为其最终产品会发出足够的伽马射线，使燃料难以处理且易于追踪。
用信息节约能源
研究表明，仅仅让客户意识到自己的能源使用量就可以降低能源使用量
降低 5% 到 15%。智能电表允许客户按分钟和按电器跟踪他们的能源消耗。无数初创公司正在提供这些设备，谷歌和微软正在独立地与当地公用事业公司合作，允许个人通过网络监控他们的用电量。
来自平流层的风力发电
根据斯坦福大学 7 月发布的一项研究，持续在地球上方数万英尺高空吹拂的高空风蕴藏着足够的能量，可以为整个人类文明供应 100 倍以上的能量。加利福尼亚州的 Sky WindPower 提出通过建造由巨大的、空中的、地面系留的风车组成的舰队来收集这种能量，而意大利的 Kite Gen 则提出使用风筝来实现相同的壮举。
将美国从石油中解放出来 插电式混合动力卡车正在改善短途运输的长远前景
作者：阿曼达·舒帕克
货运卡车消耗了美国泵出燃料的约 40%。虽然大多数消费者的注意力都集中在提高消费车辆的燃油经济性上，但一个主要机会正在隆隆作响。“人们没有意识到，即使是一辆小型卡车的燃料使用量也相当于许多汽车，”清洁交通技术非营利组织 Calstart 的高级副总裁兼混合动力卡车用户论坛主任比尔·范·阿姆堡说。“一辆作为混合动力的公用事业卡车将比九辆普锐斯减少更多的石油。”
今天在路上行驶的约 1,300 辆商用混合动力汽车的燃油效率是传统同类汽车的两倍。但是这些传统的混合动力汽车本质上是有限的。它们通过捕获制动期间损失的部分能量来更有效地利用石油基燃料。
另一方面，插电式混合动力汽车从电网获取能量。它们可以行驶数英里——在许多情况下，可以行驶一整天的路线——而根本不使用任何化石燃料。这会将能源需求从石油转向电网能源。（去年，零碳可再生能源和核能供应了美国所有电力的 30%。）
在许多方面，插电式混合动力技术对送货卡车比对消费轿车更有意义。货运卡车每天行驶的短途路线包括许多站点，以帮助再生制动。例如，美国邮政总局的 200,000 多辆邮车中，大多数每天行驶的距离不到 20 英里。此外，车队车辆每晚返回存储场，这些存储场可以方便地使用为它们充电所需的 120 伏或 240 伏插座。
能源部最近启动了美国最大的商业插电式混合动力计划，一个耗资 4540 万美元的项目，旨在到 2011 年初将 378 辆中型车辆投入使用。这些卡车将交付给 50 个市政和公用事业车队，将采用电气元件大型制造商伊顿的动力系统，安装在福特 F-550 底盘上。（就福特而言，它将等待市场证明自己，然后再设计自己的商用插电式混合动力汽车。）南加州电动汽车协会主席保罗·斯科特说：“这些汽车将在 2011 年开始大量涌现。”
初创公司 Bright Automotive 有一个更雄心勃勃的计划。它的目标是到 2014 年用插电式混合动力汽车取代至少 50,000 辆卡车。Bright 的 IDEA 原型车在电池供电的情况下行驶 40 英里，然后切换到四缸发动机，每加仑汽油可行驶 40 英里。流线型铝制车身具有邮车的有效载荷，但空气动力学性能却远胜于邮车。该卡车的重量与中型轿车相当。
Bright Automotive 的创始人兼通用汽车开创性的 EV1 电动汽车电池系统的前开发商约翰·E·沃特斯说，每辆 IDEA 每年将比标准公用事业卡车节省 1,500 加仑燃料和 16 吨二氧化碳排放量。沃特斯说，一旦获得 4.5 亿美元的联邦贷款，他就可以在他的美国工厂开始组装。
