其实地球是一台发电机

    ①我们生活的地球是一颗会发光的星球。不过，它发出的并不是太阳那样强烈耀目的可见光，而是肉眼无法感知的红外线。红外线又称红外辐射，如果你平躺在地面上就可以感受到这种辐射带来的阵阵暖意。从太空轨道拍摄的红外图片上，能更加清晰地看到地球每时每刻都在源源不断地向寒冷的太空发出红外辐射。地球向太空释放的红外辐射蕴含巨大的能量。美国哈佛大学的科学家提出，这种能量不应被白白浪费，因为其具有可用于发电的潜力，是一种被人们长期忽视的宝贵的可再生能源。

    ②利用释放的热量而非吸收的热量来发电，这种想法乍听上去似乎有点匪夷所思。事实上，这不仅具有相当的可行性，而且还有望弥补现有太阳能发电的诸多不足之处。

    ③与其他清洁能源一样，红外辐射发电利用的也是热力学原理——每当有能量从高温处向低温处流动时，就能获得可再生能源。比如，太阳能电池利用的是光能从太阳（高温）向地球（低温）的流动，将光能转换为电能；生物燃料同样如此，只不过其是间接利用了储存在植物中的太阳能；风力发电机的动力来源也是具有一定温差地区间的能量流动。

    ④据估算，地球表面以红外辐射形式释放的总热量约为2000亿兆瓦，其中大部分被地球大气层吸收。但是，大气层对于波长8-13微米的部分红外辐射却没有阻挡作用，结果就造成了地球热量的持续外泄。

    ⑤那么，从地球逸出的这股热能的发电能力究竟有多强呢？通过相关监测设备采集到的数据，哈佛大学研究人员计算后得出，利用红外辐射发电设备可获得的发电量大约是普通太阳能电池的十分之一，发电效率为__%。这一数字显然并不可观，但是研究人员看中的并非发电量的多少，而是发电时间的可持续性。

    ⑥我们知道，太阳能发电具有间歇供电的特点，发电高峰往往和实际生活中的用电高峰不相匹配。而利用地表红外辐射发电，不仅可实现包括夜晚在内24小时持续供电，并且发电的峰值通常为一天的下午和傍晚时段，基本能满足用电高峰需求。在空气较为寒冷和干燥的冬季，发电量还能有所增长。

    ⑦目前对于红外辐射发电来说，最大的问题在于如何提高发电效率。一种最简单的利用温差发电的方法，是用可反射阳光并发出红外辐射的涂料覆盖热电板（一种可将热能转换成电能的材料）的表面，令热电板的温度低于周围的环境温度。这样当地表散发的热量流经热电板时就会因温差形成电流。但是，现有热电板的热电转换效率非常低，流经的热能通常仅有百分之几被转换为电能。成本高，产出少，使得这种方法几乎不具备实用性。

    ⑧为此，哈佛大学研究人员提出了一种以整流天线为基础的新设想。整流天线能接收和传输电磁波，可与带二极管的电路相连。20世纪60年代，美国一家公司研发出一种微波整流天线，可将地面上的能量传输至无人机为其提供飞行动力。这种微波整流天线的能量转换效率可以达到70%。但是，要将这一成功案例运用到红外辐射领域并不容易。红外辐射的波长仅有微波的万分之一左右，因此红外整流天线的长度也要相应地缩短。

    ⑨随着近年来微型天线制造技术的日益发展，红外整流天线的研发已成为可能。红外整流天线外观上与常见的屋顶天线无异，只不过尺寸仅是后者的百万分之一。研究人员设想，将配备有红外整流天线的微型热量采集装置整合到传统的太阳能板上，以增强其发电能力和延长供电时间。

    ⑩将设想变为现实还有不少工作要做。首先，现有红外整流天线产生的电压太小，不足以形成足够大的电流。此外，特定波长的红外辐射产生的交流电电压极不稳定，现有的普通二极管很难与其配合工作。有人建议，以量子力学原理制造的超快速二极管或许可以一试。也有人认为，要从根本上解决问题，还有赖于目前尚处研发初级阶段的新一代二极管的早日问世。

DNA存数据

    ①“欢迎来到DNA数据保护中心！您现在正在档案馆里。”讲解员微笑着做了一个手势，示意我们可以仔细观察这间屋子。仅仅三十多平方米的房间，储藏着全世界三分之一人口的所有数码信息，包括数千亿张家庭照片、音乐、文件和其它影像资料。

