如果太陽能電池板是免費的會怎樣？如果有可能即時瞭解關於世界的一切——不是網際網路，而是活生生的物理世界——會怎樣？如果醫生可以在疾病發作前幾年預測到疾病會怎樣？這就是改變世界的想法的承諾：一個如此簡單但又如此雄心勃勃的願景，以至於其全部影響無法預測。《大眾科學》的編輯和顧問委員會選擇了能源、交通、環境、電子與機器人以及健康與醫學五個大類別的專案，這些專案突出了科學和技術改善世界的力量。有些專案現在正在使用；另一些專案正在從實驗室中湧現。但所有這些都表明，創新是醫治我們弊病的最有希望的靈丹妙藥。——編輯們
零首付太陽能計劃 新一輪初創公司希望在您的房屋屋頂安裝太陽能電池板。前期成本：零
作者：克里斯托弗·米姆斯
阻礙太陽能發展的最大因素是資金。安裝足夠大的屋頂太陽能電池板陣列以產生建築物所需的所有能量，相當於預付未來七到十年電費——這還是在聯邦和州政府激勵措施之後。然而，一項新的融資創新為想要減少碳足跡和降低電費的房主開闢了另一種可能性：免費獲得電池板，然後按需付費購買電力。
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該系統的工作方式類似於房屋抵押貸款。尋求穩定投資回報的組織和個人（通常是銀行或市政債券持有人）使用一筆現金來支付太陽能電池板的費用。房主直接或間接地以每千瓦時低於他們從電網購買電力的價格購買自己屋頂產生的電力。投資者獲得安全的投資——最新一代的太陽能電池板技術可靠地工作多年——而房主每月賬單得到優惠，更不用說大大減少碳足跡的滿足感。“這是一種無需預付任何資金即可獲得太陽能並從第一天開始省錢的方法。這是一個首創，”SolarCity 聯合創始人彼得·裡夫說。
SolarCity 是採用此策略的最大的家用太陽能電池板安裝商。SolarCity 由兩位兄弟於 2006 年創立，他們也是矽谷的連續創業家，SolarCity 將其電池板租賃給房主，但免費贈送電力。淨效應是大大減少了電費賬單（當沒有陽光時，客戶仍然需要公用事業公司提供的電力）加上每月 SolarCity 賬單。兩者的總和低於舊賬單。舊金山的 SunRun 為消費者提供類似的套餐，但該公司向客戶出售電力而不是將電池板租賃給他們。
伯克利和博爾德等城市正在率先推出他們自己的太陽能電池板融資版本，向個人貸款支付太陽能電池板和安裝所需的全部金額。該專案由市政債券支付，房主在 20 年內作為房產稅賬單的一部分償還貸款。無論消費者採取哪種途徑，效果都是相同的：新的義務，以稅收、租賃或長期電力合同的形式，最終成本低於現有的電費賬單。
“我們真正看到的是我們思考購買能源商品和服務方式的轉變，”加州大學伯克利分校可再生和適當能源實驗室主任丹尼爾·M·卡門說。卡門對伯克利的融資模式進行了初步分析，他認為，透過轉向融資，消費者可以克服可再生能源與現有能源相比固有的劣勢：電網供電的基礎設施已經付費，並且在許多情況下，已經補貼了幾十年。
所有三種方法都在全國範圍內迅速擴充套件。儘管伯克利計劃不到兩年，但已有 10 個不同的州透過立法，允許其城市建立伯克利式的債券融資貸款計劃。隨著《韋克斯曼-馬基氣候法案》的透過，城市建立這些計劃的選擇將成為聯邦法律。馬里蘭州的 SunEdison 目前在 9 個州開展業務。SolarCity 擁有 4,000 多名客戶，在加利福尼亞州、亞利桑那州和俄勒岡州開展業務，並承諾在新的一年後宣佈更多州。
目前，在沒有聯邦補貼（如投資稅收抵免，這降低了為這些專案融資的銀行的稅單）的情況下，不可能將屋頂太陽能的總成本降至“電網平價”，即與當地公用事業公司的電價相同。這些補貼相當於太陽能安裝成本的 30%，至少保證八年。到那時，SolarCity 及其競爭對手聲稱他們將不再需要這些補貼。
