實驗室

生物醫學

感知紅外線

概述：一般來說，大鼠看不見紅外線，但是在杜克大學的神經生物學家Miguel Nicolelis那里，大鼠會以觸覺的方式探測到紅外線。Nicolelis和他的研究團隊將紅外線探測器和電極用電線相連，再把電極植入哺乳動物腦部負責觸覺知覺的信息處理部位。

Nicolelis的實驗室研究如何把腦部細胞和腦及接口及神經假體的外部電極在病人和非人靈長目動物的腦中連起來，讓受試者和實驗動物僅靠意愿就能移動四肢。他的研究表明，猴子不需移動自己的身體，僅靠腦部的電活動就能控制虛擬手臂觸碰虛擬的物體。

他的這項研究表明，大鼠的大腦皮層既可以對紅外線感應器產生觸覺感覺，也可以對胡須觸碰產生同樣的感覺，就好象皮層把自己分成了相同的兩部分，讓腦細胞可以同時處理這兩種不同的信息。

腦部的可塑性和目前的光遺傳學方法存在抵觸。光遺傳學通過腦部刺激表明特定的神經細胞類型被刺激后會產生一種神經功能。而刺激大量的細胞類型也許會幫助腦皮層區域適應新的感覺來源。

展望：目前人類使用的腦控假體的主要問題之一在于病人不能感覺他們碰到的東西。而Nicolelis的研究有望讓癱瘓的病人不僅可以移動他們的肢體，還能讓他們感覺手上的物體，分辨腳下的地形。

Nicoleis還表示對紅外線的感知也許可用于外骨骼的建造中。病人穿上這樣的外骨骼外以后，可以產生四肢的位置感覺，還能對四肢碰到的物體產生觸覺。

研究模式

通過眾籌來研究

通過眾籌面來的生物分析程序具有前所未有的精確度和極快的處理速度。

概述：哈佛大學醫學院、哈佛大學商學院和倫敦商學院的研究顯示，眾籌平臺可以比傳統方法更好地解決復雜的生物學問題，而所用的成本只有原來的一小部分。

TopCoder是一個有著超過45萬算法專家和軟件開發者的眾籌平臺。研究人員和TopCoder合作，研發出一套可以分析大量數據的程序，可以分析和抗體及T細胞受體相關的基因及基因突變的數據。人的免疫系統只需要數量有限的基因就可以應對幾乎數量無限的入侵者，而對這一機制的了解一直以來都是巨大的挑戰，好的方法很少。

研究人員向TopCoder提了一個他們認為幾乎無法實現的目標寫出一套預測算法，比現有的Amaout算法或BLAST算法的質量提高一個數量級，滿足越來越大的數據分析需求。僅僅過了兩周，就有122個人提出了可行的方案。在這122個方案中，有16個更加準確，而且比BLAST快了多至1000倍。研究人員用開源許可發放了表現最好的5個算法。

展望：加裝鋸齒狀鱗片可以在傳統的LED生產完成之后進行，因此該技術的一個優勢就是它可以覆蓋在幾乎每一個市售LED上。研究者預計在未來的幾年內LED制造業可以使用上這種技術。

計算科學

能聽話的機器人

概述：法國國家科學研究中心Peter Ford Dominey研究組的科學家在多年的努力后，可以讓iCub仿人機器人理解說出來的指令，學會學習。

這項研究依賴于“簡化人工腦（simplified artificial brain）”的研發工作。簡化人工腦可以產生一些在人腦中可見的周期性連接。人工腦系統可以讓機器人學習，并隨后理解包含新語法結構的新句子。在經過學習過程以后，機器人可以把兩個句子結合在一起，甚至還能在句子尚未說完之前預測它如何結束。

法國國家科學研究中心等機構的研究人員基于人腦運作的基本原理，成功地研發出“人工神經網絡”，可以學習新的語言。這一研究建立在對人腦和學習機制的長期研究之上。

語言處理中最值得注意的一點之一是整個過程的速度。比如人腦可以實時處理一句話中的第一個詞，并預期處理接下來的詞，這讓人類處理信息的速度加快了。而且，人腦還能連續的通過對比新信息和已有信息來持續地修正預期，整個過程都是實時的。在人腦中，連接額葉和終腦的部位在這一過程起到了重要作用。

