10种新兴技术将改变世界
1.无线传感器网络
大鸭岛是世界上最先进的无线网络实验的适宜地点。2002年夏季，研究人员把许多被称为“尘埃”的很小的监控装置装到了有海燕巢的洞穴中。这些装置的尺寸只有它们用的电源――一对AA号电池那么大，并且装备了一个处理器，一个小量计算机存储器和监控光、湿度、压力与热量的传感器。另外还具有一个无线电接收器，其功率之大，足以将数据的代码片断传送给附近的“尘埃”和传递以存储段形式接收自临近其它“尘埃”的信息。
这不只是鸟类智能收集中的最新装置。这些“尘埃”还预展着一个到处是以电池为电源的无线传感器网络的未来，这些传感器监控我们的环境、机器甚至我们自己。加利福尼亚大学伯克利分校计算机科学家大卫?卡勒近4年来一直致力于实现这样的未来。他说：“这是信息技术的一大机会，低功率无线传感器网络是计算的未来的先驱。”
2.可注入组织工程
在美国，每年有70万患者要做关节替换手术。这些用人造关节来取代膝关节或髋关节的手术是高度入侵性的，因此很多患者尽可能地推迟手术。霍普金斯大学生物医学工程师埃利西芙希望能用可注入组织这种完全取消手术的疗法来改变这种情况。她开发了一种方法来注射关节，用的是特殊设计的聚合物、细胞和生长刺激剂的混合物，这些混合物可以凝固并形成健康组织。
尽管大部分可注入系统的研究都集中在软骨和骨上，但观察家们认为，这项技术应该扩展到如肝脏和心脏的组织。这种方法可以用来替代一个器官的致病部分，或增强其功能。在出现心力衰竭时，不是打开胸腔植入一个人造瓣膜或肌肉组织，而是简单地注入合适的细胞和作为生长信号的物质的混合物就可以了。在这个领域里，下一个前沿是在一个强大的新工具即干细胞方面。干细胞来源于骨髓和胚胎等，具有分化成为多种细胞的能力。已经探索了干细胞同时长成新软骨和骨的能力，这是组织工程中最复杂的技术之一。他们做出聚合物和干细胞的混合物层，并在每层中注入特殊的化学信号以引发细胞长成骨或软骨。这种混合材料可以简化膝关节替换手术。例如，简化外科医生替换胫骨上部及其上面的软骨的手术。
3.纳米太阳能电池
加利福尼亚大学伯克利分校化学家阿利维萨托斯对于利用太阳能有一个好主意：用纳米技术制造能够像塑料包装纸或涂料一样伸展的光电材料。纳米太阳能电池不仅能与其它建筑材料结合在一起，而且有望最终使太阳能电力作为替代电力广泛应用而且低成本生产。
迄今为止，阿利维萨特斯制造的原型太阳能电池由厚度仅为200纳米的纳米棒聚合物复合材料薄片组成。电极薄层夹在复合材料薄片之间。当阳光照到这些薄片时，它们就吸收光子，激发在复合材料中占90%的聚合物和纳米棒中的电子。结果在电极产生了有用的电流。
初期的成果是令人鼓舞的。但是现在研究中的几个方法可使其性能进一步提高。第一个是阿利维萨特斯等人已经转而使用一种新型纳米棒材料――镉碲化物，它比他们最初使用的材料镉硒化物可以吸收更多的阳光。科学家们在分支组装时将纳米棒排列整齐，这样导电率比随机混合的纳米棒更高。纳米棒太阳能电池可以被铺开、喷射或打印甚至涂敷在表面上。公共汽车上的广告牌也可以是太阳能收集装置。
4.机械电子学
为了提高汽车从燃料经济性到性能的每一个指标，研究人员正在致力于“机械电子学”，这是熟悉的机械系统与新型电子器件、智能软件控制系统的集成。以车闸为例，在今后5至10年内，电子机械传动装置将取代液压缸，电线将取代车闸液流管，软件在驾驶员的脚和使汽车减缓的动作之间进行调节。由于人的生命维系于这些机电系统，因此工程师们正在使用软件来实时确认和改正缺陷，保证这项技术万无一失。
5.网格计算