SunEdison 營銷副總裁阿提拉·托特說：“電網平價受多種因素驅動，包括資本成本、電池板及其安裝成本以及給定地區陽光的強度。” “它將在不同的州在不同的時間發生，但是，例如，我們預計加利福尼亞州將成為美國最早實現電網平價的州之一，大約在未來三到五年內。”
在過去十年中，化石燃料發電的成本每年增加 3% 到 5%，而太陽能電池板的成本平均每增加一倍的安裝基數就下降 20%。電網平價是這些趨勢線交叉的地方——在那之後，太陽能有可能為不僅僅是家庭供電。電動汽車公司特斯拉汽車的負責人埃隆·馬斯克擔任 SolarCity 董事會成員絕非巧合。
更多值得關注的想法
作者：克里斯托弗·米姆斯
汽油花園
這是生物燃料的下一步：基因工程改造的植物生命，其正常新陳代謝的副產品是碳氫化合物。結果將是燃料——甚至普通汽油——僅使用陽光和二氧化碳2。7 月，埃克森美孚宣佈計劃花費超過 6 億美元來尋找可以完成這項任務的藻類。Joule Biotechnologies 聲稱已經成功，儘管該公司尚未透露其專有系統的任何細節。
熱核
鈾和鈽不是唯一可以為核反應堆提供動力的燃料。在來自更傳統的裂變材料的初始推動下，釷可以建立一個自持“增殖”反應，產生鈾 233，它非常適合核能發電。該過程還具有抵抗核擴散的額外好處，因為其最終產品會發出足夠的伽馬射線，使燃料難以處理且易於追蹤。
用資訊節約能源
研究表明，僅僅讓客戶意識到自己的能源使用量就可以降低能源使用量
降低 5% 到 15%。智慧電錶允許客戶按分鐘和按電器跟蹤他們的能源消耗。無數初創公司正在提供這些裝置，谷歌和微軟正在獨立地與當地公用事業公司合作，允許個人透過網路監控他們的用電量。
來自平流層的風力發電
根據斯坦福大學 7 月釋出的一項研究，持續在地球上方數萬英尺高空吹拂的高空風蘊藏著足夠的能量，可以為整個人類文明供應 100 倍以上的能量。加利福尼亞州的 Sky WindPower 提出透過建造由巨大的、空中的、地面繫留的風車組成的艦隊來收集這種能量，而義大利的 Kite Gen 則提出使用風箏來實現相同的壯舉。
將美國從石油中解放出來 插電式混合動力卡車正在改善短途運輸的長遠前景
作者：阿曼達·舒帕克
貨運卡車消耗了美國泵出燃料的約 40%。雖然大多數消費者的注意力都集中在提高消費車輛的燃油經濟性上，但一個主要機會正在隆隆作響。“人們沒有意識到，即使是一輛小型卡車的燃料使用量也相當於許多汽車，”清潔交通技術非營利組織 Calstart 的高階副總裁兼混合動力卡車使用者論壇主任比爾·範·阿姆堡說。“一輛作為混合動力的公用事業卡車將比九輛普銳斯減少更多的石油。”
今天在路上行駛的約 1,300 輛商用混合動力汽車的燃油效率是傳統同類汽車的兩倍。但是這些傳統的混合動力汽車本質上是有限的。它們透過捕獲制動期間損失的部分能量來更有效地利用石油基燃料。
另一方面，插電式混合動力汽車從電網獲取能量。它們可以行駛數英里——在許多情況下，可以行駛一整天的路線——而根本不使用任何化石燃料。這會將能源需求從石油轉向電網能源。（去年，零碳可再生能源和核能供應了美國所有電力的 30%。）
在許多方面，插電式混合動力技術對送貨卡車比對消費轎車更有意義。貨運卡車每天行駛的短途路線包括許多站點，以幫助再生制動。例如，美國郵政總局的 200,000 多輛郵車中，大多數每天行駛的距離不到 20 英里。此外，車隊車輛每晚返回儲存場，這些儲存場可以方便地使用為它們充電所需的 120 伏或 240 伏插座。
能源部最近啟動了美國最大的商業插電式混合動力計劃，一個耗資 4540 萬美元的專案，旨在到 2011 年初將 378 輛中型車輛投入使用。這些卡車將交付給 50 個市政和公用事業車隊，將採用電氣元件大型製造商伊頓的動力系統，安裝在福特 F-550 底盤上。（就福特而言，它將等待市場證明自己，然後再設計自己的商用插電式混合動力汽車。）南加州電動汽車協會主席保羅·斯科特說：“這些汽車將在 2011 年開始大量湧現。”