研究人員隨后把“人工腦”整合到了iCub仿人機器人中。在視頻演示中，一位研究人員用語言要求iCub機器人指向一個吉他，并讓機器人將一把小提琴放到吉他的左邊。在完成任務之前，機器人重復指令語句，并對其進行解釋，證明自己完全理解了整條指令。

展望：對研究人員來說，這項研究可被用于和語言處理相關的腦疾病的研究中。此外，也許有一天，機器人可以根據這一研究結果最終學會一門語言。目前，工程師還不能把所有機器人所需的知識通過程序教給機器人。也許讓機器人學會這些知識的更好的辦法是讓它們像孩子一樣學會學習。

生物群

讓海藻產油

概述：第一代生物產油和生物乙醇（從單作棕櫚油、甘蔗和玉米等中獲得）有不少問題，讓其吸引力變小。作物需要大量耕地和淡水，而且產油會減少食物產品的產量。

第三代生物柴油則是從類似海洋浮游生物中提取碳水化合物，創造能量。這種方法有一些優勢。首先，海藻的單個細胞產能量更高，只需要作物種植面積的4%到7%，海藻就能產生相同的能量。第二，培養海藻不需要淡水，而海水非常充足，所以海岸線上的干旱地區也可以培養海藻。最后，海藻并非人類的食物來源，所以無需擔憂影響食物產量的問題。

雙鞭毛蟲門的一種微藻類（dinoflagellate microalgae）就可以用來作為簡便廉價地生產生物柴油的原材料。這一結果來自巴塞羅那自治大學（Universitat Aut6noma de Barcelona）和西班牙國家科學委員會（Spanish National Research Council）科學家合作完成的一項研究。

巴塞羅那自治大學的研究人員分析了不同種類的微藻類生產生物柴油的潛力。他們比較了微藻類的生長、生物質和單個細胞的脂含量（對產油來說十分重要）。

這項研究表明，雙鞭毛蟲門中的一類微藻非常適合用來培養獲得生物柴油。這種藻類以前并沒有吸引太多的注意力。研究人員在各種不利的條件培養這種微藻：沒有人造光和溫度控制，沒有高能耗，帶有季節變化。對4年實驗產生數據的分析顯示出了很有前途的結果：即使在不加控制的環境條件下，這種微藻也可以生產生物柴油。

展望：研究人員表示，如果在做一些簡單的改變，可以優化海藻產能的過程，那么培養這種海藻以獲得生物柴油將會成為沿海城鎮能源供應的一種新選擇。優化包括使用空氣泵和更有效的培養材料。因為這種海藻的原產地在地中海，所以歐洲國家在對其的使用過程中無需擔心意外釋放后會對環境造成不利影響。

材料科學

能導電的有機分子

概述：有機電子元件已經通過智能手機顯示屏沖擊了已有市場，而且在太陽能電池領域也有很大的潛力。這項技術的一大問題在于如何在活性有機化合物層和金屬電極之間建立良好的導電連接。有機分子經常被用于這一目的，但到目前為止還沒有使用的方法可以準確的預測哪種分子可以有良好的表現。所以相關的研究仍處于試錯階段。

而現在，一個由亥姆霍茲柏林能源與材料研究中心（HZB）和柏林洪堡大學（Humboldt University Berlin）的Georg Heimel博士和Norbert Koch教授領導的國際團隊已經發現了能完成連接工作的有機分子的共同特質。這一發現可以讓尋找有機電子設備中金屬電極和活性材料之間的接觸層材料的工作變得更有效率。

利用一些實驗方法和理論計算，研究人員系統地檢驗了不同類型的分子。這些分子的骨架都帶有相同的芳香稠環鏈，而區別只有一個：從骨架中伸出的氧原子數量。研究人員利用電光子能譜（photoelectron spectroscopy）和BESSY Ⅱ同步加速器放射源，研究人員可以鑒定出連接金屬表面和有機分子之間的化學鍵，還能測量傳導電子的能量級。通過X射線的駐波，研究人員還可以測定出有機分子和金屬表面之間的準確距離。

展望：這些實驗表明，從分子骨架上伸出的氧原子和幾種金屬接觸后，分子內部結構會發生改變并會失去半導性質，其表面獲得金屬性質。而只有骨架的有機分子則不會產生這種效應。在觀察到哪些有機分子和金屬接觸后會產生巨大變化后，研究人員可以總結出規律，判斷新的有機分子是否可以成為活性有機材料和金屬層之間的良好導體。