    ②这个场景一点也不“科幻”，就像在“硬盘”上保存数据一样，人们已经知道怎么在DNA上保存数据了。2016年4月，著名的好莱坞影视技术公司特艺集团的研发团队宣称自己已经在几段DNA上储存了100万份电影《月球旅行记》的拷贝。

    ③特艺集团的成就并非创举。早在2012年和2013年，就有两个团队将一本300页的书、若干图像、一个PDF文件，甚至声音成功地储存在了DNA上。而这次新奇之处在于第一次成功地把视频资料储存到了DNA上。这也说明现在已经可以在DNA上存储一切数码信息。

    ④如今，人类产生越来越多的信息，而储存它们变得越来越困难。在电脑和手机的时代，我们现在每年制造出来的数据要比人类有文字以来产生的数据总和还要多!预计从2013年到2020年，这一数据量将增长11倍，且这种趋势并无逆转迹象。根据数据储存专业公司易安信的计算，如果用内存为128GB的苹果ipad Air来储存这些数据，所需的ipad Air叠起来可以在地球到月球之间堆六摞。人类呼唤比现有储存系统更高效的新系统。

    ⑤DNA恰能满足以上需求。数十亿年来，它一直是生物遗传信息的载体。DNA能将数量惊人的数据储存在极小的体积里，因此也是最高效的：在体积不到一只蚂蚁的百分之一的人类细胞核中，DNA包含有35亿对碱基，而碱基是编码遗传信息的最基本的材料。在硬盘上，信息以“字节”(0或1)形式记录，每个字节要占200纳米(0.0002毫米)的空间；而在DNA上，记录一个字节只需0.2到0.3纳米。

    ⑥如今，Google、facebook和亚马逊为了储存数据，需要多个面积数倍于标准足球场的数据中心的支持，而且这还很耗电。而用DNA这种新型载体，只需一个汽车后备厢就能满足它们所有数据的储存需求。

    ⑦那么，DNA如何去录视频的呢？特艺集团请来美国基因学家当顾问。他们首先将电影数码化，转化成电脑能识读的二进制语言，也就是转化成一系列0和1的编码。然后研究人员将这些二进制编码转化成由四个碱基（A，C，C，T）构成的DNA编码。得到这这串编码后，就能制成相应的DNA序列，并在合成器（一组能自动拼接A，C，C，T的机器）的帮助下，拷贝数千份。这样就获得了DNA片段，它们如同发丝一样漂浮在装有液体的玻璃容器里，每一份都包含着电影的一个片段。

    ⑧DNA储存的另一张王牌就是它的持久性。只要储藏空间保持寒冷干燥且避光，保存时效可能长达数千年，即使在恶劣环境中其半衰期也超过500年。现有的其他载体，无论是硬盘、CD还是DVD，最多只能保存数十年。并且，这些载体一旦过了保存期限，硬件就会更新换代，再也找不到能读取它们的机器了。但DNA储存就没有此类问题：只要有人类存在，就一定会有破译编码的技术。

    ⑨不过DNA储存还无法立即取代硬盘。读取(排序)尤其是写入(合成)所需的时间还是太漫长了。不仅如此，这两个步骤目前耗资甚巨，合成成本可达数百至数千欧元。

    ⑩但数十年后，或许DNA储存就会普及。对于没有迫切使用需求的信息，我们就可以考虑用DNA来储存。事实上，DNA储存已经引起了电影公司、博物馆、档案馆，还有诸如亚马逊、Google之类有长期信息储存需求的机构的兴趣。

⑪信息技术巨头微软公司即于2016年4月宣布，将购买1000万条DNA，用于研究数据储存。这次，科学终于追上了科幻小说的步伐!

（甲）赵州桥非常雄伟，全长50.82米，两端宽9.6米，中部略窄，宽9米。桥的设计完全合乎科学原理，施工技术更是巧妙绝伦。唐朝的张嘉贞说它“制造奇特，人不知其所以为”。这座桥的特点是：（一）全桥只有一个大拱，长达374米，在当时可算是世界上最长的石拱。桥洞不是普通半圆形，而是像一张弓，因而大拱上面的道路没有陡坡，便于车马上下。（二）大拱的两肩上，各有两个小拱。这个创造性的设计，不但节约了石料，减轻了桥身的重量，而且在河水暴涨的时候，还可以增加桥洞的过水量，减轻洪水对桥身的冲击。同时，拱上加拱，桥身也更美观。（三）大拱由28道拱圈拼成，就像这么多同样形状的弓合拢在一起，做成一个弧形的桥洞。每道拱圈都能独立支撑上面的重量，一道坏了，其他各道不致受到影响。（四）全桥结构匀称，和四周景色配合得十分和谐；桥上的石栏石板也雕刻得古朴美观。唐朝的张鷟说，远望这座桥就像“初月出云，长虹饮涧”。赵州桥高度的技术水平和不朽的艺术价值，充分显示了我国劳动人民的智慧和力量。桥的主要设计者李春就是一位杰出的工匠，在桥头的碑文里刻着他的名字。