初創公司 Bright Automotive 有一個更雄心勃勃的計劃。它的目標是到 2014 年用插電式混合動力汽車取代至少 50,000 輛卡車。Bright 的 IDEA 原型車在電池供電的情況下行駛 40 英里，然後切換到四缸發動機，每加侖汽油可行駛 40 英里。流線型鋁製車身具有郵車的有效載荷，但空氣動力學效能卻遠勝於郵車。該卡車的重量與中型轎車相當。
Bright Automotive 的創始人兼通用汽車開創性的 EV1 電動汽車電池系統的前開發商約翰·E·沃特斯說，每輛 IDEA 每年將比標準公用事業卡車節省 1,500 加侖燃料和 16 噸二氧化碳排放量。沃特斯說，一旦獲得 4.5 億美元的聯邦貸款，他就可以在他的美國工廠開始組裝。
儘管碳減排的吸引力很大，但作為卡車主要客戶的車隊所有者有更實際的考慮。Bright 的高管對 IDEA 的最終價格標籤守口如瓶，但聲稱擁有 2,000 輛卡車每天行駛 80 英里，每週行駛 5 天的客戶每年可以節省 720 萬美元。目前，如果沒有額外的退稅或碳定價，這可能不足以證明大規模購買的合理性。範·阿姆堡估計，目前混合動力汽車每輛車的前期成本增加了 30,000 美元到 50,000 美元，儘管隨著產量增加，這個數字應該會下降。
改進的電池技術也將有所幫助。今天，IDEA 的 13 千瓦時鋰離子電池組佔車輛總成本的近四分之一。為雪佛蘭 Volt 和其他消費插電式混合動力汽車電池所做的許多研究也應適用於商用電池。“為了我們所有人都想做的好事，”Bright 產品開發副總裁大衛·勞贊說，“這些車輛在成為經濟選擇之前不會佔領世界——‘我必須擁有它們，因為它可以為我省錢。’”
快速公交系統 類似地鐵的公交線路動員城市未來
作者：邁克爾·莫耶
在人類文明史上，城市地區的人口首次超過了鄉村地區。這種轉變造成了許多困境，其中最不重要的就是如何在世界快速發展的大都市中運送人口。汙染和交通指向遠離以汽車為基礎的選擇，而輕軌系統建設緩慢且成本過高。一種非常簡單且廉價的可能性是快速公交系統，它被設計得像輪子上的地鐵一樣執行。在這些系統中，現有道路上的混凝土分隔物將高容量公交車與其餘交通隔開。乘客在登車前付款，然後在封閉的車站等候。當公交車到達時，滑動隔板開啟，允許乘客從與公交車地板齊平的站臺登車。暢通無阻的交通幹道、快速的登車時間和現代化、舒適的車站比典型的公交旅行的混亂更像輕軌系統。哥倫比亞的波哥大自 2001 年以來已運營七條快速公交線路，公交車每天處理 160 萬次出行。它的成功使該市能夠從城市中移除 7,000 輛私營公交車，使公交車燃料消耗及其相關汙染減少了 59% 以上。
海洋大改造 海洋分割槽是對病態海洋的大膽補救措施 作者：莎拉·辛普森
如今，即使是許多政治家也不否認海洋病了。保護沿海水域的健康現在是包括美國在內的數十個國家的國家政策事項，世界各國領導人開始開出一種革命性的補救措施，環保主義者多年來一直在倡導這種補救措施：海洋規劃和分割槽。
這個想法是近一個世紀以來指導城市和景觀發展的管理政策的自然延伸。畢竟，色情商店不會在幼兒園旁邊，鑽井平臺也不是國家公園的中心。同樣，分割槽倡導者設想了一幅區域地圖的馬賽克，其中地球上每個水域空間都被指定用於特定目的。鑽探和採礦只允許在海洋的某些區域進行；捕魚在其他區域進行。最受威脅的區域實際上將被禁止進入。
