0

0
0

文字

分享

0
0
0

【Gene思書齋】既科幻又科普的2100科技大未來

Gene Ng_96
・2013/11/05 ・3096字 ・閱讀時間約 6 分鐘

634872692283797500Physics_of_the_Future_HC_KAKU_book

我們可能很難想像未來的生活之面貌,因為總是有意想不到的科技產生,不過科幻小說家還是能讓我們充滿想像。究竟科幻小說家想像的未來又有多真實呢?來讀讀 美國日裔科學家加來道雄(Michio Kaku)的《2100科技大未來:從現在到2100年,科技將如何改變我們的生活》Physics of the Future: How Science Will Shape Human Destiny and Our Daily Lives by the Year 2100)這本既科幻又科普的好書吧。

雖然說《2100科技大未來》是要預測未來近一百年的科技發展,不過其大半內容,主要還是要介紹現代最尖端的先進科技,以及那些尖端高科技在未來的發展。 這個任務,最有資格的執行者之一,就是作者加來道雄。和凱文.凱利(Kevin Kelly)的《科技想要什麼》What Technology Wants)偏重哲學式思考不同的,《2100科技大未來》更在乎的是科技的務實發展;其預測的未來也比《富足:解決人類生存難題的重大科技創新》 Abundance: The Future is Better Than You Think)預測的還更長遠,而且不像後者還需顧及政策面(請參見〈究竟科技想要什麼?〉〈理性樂觀的富足〉)。

加來道雄是紐約市立大學理論物理學教授,超弦理論(Superstring)的奠基者之一。他同時是Discovery頻道《科幻成真》(Sci Fi Science: Physics of the Impossible)的節目主持人。他主持了兩個廣播節目:《探索》(Explorations)和《奇幻科學》(Science Fantastic),在超過140個廣播電台播出。他還著有《穿梭超時空》(Hyperspace)、《愛因斯坦的宇宙》(Einstein’s Cosmos)、《電影中不可能的物理學》(Physics of the Impossible)、《NEXT 20 years and after》(Visions)、《平行宇宙》(Parallel Worlds)等書,大多也有繁體中文版。

加來道雄推估,我們人類社會將會在科技大幅飛躍下,在百年內進入第一型行星文明。至於啥是行星文明?加來道雄指出,那是能夠充分控制居住行星能源來源的文 明。我們現在的文明,大概是一個0.7型的行星文明。第二型文明可能開發恆星輸出的全部能量。而進入第三型狀態以後的文明,將已經探索過星系內的多數地 方。

加來道雄探討人類文明的幾個進展方向,分別是「電腦的未來──心靈控制物質」、「人工智能的未來──機器的興起」、「醫學的未來──完美與超越」、「奈米 科技──萬物始於虛無?」、「能源的未來──來自眾星的能源」、「太空旅行的未來──奔向眾星」、「財富的未來──贏家和輸家」、「人類的未來──行星文 明」。

不過,科技始終來自人性,即使未來人類文明進展至行星文明,人類還是會深受穴居人原則的約束,也就是說我們演化千萬年而來的原始慾望(娛樂、情感、社交等),仍然不會受到高科技的改變,而且會繼續影響我們的行為、決策和選擇。

加來道雄指出,在電腦的未來中,軟性電子紙會當道,而類似Google眼鏡的也將進展至隱性眼鏡的地步。晶片將會在功能更為強大下繼續縮小,而且在生活中 各種物品中無所不在。不過加來道雄也提到晶片的縮下有其物理限制,並嚴正警告矽谷該設法準備面對,否則矽谷也會淪落成下一個鐵鏽地帶。未來甚至會出現可以 接收腦波的晶片,然後控制的物體移動和運作,我們就可以念力控制物質,未來人類就會像神話中的天神般!

《2100科技大未來》揭示的未來世界,機器人無處不在,雖然它們未必都以人形現身。機器人漸漸取代單調的工作,並代替我們去從事危險的工作。台灣未來老 齡化社會最大的隱憂是老年照護,而未來機器人可以勝任這個工作。而人工智能,也要對人類友善,以免人類淪為機器人的奴隸。

未來我將可以便宜地取得自已的全基因體(書中用「基因組」一詞)的序列,瞭解自己罹患疾病的風險,還可以為「體質」量身訂做藥物和療法呢(請參見〈從基因標靶藥物,到實現個人化醫藥的未來基因體醫療〉)。生物醫學家還能夠利用幹細胞加上3D列表機印出完整的人體器官(請參見〈第三次工業革命的自造者時代〉)。甚至還利用基因療法來改善自己或下一代的遺傳,不過這在生物倫理學界仍有極大爭議(請參見〈人性正義的反對完美〉),我想加來道雄這位物理學家有點太單純了。