（乙）永定河上的卢沟桥，修建于公元1189到1192年间。桥长265米，由11个半圆形的石拱组成，每个石拱长度不一，自16米到21.6米。桥宽约8米，路面平坦，几乎与河面平行。每两个石拱之间有石砌桥墩，把11个石拱联成一个整体。由于各拱相联，所以这种桥叫做联拱石桥。永定河发水时，来势很猛，以前两岸河堤常被冲毁，但是这座桥却从没出过事，足见它的坚固。桥面用石板铺砌，两旁有石栏石柱。每个柱头上都雕刻着不同姿态的狮子。这些石刻狮子，有的母子相抱，有的交头接耳，有的像倾听水声，有的像注视行人，千态万状，惟妙惟肖。

自动驾驶塑造未来

①1939年，通用汽车公司在纽约世博会上展出了世界上第一辆自动驾驶概念车Futuramao此后，科技发达国家都开展了关于自动驾驶技术的初步探索和基础研究。作为人工智能最具商业价值的领域之一，自动驾驶产业广受热捧，发展迅速。国际电气和电子工程师协会预测，到2040年全球75%的新款汽车都将会是自动驾驶。自动驾驶在推动人类交通革命的同时，也必将塑造城市的未来。

②目前，世界各国正在积极开展自动驾驶技术的基础研究，抢占人工智能的竞争高地。2016年，日本发布《自动驾驶普及路线图》，允许自动驾驶汽车2020年在高速公路上通行。2017年，德国通过了针对自动驾驶汽车的法案，并于同年提出了自动驾驶指导原则。我国在2017年发布实施《新一代人工智能发展规划》和《国家车联网产业标准体系建设指南》。当前，我国在自动驾驶道路测试方面取得了突破性进展。2017年12月，深圳首次在开放道路上进行了无人驾驶公交的试运行测试，此后，上海、北京、重庆相继为自动驾驶测试车辆颁发了测试牌照。根据麦肯锡的研究，中国未来可能成为全球最大的自动驾驶市场。

③然而，目前国际上尚无统一的自动驾驶等级划分标准。我国正在积极制定自动驾駛等级划分标准。美国曾将自动驾驶技术分为5个等级。国际汽车工程师学会按照智能化程度将自动驾驶汽车划分为“完全人类驾驶、辅助驾驶、部分自动驾驶、有条件自动驾驶、高度自动驾驶、完全自动驾驶”6个标准等级。据比标准，当前配备自动驾驶功能的汽车几乎都在4级标准以下，且处于基本测试阶段。2017年，加利福尼亚常规公路测试公里数最高的自动驾驶汽车厂商，测试里程总数不超过40万公里，技术人员无干预的行驶里程也低于6000公里。此外，路测也仅限于乘用车场景，并没有实现多个行业都已经出现的应用场景的全覆盖，距离真正意义上“完全自动驾驶”的目标还有相当长的距离。

④作为交通领域的又一次重大革命，自动驾驶将面临一系列复杂的问题。一是[A]自动驾驶引发的社会伦理问题。例如，在将要发生事故时，是拯教车上的乘客还是挽救路人？一旦自动驾驶汽车上路，必然面临上述这类伦理性难题，这些技术伦理价值导向一经确立，将成为自动化规则被大规模植入到自动驾驶程序，对人类社会产生重大影响。二是[B]自动驾驶的安全性问题。2018年3月，接连发生的两起自动驾驶汽车交通事故，敲响了自动驾驶的安全警钟。同时，自动驾驶汽车通过网络与外界实现大规模数据交互，一旦受到网络黑客攻击很可能失去车辆控制权。三是[C]自动驾驶汽车的事故责任主体问题。可以预见，与传统的以司机为中心的责任认定相比，自动驾驶所引发的事故责任主体将会发生改变。随着汽车的控制权被逐渐交给计算机系统，汽车制造商相关产品供应商或者是乘用人，都有可能成为责任主体。

（摘自《光明日报》）