在20世纪80年代，“互联网协议”使我们可以连接任何两台计算机，并且被称为互联网的大型网络在全球蓬勃发展。90代“超文本传送协议”使我们可以连接任何两个文件，同时被称为万维网的大型在线图书馆及购物商场在互联网上蓬勃发展。现在，迅速出现的“网格协议”可能允许我们连接几乎任何东西：数据库、模拟和视觉化工具，甚至是计算机本身的数字捣弄电源。很快我们会发现我们处身于这个最大的发展之中。
南加利福尼亚大学信息科学学院的卡尔说，如果你想在现在的互联网上找到一些问题的答案，你就会陷入神秘的进入系统程序和不兼容软件。但是使用网格计算，这就非常简单了：网格协议为发现、评估和调用网上任何资源，同时为建立安全与鉴定所必须的安全措施提供标准手段。
全世界进行中的建设依靠许多分布式计算机，实际上它们都使用总线工具包。这些计算机具有空前的计算能力，应用范围很广，从遗传学、粒子物理到地震工程。美国国家科学基金会的价值8800万美元的“万亿网格”计算机是最大者之一。当今年底完工时，这台通用分布式超级计算机的速度将可以达到每秒21万亿次浮点运算，是世界上最快的运算系统之一。IBM、太阳微系统和微软等公司对网格计算的支持正在达到高潮。
6.分子成像
由于细胞生物学、生化制剂和计算机分析的进步，分子成像技术蓬勃发展。分子成像是许多技术的简称，这些技术能够让研究人员看到身体内的基因、蛋白质和其它起作用的分子。世界各地的研究小组正在努力利用磁、核和光学成像技术来研究主导生物过程的分子的相互作用。x射线、超声波和其它传统技术只能向医生提供肿瘤大小等解剖学线索，而分子成像可以跟踪疾病的根源。在一丛细胞中的一个异常的蛋白质的出现可能标志着癌症的开始。放射学家马胡德正在努力将这项技术转入实际医学应用。
可是在细胞活动中探测特殊细胞是很有挑战性的。当研究人员注入一个缚在分子上的标记时，他们面临着区分已经缚上和额外的没有缚上的标记的问题。因此马胡德和化学家们合作开发“智能探针”，探针瞄准目标时，会改变亮度或磁性。
分子成像可用于探测癌症征号，提前数月或几年知道组织变化，毋须外科医生进行组织切片诊断。未来10年内分子成像可能取代乳房X线照片、活体检查和其它诊断技术。尽管分子成像不会完全取代传统成像技术，但是它会对基础医学研究和高级病人护理有深刻影响。
7.纳米印刷刻蚀
世界各地的纳米技术实验室正在开发许多微型传感器、晶体管和激光器。这些器件展示了超快和便宜的电子技术与通信技术的未来。但是，由于缺乏合适的制造技术，要使纳米技术走出实验室是很困难的。用于批量生产硅微芯片的工具对于纳米制造来说太粗笨了，而实验室中的特殊方法又太昂贵和耗时，不实用。
普林斯顿大学电子工程师斯蒂芬?乔认为，一种比印刷机复杂一些的装置可以解决这个问题。他仅仅是将一个硬模具压入软材料，就可以精确地印出小于10纳米的特征尺寸。2002年夏天验证该项技术的潜力时，乔证明了他可以在硅和金属上直接造出纳米特征尺寸。他用一束强激光掠过固体，融解表面到足够压上模具并印出所希望的特征尺寸。他也致力于显示纳米印刷可以解决刻蚀术面临的大挑战：如何将纳米图形刻蚀到硅片上，制造出以后各代高性能的微芯片。
最终，纳米印刷刻蚀技术会成为纳米特征尺寸的低廉和容易制造的方法的选择，用于通信用光学元件和诊断筛选用基因芯片等各种产品。
8.软件保证
计算机会出故障，这是生活常识。当计算机确实出故障时，通常是由于软件的缺陷。一般地说这些故障造成的后果是很小的。但是当软件操纵复杂的分布式系统，如那些支持空中交通控制或医疗设备的系统时，一个出错的代价是非常高昂的，甚至会付出生命。为了避免这样的灾难，林奇等人正在创造他们希望的能编出几乎无错误的软件的工具。