《2100科技大未來》還預測出可以隨時監控癌細胞晶片,在我們吃喝拉撒睡時守護我們的健康。其實,儘管所有動物都難逃一死,不過並非所有動物都會經歷老 化(例如海龜等爬蟲動物,不是老死,而是因為意外、饑餓或被獵食而死),因為只要我們掌握這些動物不老的秘密,我們就能減緩老化、延長壽命。

未來科學家和工程師會開發出利用分子、甚至原子層次的奈米裝置。在醫療方面,癌細胞在被上述晶片測偵出時,就利用奈米裝置巡航我們身體,把癌細胞找出並消 滅它們。雖然晶片可能無法再更為強大下繼續縮小,但是量子電腦或是DNA電腦出現可以取代晶片的不足。可程式化材可能將會讓《魔鬼終結者第2集》 (Terminator 2: Judgment Day)中可以改變形狀的殺手機器人可行,不過與及用來當殺手,我們將會用可程式化材來製造建築、家具等等吧,還可視使用情況或心情調整形狀和結構呢。

《2100科技大未來》指出,受控核融合將完全取代石油的乾淨能源方案,書中清楚並深入淺出地解釋了受控核融合在工程上的可行性及困難處。不少物理學家也對受控核融合在我們有生之年成為實際運作的科技深具樂觀的信心(請參見〈給未來總統的物理課-必須面對的科學真相〉)。還有利用室溫超導體可以做出磁浮科技,未來汽車、列車可以高速在低阻力的情況下行駛。室溫超導體也可以大幅降低電子在纜線內傳輸的耗損,讓未來電力經濟地超長距離傳輸成為可行。

談科技未來,不免俗一定得提到星際旅行。《2100科技大未來》指出,未來利用大空電梯探索《地心引心》(Gravity)中呈現的地球美景,將不再是夢 想而已。而人類下一趟最大探險,將會是火星登陸。我們甚至有可能再利用當時的高科技,改變火星大氣而讓人移居。我們也將會派機器人前往其他太陽系探險。

最後,《2100科技大未來》討論人類的財富未來。加來道雄指出,科學實際上就是經濟繁榮的引擎,也有經濟學家同意並也提出現在的經濟停滯發展就是因為受限科技進展(請參見〈軟柿子不再垂得低低的大停滯〉)。《2100科技大未來》也表示,未來主要的工作將是屬於需要有判斷力與創造力者。機器人將取代只能執行單調重複動作的工人。未來的人生勝利組將是屬於能夠好好用心地利用知識提供有效判斷力的人。

加來道雄卻感嘆現在美國的金頭腦大都跑去華爾街玩財富轉來轉去的炒作遊戲,而非投入科學與工程的研發。當然金融業的資金流動對科技業也很重要,但過猶總是 不及的。再加上,歐美日等先進國政府也因舉債過高而大砍科研預算,而且也有新自由主義論者從沒弄懂,政府才是高風險科研唯一也是最佳的支助者,因為極少有 大企業有能力和心思會想要進行革命性科技的研發,而僅是把政府支持研發出的知識做應用性開發。

我們未來的前途,可能不是科學家和工程師的能力問題,而是政治和經濟能否有足夠的智慧允許科學家和工程師從事未知知識的研究探索。因此,《2100科技大 未來》所樂見的高科技文明的願景,只要在世界各大國政府仍然還有遠見地繼續大力支持和贊助科學研究的情況下,就會是我們人類的實際未來!

本文原刊登於Readmoo.com【GENE思書軒】,並同步刊登於The Sky of Gene

文章難易度
Gene Ng_96
295 篇文章 ・ 16 位粉絲
來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

0

0
0

文字

分享

0
0
0

看過「水熊蟲」走路嗎?——牠的步態與 50 萬倍大的昆蟲很相似!

Riley Tu_96
・2021/09/17 ・2195字 ・閱讀時間約 4 分鐘

不到一毫米身長的水熊蟲,是一種多細胞微小的生物,在 18 世紀被科學家發現,歸類於緩步動物門,目前全球被發現大約有 1000 種,棲息地在淡水沉積物、苔鮮類的水膜以及少數種類棲息於海水的潮間帶,在喜馬拉雅山脈或深海都可以發現牠們的身影。

聽起來毫不起眼…嗎?那你就錯了,牠可是目前是第一種被認證可在太空中生存的動物,堪稱地表上最強的生物!

水熊蟲在顯微鏡下的樣子。圖/flicker, CC BY 2.0。

環境不太舒適? 那就「假死」一下吧

水熊蟲體長通常在 0.3-0.5mm 左右,擁有頭部和四個體節,身體的表面含有幾丁質(節肢動物外殼的成分),擁有 8 隻腳,末端有爪子、吸盤跟腳趾,在顯微鏡下觀察,看到牠們身形飽滿、動作又笨重,所以被科學家稱為「水熊蟲」。

在 2019 年年 2 月 21 日,以色列的太空船創世紀號墜毀在月球,卻意外發現有大量的水熊蟲在 DVD 大小的鎳片,其實在 2007 年 FOTON-M3 任務,水熊蟲在太空待了十天,隨後回到地球,發現約 70% 的水熊蟲存活,並成功繁衍後代。

水熊蟲可以在乾燥、高溫(約為150 °C)、絕對零度(-272℃),面對輻射以及真空下的環境存活,因為具有四種隱生狀態,低濕隱生、低溫隱生、變滲隱生跟缺氧隱生,面對不利於生存的環境下,牠們會捲縮起來,讓水分排出、暫停身體代謝,處於「假死」的狀態!