尽管碳减排的吸引力很大，但作为卡车主要客户的车队所有者有更实际的考虑。Bright 的高管对 IDEA 的最终价格标签守口如瓶，但声称拥有 2,000 辆卡车每天行驶 80 英里，每周行驶 5 天的客户每年可以节省 720 万美元。目前，如果没有额外的退税或碳定价，这可能不足以证明大规模购买的合理性。范·阿姆堡估计，目前混合动力汽车每辆车的前期成本增加了 30,000 美元到 50,000 美元，尽管随着产量增加，这个数字应该会下降。
改进的电池技术也将有所帮助。今天，IDEA 的 13 千瓦时锂离子电池组占车辆总成本的近四分之一。为雪佛兰 Volt 和其他消费插电式混合动力汽车电池所做的许多研究也应适用于商用电池。“为了我们所有人都想做的好事，”Bright 产品开发副总裁大卫·劳赞说，“这些车辆在成为经济选择之前不会占领世界——‘我必须拥有它们，因为它可以为我省钱。’”
快速公交系统 类似地铁的公交线路动员城市未来
作者：迈克尔·莫耶
在人类文明史上，城市地区的人口首次超过了乡村地区。这种转变造成了许多困境，其中最不重要的就是如何在世界快速发展的大都市中运送人口。污染和交通指向远离以汽车为基础的选择，而轻轨系统建设缓慢且成本过高。一种非常简单且廉价的可能性是快速公交系统，它被设计得像轮子上的地铁一样运行。在这些系统中，现有道路上的混凝土分隔物将高容量公交车与其余交通隔开。乘客在登车前付款，然后在封闭的车站等候。当公交车到达时，滑动隔板打开，允许乘客从与公交车地板齐平的站台登车。畅通无阻的交通干道、快速的登车时间和现代化、舒适的车站比典型的公交旅行的混乱更像轻轨系统。哥伦比亚的波哥大自 2001 年以来已运营七条快速公交线路，公交车每天处理 160 万次出行。它的成功使该市能够从城市中移除 7,000 辆私营公交车，使公交车燃料消耗及其相关污染减少了 59% 以上。
海洋大改造 海洋分区是对病态海洋的大胆补救措施 作者：莎拉·辛普森
如今，即使是许多政治家也不否认海洋病了。保护沿海水域的健康现在是包括美国在内的数十个国家的国家政策事项，世界各国领导人开始开出一种革命性的补救措施，环保主义者多年来一直在倡导这种补救措施：海洋规划和分区。
这个想法是近一个世纪以来指导城市和景观发展的管理政策的自然延伸。毕竟，色情商店不会在幼儿园旁边，钻井平台也不是国家公园的中心。同样，分区倡导者设想了一幅区域地图的马赛克，其中地球上每个水域空间都被指定用于特定目的。钻探和采矿只允许在海洋的某些区域进行；捕鱼在其他区域进行。最受威胁的区域实际上将被禁止进入。
虽然人们可以轻松找到地图告诉他们在陆地上可以做什么，但海洋领域却是一堆规则的大杂烩，这些规则来自众多机构，每个机构管理单一用途或症状。例如，在美国，一个机构管理商业捕鱼，通常一次管理一个物种。另一个团体管理有毒物质，另一个团体管理海底采矿等等——总共有大约 20 个联邦机构。杜克大学海洋生态学家拉里·B·克劳德解释说，他们倾向于在不考虑其他机构正在做什么的情况下做出决定。“想象一下，所有医学专家一次又一次地探望重症监护室的病人，却从不互相交谈，”他说。“海洋没有比现在更糟糕，这真是个奇迹。”
克劳德等海洋倡导者热切期待巴拉克·奥巴马总统责成的一个特别工作组提出关于彻底改革美国水域管理计划的最终建议，美国水域延伸至离岸 200 海里。这种事业的范围是巨大的：美国控制着 440 万平方英里的海景，使该国的水下房地产比其陆地面积大 25%。该委员会 9 月发布的初步报告表明，最大限度地减少人类对海洋的有害影响的最佳方法是管理区域而不是症状。
许多环保主义者希望这些计划将通过相当于市政分区的海洋分区来实施，这将使他们在他们现在没有影响力的地区获得一些影响力。在指定保护为主要活动的区域，捕鱼和采矿等工业活动将不再自由放任。根据现行规则，环保组织阻止他们认为有害的项目（例如，新的海上钻井地点）的唯一方法是通过昂贵的诉讼。