林奇等人在麻省理工学院计算机科学实验室工作，为使软件开发更严格而开发了一种计算机语言和编程工具。林奇指出，土木工程师在别人建造桥梁之前会建造和测试桥梁的模型。然而，编程人员通常以一个目标开始，也可能经过一些讨论，就坐下来编写软件代码。林奇等人的工具使编程人员可以在编写软件之前进行有关软件的模拟、测试和推理。
如同其他很多工作一样，林奇等人的方法是从称为“抽象”的概念开始的，其思想是从对程序目标的高度概括开始，然后写出一系列更加详细的逐步说明，描述该程序可采取的达到目标的步骤和它如何执行这些步骤。
林奇等人使“抽象”思想进一步深化。12年前，林奇开发了一种数学模型，使编程人员更容易判断一组“抽象”是否可以使分布式系统行为正确。她用这种模型创造了一种计算机语言编程器，用以编写“伪代码”以描述程序应该做些什么。这些工具指导编程器注意一般软件测试可能检查不出来的许多出错环节，从而有助于保证软件总是正常地工作。
9.糖原组学
生物技术公司Cytel合成了一种糖（人类身体产生的成千上万种物质之一），希望它能被卖出以真正地促进健康。Cytel的目的是将糖转变为药以驯服免疫系统，使心脏病和手术后的伤害最小化。这个渴望失败了，但是了解并最终利用糖的工作正在兴旺起来，这个领域被称为糖原组学。
对糖原组学感兴趣的原因是，人体中的糖虽然经常被忽略，但却有至关重要的功能。特别是糖通过一种称为糖基化的过程，在稳定和决定蛋白质功能中起着重要的作用。在糖基化过程中，糖单元附在其它分子包括刚刚生成的蛋白质上。
通过操纵糖基化或糖本身，研究人员希望抑制病程，创造新药并且改进已有药物。例如，生物技术公司Amgen通过在分子上附上两个特别的糖制造出了更加有效的畅销药，这种药是称为红细胞生成素的蛋白质，可以促进红细胞生成。
尽管糖具有重要意义，但揭示其秘密的努力长期处在基因和蛋白质研究庇荫之下，一部分原因是没有简单的“编码”来决定糖的结构。这是一个巨大的任务。研究人员估计每个人有4万个基因，每个基因可以编码成几个蛋白质。糖可以改变许多这样的蛋白质，并且不同类型细胞以不同的方式附着相同的糖，从而组成不同的分支结构，每一种结构都有独特的功能。
10.量子密码术
世界在秘密之上运转。没有秘密，政府、公司和个人几乎不能运行，更不谈不上基于互联网的商业。日内瓦大学的吉辛是一项可以增强电子通信安全的技术运动的先驱。吉辛的被称为量子密码术的工具，能够以一种可探测任何窃听企图的方式传送信息。
这项技术依靠应用于原子尺寸的量子物理学，你若试图观测一个量子系统，你就不可避免地改变它。经过10年的实验室试验，量子密码术已接近可行。物理学家和企业家吉辛率先负责将这项技术带向市场。吉辛2001年从日内瓦大学实验室分立出来的公司制成了第一个可商用的量子密码系统。这个个人计算机大小的原型系统包括一个随机数字发生器（为创造解码钥匙所必需的）和发射与探测组成量子信号的个别光子的器件。
传统的密码术集中于开发可靠的数字锁，免使信息落入贼手。但是如果有人偷了钥匙，再好的锁也是不管用的。使用量子密码术，可以肯定钥匙是安全的。用光子的形式传送钥匙，光子的偏振方向是随机的。发送者和预期的接收者一个光子一个光子地比较偏振。窃听这个信号的任何试图，会以发送者和接收者可以探测到的方式改变偏振。然后发送者会发送新钥匙直到其能不受干扰的通过。
吉辛很清楚他面临的挑战。只有在光脉冲可经由空气或光纤而不扩散的距离内量子密码才起作用，放大过程会摧毁量子编码信息。吉辛称，在今后几十年内，只有量子通信广泛存在，电子商务和电子政府才会成为可能。换句话说，大部分技术前景取决于保密学。
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