科學家們表示微重力和宇宙輻射,對水熊蟲影響不大,未來有望在太空研究中扮演重要的角色!

水熊蟲可以上山下海,不禁讓人心想,那些因太空船墜毀而登上月球的水熊蟲,至今是否還能行動? 

名子有「熊」、長了八隻腳,步態卻像蟲?

最近刊登在「美國國家科學院院刊」(Proceedings of National Academy of Sciences, PNAS)的一項新研究,透過用高速攝影記錄了水熊蟲的移動,意外發現水熊蟲的爬行方式跟比自己大 50 萬倍的昆蟲相似。

通常尺寸像緩步動物門一樣小的生物很少有腳,牠們不走路而只會四處滑動亂竄;水熊蟲卻擁有 8 隻腳,是一種很特別的生物,讓科學家不禁好奇,這麼微小的生物是利用什麼方式移動,於是對牠們進行了研究。

圖/GIPHY

洛克菲勒大學的研究團隊,在顯微鏡下長時間持續觀察水熊蟲,並記錄其行走的步態(走路時身體各部位週期性的動態表現)。研究人員 Jasmine Nirody 表示,水熊蟲在沒有外力干擾下,有時牠們會很冷靜,以每秒半個身長的速度悠閒地漫步;當牠們看到對自己有吸引力的事物,這時會像踩了油門般,加快速度往目標物前進,可以達到每秒兩個身長。

研究團隊從水熊蟲移動的步態,以科學角度來解釋,我們平常走路,腳跟後蹬,此時會產生靜摩擦力,所以水熊蟲的爬行是靠著腳與地面接觸獲得動力,然而當我們行走在不同環境 ( 光滑或粗糙地面 ) ,會受到不同壓力、產生靜摩擦力不同,不過牠們的肢體協調很靈活,不管在大海或沙漠,牠們都會去應變不同環境!

水熊蟲跟昆蟲、甲殼類動物很相似,牠們都是在不同速度下步態相同,而脊椎動物會依據不同的速度改變其步態。

對此,研究團隊有兩種解釋,第一種是緩步動物可能跟螞蟻或是果蠅這類昆蟲或其他節肢動物有演化上的共同祖先,甚至有相似的神經迴路;第二種可能性是緩步動物和節肢動物並沒有共同的祖先,這兩類不同群體的生物為了生存,而進化出相同的行走。

但這只是兩種假設性說法,到底答案是什麼,還需要科學家們進一步研究。

水熊蟲的一小步,是科技上的一大步

水熊蟲的研究除了對動物運動學有很大的進展,科學們之後有望研究出,微小尺度行動的機器人!

某種水熊蟲的雌蟲。圖/WIKIPEDIA, by Gąsiorek P, Vončina K。

例如 2020 年美國康乃爾大學跟賓夕法尼亞大學的研究團隊,設計出小於 0.1 毫米的微小機器人,一塊晶片上就可以製造出約一百萬個機器人。

從 4 吋晶圓切下的一塊晶片上,表面約有 100 萬個微型機器人。圖/參考資料 4

這個微小型機器人由矽太陽能光電材料製作的簡單電路,跟四個電化學執行器製成的腳組成。研究團隊把機器人放在 200 微伏電壓、10 奈瓦功率的雷射光照射,從顯微鏡下觀察,會發現這些機器人在液體中游動。

這些機器人目前只能移動,其他功能還需要開發,水熊蟲的研究對微小型機器人的設計有很大的幫助,如果機器人再經過改良,在醫學上也有幫助,例如:運送藥物、人工受精、執行組織切片或微型手術等,雖然當中也有風險,需要經過跨領域的專家協助,找出適合臨床的使用。

除了微小型機器人,也對仿生機器人有幫助,其中昆蟲機器人考量到複雜機構學、運動學、動力學、昆蟲步態等研究,未來昆蟲機器人朝向以微小尺度、可進入角落或縫隙、環境監測等目標前進!

參考資料

  1. Creature Survives Naked in Space, SPACE.com
  2. ‘Water bears’ are first animal to survive space vacuum, New Scientist.
  3. The physics behind a tardigrade’s lumbering gait, Science Daily.
  4. Electronically integrated, mass-manufactured, microscopic robots, Nature.

Riley Tu_96
4 篇文章 ・ 7 位粉絲
一個喜歡涉略很多事物,卻被物理耽誤的女子。
網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策