然而，到目前为止，总统的工作组一直小心翼翼地不暗示海洋分区将是唯一的治疗计划，这很大程度上是因为任何限制商业利益的努力都注定会遭到强烈反对。“分区不是任何人的最爱，”南佛罗里达大学坦帕分校佛罗里达海洋学研究所所长约翰·C·奥格登指出。“总有人会受到损害。”最抵制这种改变的可能将是公海的传统使用者——即商业渔业和石油工业。“他们长期以来一直拥有这个地方，”奥格登说。
然而，奥格登和其他人很快指出，分区实践可以像保护一样造福商业。南卡罗来纳大学法学院副教授乔希·伊格尔解释说，通过放弃对某些区域的访问权，行业可以更安全地知道他们的活动将以比今天更可预测且成本更低的方式获得许可。现在，一家石油公司几乎可以在任何地方申请钻探许可证，但每次都要承担巨大的财务风险。企业可能会投入数百万美元来研究新设施，但最终却可能在最后一刻因诉讼而脱轨。伊格尔说，当反对派在规划过程的早期有大致平等的发言权时，一旦在地图上划定区域，他们就不太可能互相阻止对方的活动。
总统工作组的最终报告是否会明确倡导海洋分区尚不确定。但该小组已经承诺通过提议设立国家海洋委员会来彻底改革海洋治理结构，该委员会的工作将是协调目前负责的无数联邦机构的工作。
此举来得正是时候。正如社会开始认识到为维护海洋健康所要付出的巨大努力一样，它必须向海洋提出更多要求——更多能源、更多食物以及对沿海开发和气候变化的更好适应能力。海洋陷入困境的原因不是人们投入和取出的东西。而是政府未能妥善管理这些活动。克劳德说：“我们必须全面地对待海洋，而不是一次只治疗一种症状。”
垃圾的力量 捕获的闪电可能有助于消除垃圾并产生电力
作者：约翰·帕夫勒斯
垃圾中蕴藏着被困在其化学键中的能量。等离子体气化技术已经开发了几十年，可能终于准备好提取它了。
理论上，这个过程很简单。火炬将电流通过腔室中的气体（通常是普通空气）以产生超热等离子体——一种温度超过 7,000 摄氏度的电离气体，比太阳表面还热。当这种情况自然发生时，我们称之为闪电，而等离子体气化实际上是瓶子里的闪电：等离子体的巨大热量会分解放置在腔室内的任何垃圾的分子键，将有机化合物转化为合成气（一氧化碳和氢气的组合），并将其他所有物质捕获在称为炉渣的惰性玻璃状固体中。合成气可以用作涡轮机中的燃料来发电。它也可以用于制造乙醇、甲醇和生物柴油。炉渣可以加工成适用于建筑的材料。
实际上，气化理念一直无法在经济上与传统的城市垃圾处理竞争。但是成熟的技术一直在降低成本，而能源价格一直在上涨。佐治亚理工学院研究所等离子体研究主任路易斯·西尔西奥说，现在“曲线终于交叉了——将垃圾运到等离子体工厂比将其倾倒在垃圾填埋场更便宜”。今年夏天早些时候，垃圾处理巨头 Waste Management 与俄勒冈州的初创公司 InEnTec 合作，开始将后者的等离子体气化工艺商业化。在佛罗里达州、路易斯安那州和加利福尼亚州，正在开发能够每天处理 1,000 吨或更多垃圾的大型试验工厂。
等离子体并非完美无缺。滞留在炉渣中的有毒重金属通过了环境保护署的浸出性标准（并且在日本和法国已用于建筑多年），但仍然让考虑建造工厂的社区感到担忧。虽然合成气发电确实比煤炭具有无可否认的更小的碳足迹——“每用等离子体处理一吨垃圾，你就可以减少大约两吨二氧化碳进入大气层，”西尔西奥说——但它仍然是温室气体的净贡献者。
西尔西奥承认，“这太好了，难以置信，但美国环保署估计，如果美国所有的城市固体废物都用等离子体处理发电，我们可以生产我们总电力需求的 5% 到 8% 之间——相当于大约 25 个核电站或我们目前所有的水电产量。” 随着美国预计到 2020 年每天产生一百万吨垃圾，使用等离子体来回收其中的一些能量可能太重要而不能放弃。
