即將改變的20大科技創新 機器人上榜
http://www.zouyunfu.com編者語：令環境更清潔、令人類更健康、令生活更智能……
居民免費享用太陽能電池板，人們能夠實時了解的一切——并非在網絡，而是在供人類生存的物質；醫生可以提前數年預測某種疾病的侵襲。如果這些 都成為現實，會發生怎樣的變化？那些改變的計劃將為我們揭開謎底。一系列構想組成了簡單
而又雄心勃勃的圖景，以至于我們現在不可能預言全部影響。 《科學美國人》雜志的顧問及編輯委員團挑選出來自能源、運輸、環境、電子和機器人以及醫學健康這五大領域的多項計劃，凸顯了科技改變生活的無窮力量。其中 一些計劃正在實施，其他的尚在科研轉化階段，毋庸置疑的是，這些創新計劃當屬有希望為人類排憂解難的錦囊妙計。
能源
免費太陽能計劃
一批新興企業打算免費為你家安裝太陽能電池板。
太陽能的大攔路虎就是資金。在美國，即使有政府出臺的鼓勵政策，居民在屋頂安裝一套能夠提供房屋全部能耗的太陽能電池板仍耗資巨大，所需費用足夠支付未 來7~10年的電費。好在一項財政創新為那些期望節能減排并且縮減電費開支的房主另辟蹊徑：先免費安裝太陽能電池板，然后一邊使用，一邊付款。
該政策的實施流程類似住房抵押貸款。銀行或市政債券持有人為組織或個人付費安裝太陽能電池板，后者則定期償還前者的投資。這樣一來，房主便可直接或間接購 買自家屋頂上的太陽能電池板產生的電能，每度電的成本低于電網供電的價格。由于新一代太陽能電池板運行穩定，使用壽命長，因此對于投資者來說，這是一項安 全投資，同時房主也縮減了開支，更不用說體會減少碳排放帶來的滿足感了。對此，美國日光城公司（SolarCity）的創辦人之一彼得·賴夫（Peter Rive）說：“此舉不僅使人們無須為獲得太陽能節衣縮食，還能讓使用者從天起便減少開支。這僅是個開始。”
日光城是參與此政策大的家用太陽能電池板裝卸公司。該公司于2006年由一對企業家兄弟投資創立，他們還在硅谷創立了多家企業。日光城將太陽能電池板租 用給房主并提供免費的電力。房主實際上需要支付大幅減少的電費（陰天的時候用戶仍然需要公用電網供電）外加使用電池板的月租金。這兩項費用之和低于使用太 陽能之前的電費數額。舊金山的SunRun公司也為用戶提供類似服務，不同之處是該公司直接向用戶收取電費，而非太陽能電池板的租金。
美國伯克利和博爾德等城市率先實施了為個人提供太陽能電池板購買和安裝全額貸款的財政計劃。這筆費用由市政債券先行支付，然后作為財產稅的一部分由房主在 20年內還清。實際結果是，用戶以稅務、租金或長期電力合同的方式支付使用太陽能的費用，而這筆費用低于目前的電費開銷。
美國加利福尼亞大學伯克利分校可再生及替代能源實驗室負責人丹尼爾·M·卡門（Daniel M. Kammen）評論說：“真正值得稱道的是，我們轉變了用戶購買能源產品及服務的思維方式。”卡門初步分析了伯克利貸款計劃，他相信該計劃讓用戶能夠借助 財政力量，克服使用可再生能源相對于使用當前能源的固有劣勢：現存輸電網的基礎設施已搭建完善，居民已經為此埋單數十年，政府也給予過無數補貼。
上述三種方式正風靡美國。除了已實施將近兩年的伯克利財政計劃，美國還有其他10個州也訂立法案允許開展伯克利式的基金投資貸款項目。在《韋克斯曼—馬基 氣候議案》（Waxman-Markey climate bill，又名《美國清潔能源及安全條例》）的促動下，或許聯邦法律將強制此能源項目在城市里實行。總部設在馬里蘭州的愛迪生太陽能公司 （SunEdison）目前正在美國9個州開展業務。日光城公司已擁有遍及加利福尼亞州、亞利桑那州以及俄勒岡州的4,000多位用戶，并將在2010年 把業務推向美國更多的州。
當前的技術水平還不足以使屋頂太陽能的總成本降低到與傳統電網等價的程度。也就是說，如果沒有類似投資稅減免這樣的政策優惠，太陽能轉化項目的花費仍舊高 于地區公用設施供電。太陽能電池板安裝費用的30%來自財政補貼，這種補貼至少還將維持8年。日光城公司及競爭對手堅信，到那時它們將不再需要這些補貼。
考慮到資本成本、電池板成本、安裝費用以及地區日照強度等諸多因素，愛迪生太陽能公司分管市場的副總裁阿蒂拉·托特（Attila Toth）認為：“實現與傳統電網等價取決于多方面因素，不同的州完成這一目標所需的時間不盡相同。在未來的3~5年內，加利福尼亞州有望成為首批達到太 陽能與電網等價的州。”
在過去10年里，化石燃料成本以每年3%~5%的速度上漲，相比之下，如果太陽能電池板的使用數量再翻一番，成本就會下降約20%。不斷增加的化石燃料成 本與逐步降低的太陽能轉化成本交匯之際就是實現太陽能與電網等價之時，而后太陽能將在更多地方派上用場。難怪主推電動汽車的美國特斯拉汽車公司 （Tesla）高管埃隆·馬斯克（Elon Musk），居然會成為日光城公司的董事會成員。
汽油花園
科學家試圖利用基因工程種植以烴類化合物為正常代謝副產物的植物，以期獲得新一代生物燃料。這樣一來，僅靠陽光和二氧化碳便可獲得以汽油為主的燃料。埃克 森美孚（Exxon Mobil）公司于2009年7月份宣布投資6億美元，目標是培育出可以實現這一