雖然人們可以輕鬆找到地圖告訴他們在陸地上可以做什麼，但海洋領域卻是一堆規則的大雜燴，這些規則來自眾多機構，每個機構管理單一用途或症狀。例如，在美國，一個機構管理商業捕魚，通常一次管理一個物種。另一個團體管理有毒物質，另一個團體管理海底採礦等等——總共有大約 20 個聯邦機構。杜克大學海洋生態學家拉里·B·克勞德解釋說，他們傾向於在不考慮其他機構正在做什麼的情況下做出決定。“想象一下，所有醫學專家一次又一次地探望重症監護室的病人，卻從不互相交談，”他說。“海洋沒有比現在更糟糕，這真是個奇蹟。”
克勞德等海洋倡導者熱切期待巴拉克·奧巴馬總統責成的一個特別工作組提出關於徹底改革美國水域管理計劃的最終建議，美國水域延伸至離岸 200 海里。這種事業的範圍是巨大的：美國控制著 440 萬平方英里的海景，使該國的水下房地產比其陸地面積大 25%。該委員會 9 月釋出的初步報告表明，最大限度地減少人類對海洋的有害影響的最佳方法是管理區域而不是症狀。
許多環保主義者希望這些計劃將透過相當於市政分割槽的海洋分割槽來實施，這將使他們在他們現在沒有影響力的地區獲得一些影響力。在指定保護為主要活動的區域，捕魚和採礦等工業活動將不再自由放任。根據現行規則，環保組織阻止他們認為有害的專案（例如，新的海上鑽井地點）的唯一方法是透過昂貴的訴訟。
然而，到目前為止，總統的工作組一直小心翼翼地不暗示海洋分割槽將是唯一的治療計劃，這很大程度上是因為任何限制商業利益的努力都註定會遭到強烈反對。“分割槽不是任何人的最愛，”南佛羅里達大學坦帕分校佛羅里達海洋學研究所所長約翰·C·奧格登指出。“總有人會受到損害。”最抵制這種改變的可能將是公海的傳統使用者——即商業漁業和石油工業。“他們長期以來一直擁有這個地方，”奧格登說。
然而，奧格登和其他人很快指出，分割槽實踐可以像保護一樣造福商業。南卡羅來納大學法學院副教授喬希·伊格爾解釋說，透過放棄對某些區域的訪問權，行業可以更安全地知道他們的活動將以比今天更可預測且成本更低的方式獲得許可。現在，一家石油公司幾乎可以在任何地方申請鑽探許可證，但每次都要承擔巨大的財務風險。企業可能會投入數百萬美元來研究新設施，但最終卻可能在最後一刻因訴訟而脫軌。伊格爾說，當反對派在規劃過程的早期有大致平等的發言權時，一旦在地圖上劃定區域，他們就不太可能互相阻止對方的活動。
總統工作組的最終報告是否會明確倡導海洋分割槽尚不確定。但該小組已經承諾透過提議設立國家海洋委員會來徹底改革海洋治理結構，該委員會的工作將是協調目前負責的無數聯邦機構的工作。
此舉來得正是時候。正如社會開始認識到為維護海洋健康所要付出的巨大努力一樣，它必須向海洋提出更多要求——更多能源、更多食物以及對沿海開發和氣候變化的更好適應能力。海洋陷入困境的原因不是人們投入和取出的東西。而是政府未能妥善管理這些活動。克勞德說：“我們必須全面地對待海洋，而不是一次只治療一種症狀。”
垃圾的力量 捕獲的閃電可能有助於消除垃圾併產生電力
作者：約翰·帕夫勒斯
垃圾中蘊藏著被困在其化學鍵中的能量。等離子體氣化技術已經開發了幾十年，可能終於準備好提取它了。
理論上，這個過程很簡單。火炬將電流透過腔室中的氣體（通常是普通空氣）以產生超熱等離子體——一種溫度超過 7,000 攝氏度的電離氣體，比太陽表面還熱。當這種情況自然發生時，我們稱之為閃電，而等離子體氣化實際上是瓶子裡的閃電：等離子體的巨大熱量會分解放置在腔室內的任何垃圾的分子鍵，將有機化合物轉化為合成氣（一氧化碳和氫氣的組合），並將其他所有物質捕獲在稱為爐渣的惰性玻璃狀固體中。合成氣可以用作渦輪機中的燃料來發電。它也可以用於製造乙醇、甲醇和生物柴油。爐渣可以加工成適用於建築的材料。
實際上，氣化理念一直無法在經濟上與傳統的城市垃圾處理競爭。但是成熟的技術一直在降低成本，而能源價格一直在上漲。佐治亞理工學院研究所等離子體研究主任路易斯·西爾西奧說，現在“曲線終於交叉了——將垃圾運到等離子體工廠比將其傾倒在垃圾填埋場更便宜”。今年夏天早些時候，垃圾處理巨頭 Waste Management 與俄勒岡州的初創公司 InEnTec 合作，開始將後者的等離子體氣化工藝商業化。在佛羅里達州、路易斯安那州和加利福尼亞州，正在開發能夠每天處理 1,000 噸或更多垃圾的大型試驗工廠。