更多值得关注的想法
作者：约翰·帕夫勒斯
水泥作为碳海绵
传统的水泥生产至少产生全球二氧化碳排放量的 5%，但新材料可以创造碳中和水泥。伦敦帝国理工学院支持的初创公司 Novacem 使用氧化镁制造水泥，这种水泥在硬化时自然会吸收二氧化碳2。加利福尼亚州 Calera 公司使用海水来封存附近发电厂水泥中的碳排放。
新型蜜蜂
自 2006 年以来，蜂群崩溃症 (CCD) 已经杀死了超过三分之一的蜜蜂群。依赖蜜蜂为杏仁、桃子和苹果等作物授粉的农民正在寻求蓝色果园蜂来弥补这一不足。
一只高效的 Osmia lignaria 可以为多达 50 只蜜蜂的领地授粉，但由于它们的独居性，蜜蜂更难培育。这些替补队员不会完全取代蜜蜂，但随着科学家继续努力应对 CCD，它们可以充当农业安全网。
咸水作物
随着世界淡水供应变得越来越稀缺，粮食生产需求膨胀，耐盐作物可以减轻负担。澳大利亚阿德莱德大学的研究人员使用基因工程技术增强了模型作物防止叶片中盐分积累的天然能力，使植物能够在通常会使其枯萎的条件下茁壮成长。如果相同的基因调整在水稻和小麦等谷类作物中也有效——研究人员现在正在测试它们——因干旱或过度灌溉而荒芜的土地可能会变成新的粮仓。
全能机器 微型、无处不在的传感器将使我们能够像网络绘制网络空间地图一样索引物理世界
作者：格雷戈里·莫恩
今年早些时候，惠普宣布启动其地球中枢神经系统 (CeNSE) 项目，这是一项为期 10 年的计划，旨在在全球范围内嵌入多达一万亿个大头针大小的传感器。技术专家表示，这种无处不在的传感网络收集的信息可能会像互联网改变商业一样深刻地改变我们对世界的认知。技术预测家保罗·萨福说：“人们不知道网络即将到来。” “我们现在正处于普及传感的时刻。一场令人震惊的革命即将到来。”
多功能传感器或“微尘”的普及，以及计算机分析数据并推荐或启动对它们生成的数据的响应的能力，不仅会增强我们对自然的理解。它可能会导致建筑物管理自己的能源使用，桥梁在需要维修时向工程师发出信号，汽车跟踪交通模式并检测坑洼，以及家庭安全系统区分入侵者和狗的脚步声，仅举几个例子。
CeNSE 是迄今为止宣布的最雄心勃勃的项目，但惠普并不是唯一一家开发技术以实现普及传感的组织。英特尔也在设计新型传感器封装，许多大学实验室也在这样做。
尽管该领域发展势头强劲，但这传感器遍布的未来绝非必然。这些设备需要生成丰富、可靠的数据，并且足够坚固，才能在恶劣环境中生存。传感器封装本身将很小，但所需的计算工作量将是巨大的。他们收集的所有信息都必须传输、托管在服务器场中并进行分析。最后，总有人要为此买单。加州大学洛杉矶分校的计算机科学家黛博拉·埃斯特林指出：“存在经济学的基本问题。” “每个传感器都是非零成本。有维护、电力、保持校准。你不能只是把它们到处乱扔。”
事实上，惠普高级研究员彼得·哈特威尔承认，为了使 CeNSE 实现其目标，传感器需要几乎免费。这就是惠普正在设计一种单一的、万能的、大头针大小的封装的原因之一，该封装堆叠了各种仪表——光、温度、湿度、振动和应变等等——而不是一系列用于不同任务的设备。哈特威尔说，专注于一种多功能设备将提高产量，降低每个单元的成本，但它也可能允许惠普同时为多个客户提供相同的传感器。
以他的主要工程项目——超灵敏加速度计为例。该传感器安装在一个芯片内，可以跟踪微小的内部可移动平台相对于芯片其余部分的运动。它可以测量加速度变化的精度是任天堂 Wii 技术精度的 1,000 倍。