轉化功能的藻類。此外，朱爾生物技術公司（Joule Biotechnologies）宣稱已經取得成功，盡管它們尚未透露任何專利細節。
熱核發電
核反應堆的燃料不于鈾和钚。經過傳統裂變原料“”后，釷能夠建立起一種自我維持的增殖反應，形成適用于核能發電的鈾233。此外，這種反應還有另一個好處——防止核擴散，因為終產物釋放的伽馬射線會使燃料處理變得異常危險，并且易于。
信息節能
研究表明，僅須讓用戶了解他們的能耗狀態便可節省5%~15%的用電量。智能電表可以讓用戶隨時了解每臺電器的耗電量（見左圖）。出售智能電表的公司如雨后春筍般興起，谷歌和微軟也各自聯合地區公用事業，以方便用戶利用網絡電力使用狀況。
高空風力
美國斯坦福大學2009年7月份公布的一項研究結果顯示，海拔數萬英尺（1英尺約等于0.3米）之上的持續風能，只需1%便足夠提供全部人類文明所需的能 量。美國加利福尼亞州天空風力公司（Sky WindPower）提議，通過建造系于地面的大型空中風車機群（見下圖）來獲取這部分風能，意大利的凱特根公司（Kite Gen）更是計劃使用風箏來完成這一壯舉。
運輸
擺脫石油依賴癥
充電式混合動力車是解決 短途運輸的長久之計。
在美國，從地下開采的石油中有40%是被貨運卡車消耗掉的，而大部分消費者都在關注如何降低轎車的油耗。非營利性清潔運輸技術組織Calstart副 總裁、混合動力卡車用戶論壇主管比爾·范安布格（Bill Van Amburg）說：“民眾尚未察覺，即便是一輛小卡車，它的油耗也遠遠過了普通轎車。一輛混合動力多功能卡車的節油量是9輛豐田普銳斯環保汽車都無法媲 美的。”
目前美國大約有1,300輛商用混合動力車已經上路，它們的燃油效率是常規汽車的兩倍。但是這些傳統的混合動力車具有先天缺陷。通過回收剎車過程中損失的部分能量，它們利用汽油燃料的效率還能進一步提高。
另一方面，充電式混合動力汽車依靠電網供能。充電后它們無需任何化石燃料即可開動，多數情況下足夠一整天的行駛里程。新技術使汽車能耗由依靠汽油向依靠電網轉變。（2008年全美30%的電力由零碳排放的可再生能源及核能提供。）
將充電式混合動力技術運用于卡車在諸多方面都比運用在小轎車上更有意義。貨運卡車日行程較短，再生制動系統（regenerative braking）可在多次停靠時發揮功效。例如，全美郵電行業共有20多萬輛郵政卡車，其中大部分日行程不足20英里。此外，這些汽車夜間可進入車庫，由 120或240伏特電源充電。
美國能源部近斥資4,540萬美元，啟動了全國大的商用充電式混合動力汽車項目，計劃在2011年初使378輛中型卡車投入使用。這些卡車將組成50 個市政和公用車隊，顯著的特點是裝配有伊頓（Eaton，一家大型電器元件生產商）提供的動力系統及福特公司制造的F-550型底盤。（福特公司出于自 身考慮，要等商用充電式混合動力卡車證實有市場潛力后再進行自主研發。）美國南加利福尼亞州電力汽車協會主席保羅·斯科特（Paul Scott）預測：“這些（充電式混合動力）汽車將在2011年重拳出擊。”
新興汽車公司布萊特動力（Bright Automotive）的計劃更為龐大。他們打算于2014年之前將至少5萬輛卡車替換為混合動力卡車。該公司的新型汽車艾迪亞（IDEA，見右上圖）能 夠依靠蓄電池行駛約65千米，電池耗盡后可換用百千米油耗約5.88升的四缸引擎驅動。利用鋁材料制成的流線型車身具有更強的空氣動力性能，使它的載重量 堪比郵政車，而自身重量卻僅相當于中型轎車。
布萊特動力的創始人約翰·E·沃特斯（John E. Waters）曾是通用公司創新型電力汽車EV1蓄電系統的開發者。他宣稱每輛艾迪亞汽車每年能夠比現有的多功能卡車節省5,700升汽油，并減少16噸 二氧化碳排放。沃特斯稱，只待4.5億美元的政府貸款到位就可立刻動工裝配生產。
除了減排效果，新型卡車的主要用戶更多地還是考慮切實利益。艾迪亞的終報價尚無定論，布萊特公司的執行官對此閃爍其辭。不過他們說，如果用戶擁有 2,000輛新型卡車，保證每周使用5天、每天行駛130千米，一年下來就能節省720萬美元。但現在不會有人會在毫無折扣的情況下大量購買，除非政府開 始征收二氧化碳排放稅。盡管生產成本會隨產量增加而下降，但范安布格估算，目前每輛汽車升級為混合動力還是需要花費3萬~ 5萬美元。
蓄電池技術的改進也將助一臂之力。現在僅那套13千瓦時鋰電池組的費用便占據了艾迪亞汽車總成本的1/4。針對雪佛蘭Volt和其他充電式混合動力汽車的 電池組所做的大多數研究，也都應該應用到商業化電池當中。布萊特公司分管產品開發的副總裁戴維·勞桑（David Lauzun）表示：“盡管我們都想做到盡善盡美，但只有等到新動力汽車具備了經濟競爭力，人人都在說‘我必須去買一輛，因為它太省錢了’的時候，它們才 能占領全球市場。”
快速公交系統
地鐵式公交線路撐起未來城市客運重擔。
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