等離子體並非完美無缺。滯留在爐渣中的有毒重金屬通過了環境保護署的浸出性標準（並且在日本和法國已用於建築多年），但仍然讓考慮建造工廠的社群感到擔憂。雖然合成氣發電確實比煤炭具有無可否認的更小的碳足跡——“每用等離子體處理一噸垃圾，你就可以減少大約兩噸二氧化碳進入大氣層，”西爾西奧說——但它仍然是溫室氣體的淨貢獻者。
西爾西奧承認，“這太好了，難以置信，但美國環保署估計，如果美國所有的城市固體廢物都用等離子體處理發電，我們可以生產我們總電力需求的 5% 到 8% 之間——相當於大約 25 個核電站或我們目前所有的水電產量。” 隨著美國預計到 2020 年每天產生一百萬噸垃圾，使用等離子體來回收其中的一些能量可能太重要而不能放棄。
更多值得關注的想法
作者：約翰·帕夫勒斯
水泥作為碳海綿
傳統的水泥生產至少產生全球二氧化碳排放量的 5%，但新材料可以創造碳中和水泥。倫敦帝國理工學院支援的初創公司 Novacem 使用氧化鎂製造水泥，這種水泥在硬化時自然會吸收二氧化碳2。加利福尼亞州 Calera 公司使用海水來封存附近發電廠水泥中的碳排放。
新型蜜蜂
自 2006 年以來，蜂群崩潰症 (CCD) 已經殺死了超過三分之一的蜜蜂群。依賴蜜蜂為杏仁、桃子和蘋果等作物授粉的農民正在尋求藍色果園蜂來彌補這一不足。
一隻高效的 Osmia lignaria 可以為多達 50 只蜜蜂的領地授粉，但由於它們的獨居性，蜜蜂更難培育。這些替補隊員不會完全取代蜜蜂，但隨著科學家繼續努力應對 CCD，它們可以充當農業安全網。
鹹水作物
隨著世界淡水供應變得越來越稀缺，糧食生產需求膨脹，耐鹽作物可以減輕負擔。澳大利亞阿德萊德大學的研究人員使用基因工程技術增強了模型作物防止葉片中鹽分積累的天然能力，使植物能夠在通常會使其枯萎的條件下茁壯成長。如果相同的基因調整在水稻和小麥等穀類作物中也有效——研究人員現在正在測試它們——因乾旱或過度灌溉而荒蕪的土地可能會變成新的糧倉。
全能機器 微型、無處不在的感測器將使我們能夠像網路繪製網路空間地圖一樣索引物理世界
作者：格雷戈裡·莫恩
今年早些時候，惠普宣佈啟動其地球中樞神經系統 (CeNSE) 專案，這是一項為期 10 年的計劃，旨在在全球範圍內嵌入多達一萬億個大頭針大小的感測器。技術專家表示，這種無處不在的感測網路收集的資訊可能會像網際網路改變商業一樣深刻地改變我們對世界的認知。技術預測家保羅·薩福說：“人們不知道網路即將到來。” “我們現在正處於普及感測的時刻。一場令人震驚的革命即將到來。”
多功能感測器或“微塵”的普及，以及計算機分析資料並推薦或啟動對它們生成的資料的響應的能力，不僅會增強我們對自然的理解。它可能會導致建築物管理自己的能源使用，橋樑在需要維修時向工程師發出訊號，汽車跟蹤交通模式並檢測坑窪，以及家庭安全系統區分入侵者和狗的腳步聲，僅舉幾個例子。
CeNSE 是迄今為止宣佈的最雄心勃勃的專案，但惠普並不是唯一一家開發技術以實現普及感測的組織。英特爾也在設計新型感測器封裝，許多大學實驗室也在這樣做。
儘管該領域發展勢頭強勁，但這感測器遍佈的未來絕非必然。這些裝置需要生成豐富、可靠的資料，並且足夠堅固，才能在惡劣環境中生存。感測器封裝本身將很小，但所需的計算工作量將是巨大的。他們收集的所有資訊都必須傳輸、託管在伺服器場中並進行分析。最後，總有人要為此買單。加州大學洛杉磯分校的計算機科學家黛博拉·埃斯特林指出：“存在經濟學的基本問題。” “每個感測器都是非零成本。有維護、電力、保持校準。你不能只是把它們到處亂扔。”