哈特威尔想象着每隔 16 英尺在高速公路上放置一个这样的针脚。由于温度、湿度和光传感器，微尘可以充当迷你气象站。但加速度计的振动数据也可以进行分析，以确定交通状况——大致有多少辆汽车经过以及速度有多快。他猜测，当地公路部门会对这些信息感兴趣，但也存在潜在的消费者应用。“您的无线公司可能想要获取这些信息并告诉您如何以最快的速度到达机场，”哈特威尔说。
当然，所有这些数据的收集和传输都需要电力，为了保证更长的寿命，惠普大头针不会仅仅依靠电池。“它将具有某种能量收集能力，”哈特威尔说。“也许是太阳能电池板或热电装置来帮助保持电池充电。”
考虑到电力障碍，其他团体正在完全放弃电池。在西雅图的英特尔实验室，工程师乔希·史密斯开发了一种依靠无线电力运行的传感器封装。与惠普大头针一样，英特尔的 WISP 或无线识别和传感平台将包括各种仪表，但它还将从远程射频识别芯片读取器发射的无线电波中获取能量。史密斯说，单个读取器插入墙壁插座后，已经可以为 5 到 10 英尺外的原型 WISP 网络供电和通信——这个距离应该会增加。
史密斯列举了许多与哈特威尔相同的基础设施相关可能性，以及许多其他用途。如果将 WISP 放置在杯子等标准家用物品上，这些标签可以告知医生中风患者的康复进展情况。史密斯解释说，如果患者正常使用的杯子保持静止，那么这个人可能没有起身走动。
普及传感的潜在应用非常广泛——一位物理学家最近联系了他，询问使用 WISP 监测拟议中的中微子探测器外部温度的情况——正如互联网一样，史密斯说，不可能预见到所有这些应用。“就它将对我们的生活产生的影响而言，”哈特威尔补充说，“你还没有看到任何东西。”
万能机器人 您的 PC 可以完成您要求的任何计算任务。为什么机器人不是这样呢
作者：格雷戈里·莫恩
事实证明，机器人是士兵、外科医生和希望保持地毯清洁的房主的有价值的工具。但在每种情况下，它们都是专门为这项工作设计和制造的。现在，一场旨在制造多用途机器的运动正在进行中——机器人可以在办公室或起居室等不断变化的环境中导航，并用手工作。
当然，通用机器人并非新概念。“在过去的 50 年里，人们一直认为通用机器人将在未来 5 年或 10 年内出现，”硅谷初创公司 Willow Garage 的个人机器人项目联合主管埃里克·伯杰说。延迟的部分原因是，即使是简单的任务也需要大量的能力。例如，为了让机器人取一个马克杯，它需要理解各种传感器收集的数据——识别潜在障碍物的激光扫描仪、搜索目标的摄像头、抓取马克杯的手指中的力反馈等等。然而，伯杰和其他专家都确信，未来十年可能会取得真正的进展。
Willow Garage 认为，问题在于缺乏一个通用平台来支持所有这些计算工作。每个人都在从头开始设计机器人以及控制机器人的软件，而不是在一个单一机器的功能基础上进行构建。为了帮助改变这种状况，Willow Garage 目前正在生产 25 台 PR2 型号机器人（“Personal Robot 2”的缩写），这是一种双臂轮式机器，可以拔掉电器插头、开门并在房间内移动。其中 10 台机器人将留在公司内部，另外 10 台将提供给外部研究小组，所有人将共享他们的进展。伯杰说，这样一来，如果你想构建机器人版的 Twitter，你就不会从构建计算机开始：“而是构建新的东西。”
袖珍翻译器 军方语言学家短缺，正在构建基于智能手机的设备来完成这项工作
作者：格雷戈里·莫恩
Sakhr Software 是一家构建自动语言翻译器的公司，最近推出了一款智能手机应用程序原型，可以将英语口语短语转换成阿拉伯语口语，反之亦然，几乎是实时的。这项技术尚未完全为您的下一次开罗之旅做好准备，但由于机器翻译技术的最新进展，加上更高保真度的麦克风的出现以及智能手机处理能力的提高，这项移动技术可能很快就能让说不同语言的两个人进行基本的对话。
在 20 世纪 90 年代之前，自动翻译意味着编写无穷无尽的语言规则列表，这种技术被证明过于劳动密集且不够准确。如今，领先的程序——由 BBN Technologies、IBM、Sakhr 和其他公司开发，作为国防高级研究计划局 (Defense Advanced Research Projects Agency) 旨在消除军方对人工翻译人员的需求的一部分——依赖于机器学习技术。该软件的工作原理是基于并行文本数据库——例如，两种不同语言的《战争与和平》、翻译过的联合国演讲以及从网络上提取的文档。算法识别跨源的短匹配短语，软件使用它们来构建将英语短语链接到阿拉伯语短语的统计模型。
BBN 的首席科学家约翰·马胡尔 (John Makhoul) 表示，当前的技术在局限于具有特定短语和术语的主题领域时效果最佳——例如，将天气预报从英语翻译成法语，或者帮助士兵从现场的人们那里收集基本的传记信息。马胡尔设想，五年后，首批消费者应用程序也将受到类似的限制。智能手机上的旅游相关翻译应用程序可以帮助身处佛罗伦萨的美国人从不会说英语的当地人那里获得 directions，但他们不会聊关于文艺复兴时期的艺术。“它不会完美运行，”他说，“但它会做得相当不错。”
了解疾病是否在您体内生长 复杂的疾病有复杂的原因。幸运的是，它们也留下许多痕迹
作者：梅琳达·温纳
除了某些传染病外，人类的疾病很少有治愈方法。今年将有超过 56 万美国人死于癌症，尽管医生每年进行 25 万例冠状动脉搭桥手术，但心脏病仍然是该国的头号杀手。
最难治愈的疾病是那些需要最长时间才能发展的疾病。它们是您体内数十年复杂分子相互作用的最终结果。然而，这种复杂性也带来了一个机会。科学家们发现，这些相互作用在身体上留下了可辨别的指纹。通过解开复杂的分子线索——身体蛋白质、核酸和代谢物的变化，统称为生物标志物——医生们希望他们很快就能不仅检测到疾病，还能预测即将到来的疾病，以便及时采取行动。
生物标志物并非新鲜事物。自 1986 年以来，医生一直通过测量血液中称为前列腺特异性抗原 (PSA) 的蛋白质水平来监测前列腺癌。但是，依赖单一生物标志物来检测疾病的测试很少见，因为大多数疾病都涉及生物标志物集合的复杂变化。
以精神分裂症为例：在 2010 年 1 月，科学家们将发布一种生物标志物测试，可以将精神分裂症与其他精神疾病区分开来。该测试由位于德克萨斯州奥斯汀的实验室 Rules-Based Medicine 商业化，它基于大约 40 种血液蛋白质的特征。
为了找到潜在有用的生物标志物，研究人员从数千名健康人身上采集血液样本并进行分析。这些样本中的生物标志物水平提供了基线读数。然后，他们对患有特定疾病（如糖尿病或乳腺癌）的人进行相同的操作。如果各组之间出现可重复的差异，科学家可以使用疾病组中的模式来诊断其他人的相同疾病。通过随着时间的推移收集样本，研究人员还可以回顾性分析后来生病个体的早期样本，以识别表明早期疾病或高疾病风险的模式。
Biophysical Corporation 是 Rules-Based Medicine 的姊妹公司，是开发基于血液的生物标志物测试并将其推向公众市场的几家公司之一 [参见 Philip Yam 的“终极血液测试”；《大众科学》，2006 年 6 月]。该公司搜索多达 250 种暗示癌症、炎症、心脏病和其他疾病的生物标志物。Biophysical 的董事长兼首席执行官马克·钱德勒 (Mark Chandler) 表示，测试的真正价值在于长期监测。一个人可以“每月进行一次测试，只需扎一下手指，就能说，我们这里发生了重大变化，表明是早期癌症，”他解释道。