事實上，惠普高階研究員彼得·哈特威爾承認，為了使 CeNSE 實現其目標，感測器需要幾乎免費。這就是惠普正在設計一種單一的、萬能的、大頭針大小的封裝的原因之一，該封裝堆疊了各種儀表——光、溫度、溼度、振動和應變等等——而不是一系列用於不同任務的裝置。哈特威爾說，專注於一種多功能裝置將提高產量，降低每個單元的成本，但它也可能允許惠普同時為多個客戶提供相同的感測器。
以他的主要工程專案——超靈敏加速度計為例。該感測器安裝在一個晶片內，可以跟蹤微小的內部可移動平臺相對於晶片其餘部分的運動。它可以測量加速度變化的精度是任天堂 Wii 技術精度的 1,000 倍。
哈特威爾想象著每隔 16 英尺在高速公路上放置一個這樣的針腳。由於溫度、溼度和光感測器，微塵可以充當迷你氣象站。但加速度計的振動資料也可以進行分析，以確定交通狀況——大致有多少輛汽車經過以及速度有多快。他猜測，當地公路部門會對這些資訊感興趣，但也存在潛在的消費者應用。“您的無線公司可能想要獲取這些資訊並告訴您如何以最快的速度到達機場，”哈特威爾說。
當然，所有這些資料的收集和傳輸都需要電力，為了保證更長的壽命，惠普大頭針不會僅僅依靠電池。“它將具有某種能量收集能力，”哈特威爾說。“也許是太陽能電池板或熱電裝置來幫助保持電池充電。”
考慮到電力障礙，其他團體正在完全放棄電池。在西雅圖的英特爾實驗室，工程師喬希·史密斯開發了一種依靠無線電力執行的感測器封裝。與惠普大頭針一樣，英特爾的 WISP 或無線識別和感測平臺將包括各種儀表，但它還將從遠端射頻識別晶片讀取器發射的無線電波中獲取能量。史密斯說，單個讀取器插入牆壁插座後，已經可以為 5 到 10 英尺外的原型 WISP 網路供電和通訊——這個距離應該會增加。
史密斯列舉了許多與哈特威爾相同的基礎設施相關可能性，以及許多其他用途。如果將 WISP 放置在杯子等標準家用物品上，這些標籤可以告知醫生中風患者的康復進展情況。史密斯解釋說，如果患者正常使用的杯子保持靜止，那麼這個人可能沒有起身走動。
普及感測的潛在應用非常廣泛——一位物理學家最近聯絡了他，詢問使用 WISP 監測擬議中的中微子探測器外部溫度的情況——正如網際網路一樣，史密斯說，不可能預見到所有這些應用。“就它將對我們的生活產生的影響而言，”哈特威爾補充說，“你還沒有看到任何東西。”
萬能機器人 您的 PC 可以完成您要求的任何計算任務。為什麼機器人不是這樣呢
作者：格雷戈裡·莫恩
事實證明，機器人是士兵、外科醫生和希望保持地毯清潔的房主的有價值的工具。但在每種情況下，它們都是專門為這項工作設計和製造的。現在，一場旨在製造多用途機器的運動正在進行中——機器人可以在辦公室或起居室等不斷變化的環境中導航，並用手工作。
當然，通用機器人並非新概念。“在過去的 50 年裡，人們一直認為通用機器人將在未來 5 年或 10 年內出現，”矽谷初創公司 Willow Garage 的個人機器人專案聯合主管埃裡克·伯傑說。延遲的部分原因是，即使是簡單的任務也需要大量的能力。例如，為了讓機器人取一個馬克杯，它需要理解各種感測器收集的資料——識別潛在障礙物的雷射掃描器、搜尋目標的攝像頭、抓取馬克杯的手指中的力反饋等等。然而，伯傑和其他專家都確信，未來十年可能會取得真正的進展。
Willow Garage 認為，問題在於缺乏一個通用平臺來支援所有這些計算工作。每個人都在從頭開始設計機器人以及控制機器人的軟體，而不是在一個單一機器的功能基礎上進行構建。為了幫助改變這種狀況，Willow Garage 目前正在生產 25 臺 PR2 型號機器人（“Personal Robot 2”的縮寫），這是一種雙臂輪式機器，可以拔掉電器插頭、開門並在房間內移動。其中 10 臺機器人將留在公司內部，另外 10 臺將提供給外部研究小組，所有人將共享他們的進展。伯傑說，這樣一來，如果你想構建機器人版的 Twitter，你就不會從構建計算機開始：“而是構建新的東西。”