然而，并非所有专家都相信生物标志物的时代已经到来。切丽尔·巴顿 (Cheryl Barton) 是一位独立的英国制药顾问，她在 2006 年撰写了一份关于生物标志物的 Business Insights 市场分析报告，她说她仍然“对它们的临床实用性持有点怀疑”。2009 年 7 月发表在《美国医学会杂志》上的一项针对 5000 名受试者的研究发现，六种心血管生物标志物在预测心脏病方面仅比标准心血管风险因素（例如受试者是否吸烟或患有糖尿病）略好。
更增加整体难度的是，一个人可能患有两种或多种疾病——例如前列腺癌和心脏病。没有人知道多种疾病可能如何影响整体生物标志物特征，也不知道当其他疾病发展时，这些特征会如何变化。“当你 65 岁或 70 岁时，几乎每个人都有其他疾病，”钱德勒说。“我们现在不知道如何处理这种情况。” 科学家们仍然需要辨别哪些生物标志物与疾病真正相关——这是一项艰巨的任务，因为血液中含有数以万计的蛋白质，浓度跨越超过 10 个数量级。
一些公司通过完全避免血液来简化问题。LabCorp 最近将一种生物标志物测试商业化，该测试分析粪便中的结肠细胞，以寻找表明结直肠癌的化学特征。“粪便与结肠内壁密切接触，因此与结肠癌进入血液的罕见分子相比，粪便中会富集更多此类分子，”位于威斯康星州麦迪逊市的生物技术公司 Exact Sciences 的首席医疗官巴里·伯杰 (Barry Berger) 说，该公司开发了这项测试技术。
随着时间的推移，科学家们确信他们最终将破解在嘈杂的数据中找到独特疾病特征的更困难的问题。“进化过程是复杂且未知的，并不总是给我们一条简单的道路，”伯杰指出，“但它肯定给了我们很多机会。”
卫星诊断疾病爆发 太空数据正在帮助追踪和预测致命疾病的传播
作者：凯瑟琳·哈蒙
许多传染病通过鸟类和蚊子等媒介传播。而这些媒介又随着热量和降雨移动。考虑到这一点，研究人员已开始使用卫星数据来监测导致疾病的环境条件。“理想情况下，我们可以预测会导致霍乱、疟疾甚至禽流感等一些重大疫情爆发的条件，”新英格兰大学比迪福德分校的蒂姆·福特 (Tim Ford) 说，他是一篇关于该主题的论文的合著者，该论文于今年 9 月发表在《新发传染病》杂志上。
卫星数据已被用于绘制亚洲 H5N1 禽流感的传播路线图。家鸭是东南亚稻田的常见居民，也是该疾病的主要携带者之一。俄克拉荷马大学空间分析中心副主任肖向明 (Xiangming Xiao) 使用卫星图像绘制该地区的农业模式图。这些地图显示了鸭子最有可能居住的地方，从而也显示了禽流感最有可能传播的地方。
候鸟也携带病毒，但它们的迁徙模式更难预测。肖向明和他的同事将卫星图像与卫星收集的地表温度数据相结合，以估计鸟类以及病毒的轨迹。然后，计算机模型将这些环境驱动因素与流感在人群中的传播联系起来。
当然，并非所有工作都可以外包给轨道观测站。肖向明说，从卫星图像判断禽流感传播的严重程度需要了解有关人类群体的详细信息——例如，某些社区饲养家鸭以供家禽消费的可能性。“卫星监测有能力提供一致的观测，”肖向明说。“另一方面，原位观测仍然非常非常重要，因此关键是将两者结合起来。这是一个真正的挑战。”
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作者：梅琳达·温纳
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注意：本文最初印刷时的标题为“改变世界的想法”。