袖珍翻譯器 軍方語言學家短缺，正在構建基於智慧手機的裝置來完成這項工作
作者：格雷戈裡·莫恩
Sakhr Software 是一家構建自動語言翻譯器的公司，最近推出了一款智慧手機應用程式原型，可以將英語口語短語轉換成阿拉伯語口語，反之亦然，幾乎是即時的。這項技術尚未完全為您的下一次開羅之旅做好準備，但由於機器翻譯技術的最新進展，加上更高保真度的麥克風的出現以及智慧手機處理能力的提高，這項移動技術可能很快就能讓說不同語言的兩個人進行基本的對話。
在 20 世紀 90 年代之前，自動翻譯意味著編寫無窮無盡的語言規則列表，這種技術被證明過於勞動密集且不夠準確。如今，領先的程式——由 BBN Technologies、IBM、Sakhr 和其他公司開發，作為國防高階研究計劃局 (Defense Advanced Research Projects Agency) 旨在消除軍方對人工翻譯人員的需求的一部分——依賴於機器學習技術。該軟體的工作原理是基於並行文字資料庫——例如，兩種不同語言的《戰爭與和平》、翻譯過的聯合國演講以及從網路上提取的文件。演算法識別跨源的短匹配短語，軟體使用它們來構建將英語短語連結到阿拉伯語短語的統計模型。
BBN 的首席科學家約翰·馬胡爾 (John Makhoul) 表示，當前的技術在侷限於具有特定短語和術語的主題領域時效果最佳——例如，將天氣預報從英語翻譯成法語，或者幫助士兵從現場的人們那裡收集基本的傳記資訊。馬胡爾設想，五年後，首批消費者應用程式也將受到類似的限制。智慧手機上的旅遊相關翻譯應用程式可以幫助身處佛羅倫薩的美國人從不會說英語的當地人那裡獲得 directions，但他們不會聊關於文藝復興時期的藝術。“它不會完美執行，”他說，“但它會做得相當不錯。”
瞭解疾病是否在您體內生長 複雜的疾病有複雜的原因。幸運的是，它們也留下許多痕跡
作者：梅琳達·溫納
除了某些傳染病外，人類的疾病很少有治癒方法。今年將有超過 56 萬美國人死於癌症，儘管醫生每年進行 25 萬例冠狀動脈搭橋手術，但心臟病仍然是該國的頭號殺手。
最難治癒的疾病是那些需要最長時間才能發展的疾病。它們是您體內數十年複雜分子相互作用的最終結果。然而，這種複雜性也帶來了一個機會。科學家們發現，這些相互作用在身體上留下了可辨別的指紋。透過解開復雜的分子線索——身體蛋白質、核酸和代謝物的變化，統稱為生物標誌物——醫生們希望他們很快就能不僅檢測到疾病，還能預測即將到來的疾病，以便及時採取行動。
生物標誌物並非新鮮事物。自 1986 年以來，醫生一直透過測量血液中稱為前列腺特異性抗原 (PSA) 的蛋白質水平來監測前列腺癌。但是，依賴單一生物標誌物來檢測疾病的測試很少見，因為大多數疾病都涉及生物標誌物集合的複雜變化。
以精神分裂症為例：在 2010 年 1 月，科學家們將釋出一種生物標誌物測試，可以將精神分裂症與其他精神疾病區分開來。該測試由位於德克薩斯州奧斯汀的實驗室 Rules-Based Medicine 商業化，它基於大約 40 種血液蛋白質的特徵。
為了找到潛在有用的生物標誌物，研究人員從數千名健康人身上採集血液樣本並進行分析。這些樣本中的生物標誌物水平提供了基線讀數。然後，他們對患有特定疾病（如糖尿病或乳腺癌）的人進行相同的操作。如果各組之間出現可重複的差異，科學家可以使用疾病組中的模式來診斷其他人的相同疾病。透過隨著時間的推移收集樣本，研究人員還可以回顧性分析後來生病個體的早期樣本，以識別表明早期疾病或高疾病風險的模式。
Biophysical Corporation 是 Rules-Based Medicine 的姊妹公司，是開發基於血液的生物標誌物測試並將其推向公眾市場的幾家公司之一 [參見 Philip Yam 的“終極血液測試”；《大眾科學》，2006 年 6 月]。該公司搜尋多達 250 種暗示癌症、炎症、心臟病和其他疾病的生物標誌物。Biophysical 的董事長兼執行長馬克·錢德勒 (Mark Chandler) 表示，測試的真正價值在於長期監測。一個人可以“每月進行一次測試，只需扎一下手指，就能說，我們這裡發生了重大變化，表明是早期癌症，”他解釋道。
然而，並非所有專家都相信生物標誌物的時代已經到來。切麗爾·巴頓 (Cheryl Barton) 是一位獨立的英國製藥顧問，她在 2006 年撰寫了一份關於生物標誌物的 Business Insights 市場分析報告，她說她仍然“對它們的臨床實用性持有點懷疑”。2009 年 7 月發表在《美國醫學會雜誌》上的一項針對 5000 名受試者的研究發現，六種心血管生物標誌物在預測心臟病方面僅比標準心血管風險因素（例如受試者是否吸菸或患有糖尿病）略好。
更增加整體難度的是，一個人可能患有兩種或多種疾病——例如前列腺癌和心臟病。沒有人知道多種疾病可能如何影響整體生物標誌物特徵，也不知道當其他疾病發展時，這些特徵會如何變化。“當你 65 歲或 70 歲時，幾乎每個人都有其他疾病，”錢德勒說。“我們現在不知道如何處理這種情況。” 科學家們仍然需要辨別哪些生物標誌物與疾病真正相關——這是一項艱鉅的任務，因為血液中含有數以萬計的蛋白質，濃度跨越超過 10 個數量級。
一些公司透過完全避免血液來簡化問題。LabCorp 最近將一種生物標誌物測試商業化，該測試分析糞便中的結腸細胞，以尋找表明結直腸癌的化學特徵。“糞便與結腸內壁密切接觸，因此與結腸癌進入血液的罕見分子相比，糞便中會富集更多此類分子，”位於威斯康星州麥迪遜市的生物技術公司 Exact Sciences 的首席醫療官巴里·伯傑 (Barry Berger) 說，該公司開發了這項測試技術。
隨著時間的推移，科學家們確信他們最終將破解在嘈雜的資料中找到獨特疾病特徵的更困難的問題。“進化過程是複雜且未知的，並不總是給我們一條簡單的道路，”伯傑指出，“但它肯定給了我們很多機會。”
衛星診斷疾病爆發 太空資料正在幫助追蹤和預測致命疾病的傳播
作者：凱瑟琳·哈蒙
許多傳染病透過鳥類和蚊子等媒介傳播。而這些媒介又隨著熱量和降雨移動。考慮到這一點，研究人員已開始使用衛星資料來監測導致疾病的環境條件。“理想情況下，我們可以預測會導致霍亂、瘧疾甚至禽流感等一些重大疫情爆發的條件，”新英格蘭大學比迪福德分校的蒂姆·福特 (Tim Ford) 說，他是一篇關於該主題的論文的合著者，該論文於今年 9 月發表在《新發傳染病》雜誌上。
衛星資料已被用於繪製亞洲 H5N1 禽流感的傳播路線圖。家鴨是東南亞稻田的常見居民，也是該疾病的主要攜帶者之一。俄克拉荷馬大學空間分析中心副主任肖嚮明 (Xiangming Xiao) 使用衛星影像繪製該地區的農業模式圖。這些地圖顯示了鴨子最有可能居住的地方，從而也顯示了禽流感最有可能傳播的地方。
候鳥也攜帶病毒，但它們的遷徙模式更難預測。肖嚮明和他的同事將衛星影像與衛星收集的地表溫度資料相結合，以估計鳥類以及病毒的軌跡。然後，計算機模型將這些環境驅動因素與流感在人群中的傳播聯絡起來。
當然，並非所有工作都可以外包給軌道觀測站。肖嚮明說，從衛星影像判斷禽流感傳播的嚴重程度需要了解有關人類群體的詳細資訊——例如，某些社群飼養家鴨以供家禽消費的可能性。“衛星監測有能力提供一致的觀測，”肖嚮明說。“另一方面，原位觀測仍然非常非常重要，因此關鍵是將兩者結合起來。這是一個真正的挑戰。”
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注意：本文最初印刷時的標題為“改變世界的想法”。