創新為生活帶來無限可能

【編者按】　每一次的科技進步，都在推動人類社會向前發展，許多發明創造更是直接改變了人們的生活方式。從前的馬車變成了汽車，油燈變成了電燈，書信早已被各種各樣現代化的通信方式取代……創新使人們的生活更加方便、快捷、舒適。值此第17個世界知識產權日到來之際，本版選取全球具有代表性的創新成果，予以介紹，以饗讀者。

霍金輪椅 量身定制 交流神器

對于霍金，也許你從沒聽過他的真實聲音，也從沒看見他執筆寫作，但他在世人心中已經活成了一部傳奇。這樣一個拿不起筆、開不了口、連生活都不能自理的殘障人士，卻寫了十余本暢銷書，發表了大量有影響力的論文，還參演了多部影視劇作品，這背后靠的就是他身下那套科技感十足的輪椅。

霍金早在21歲時就被診斷出患有肌肉萎縮性側索硬化癥（又稱漸凍癥），他的肌肉會漸漸失去力量、萎縮。起初，輪椅只是霍金的代步工具，但隨著病情逐漸惡化，霍金無法再寫字，說話也變得含含糊糊。1985年，他因患上嚴重肺炎而進行了氣管切開手術，徹底失去了發聲的能力。

重新讓霍金“說話”，不僅是他自己的愿望，也是學術界的需求。物理學家馬丁?金最先想到用一套輔助軟件與霍金交流，于是，他向美國Words+公司尋求幫助。為了方便地運行相關軟件，研發人員在霍金的輪椅上安裝了電腦及顯示器。其實，這套系統的原理很簡單，光標會一行一行地掃過屏幕上顯示的字母表，霍金只需要在光標經過想要的字母時給電腦一個確認指令便能實現字母輸入。當時，霍金的雙手還有一定的運動能力，可以自己操縱輪椅，對輔助軟件的使用也不成問題。

靠著高科技的輪椅，霍金重新整理了之前的書稿，并在此期間出版了震驚世界的《時間簡史》。

1997年，英特爾公司創始人戈登?摩爾在與霍金交流時，發現其輪椅上使用的電腦系統存在很多問題，隨后便重新對他的輪椅進行了設計，將計算機集成在輪椅上，用輪椅的電池供電，每隔兩年將硬件升級一次。

2005年，霍金還能用一根手指操作整臺輪椅，而3年后，他僅剩下面部的部分肌肉可以活動。于是，霍金的研究生助理為他設計了一個“cheek switch”裝置，這個裝置可以安裝在眼鏡框上，用紅外線檢測霍金右臉頰的一塊肌肉活動，一次抽動等于一次點擊。盡管如此，霍金“說話”的速度還是降到了每分鐘五六個單詞。隨后，英特爾團隊嘗試使用眼球追蹤技術和頗為科幻的腦電波識別技術，但都因為霍金身體的緣故無法奏效。

幾番嘗試無果后，工程師團隊另辟蹊徑，將重點放在了改善軟件輸入的效率上。在手機輸入法領域備受好評的SwiftKey公司采集了霍金的大量文檔，分析詞頻以及上下文關聯度，在霍金輸入時給出最合適的預測詞。同時，新軟件還添加了很多便捷操作，包括一鍵靜音、全屏幕任意位置鼠標點擊功能、快速搜索等。用上了新軟件，霍金的輸入效率提高了10倍，還能方便地使用瀏覽器上網。

英特爾團隊看到這套新軟件成功后，免費提供給殘障人士使用。此外，他們還開放了這套ACAT軟件的源代碼，將其托管在著名開源社區GitHub上，希望在更多開發者的維護下，相關功能能更加完善。

霍金曾表示：“醫藥沒有治愈我的疾病，所以我更依賴于科技?！蹦壳?，雖然霍金仍在吃力地“用臉說話”，但他的團隊從未放棄努力，堅信霍金有著可以不斷被開發的“交流潛力”。

3D打印 維護健康 創造奇跡

美國俄亥俄州的一個男孩出生6個星期后出現呼吸困難狀況，由于通往心臟及肺部的主要動脈錯位，氣管受到壓迫，幾乎每天都面臨停止呼吸的危險，醫生曾判定其不能活著走出醫院。然而，3D打印技術使這名患者成功擺脫了病痛。

美國密歇根大學公共醫療中心在這個男孩的喉嚨里植入了一個3D打印機制作的人工氣管，幫助其正常呼吸。這名男孩的手術非常成功，目前已經能正常呼吸。在3D打印人體器官技術出現之前，患者只能通過器官捐贈或者干細胞培育進行治療。

3D打印是以三維設計模型為基礎，通過軟件分離分層離散和數控成型的方法，用3D打印的方法成型生物材料，特別是細胞等材料。此項技術可以用來制造人工組織、器官、假肢、手術導板等。目前，3D打印在臨床醫學的應用，一方面是通過患者病變部位掃描成像，利用3D打印機將二維圖像打印成3D模型，讓醫生和病人更為直觀地觀察與溝通，并根據模型反應的實際情況量身定做手術方案，保證手術精度；另一方面，通過3D模型，利用特殊的材料打印活體細胞，在體外培育仿生器官及活體組織，再植入人體內。

美國科研人員在《自然生物》上發布的報告顯示，他們已成功用3D打印機制造出人耳、肌肉組織和骨骼。在動物實驗中，這些組織與血管連接，具有了原組織的功能。最重要的是，研究結果表明，該結構具有的尺寸、強度和功能可以應用于人體。

目前，美國科研人員已經將3D打印機制造的人耳成功移植到了小鼠體內。在兩個月時間里，移植的人耳形狀未發生變化，器官內的軟骨組織和血管已經形成。科研人員開展的另一項實驗是將3D打印的肌肉組織移植到小鼠體內，兩周后，實驗證明肌肉組織比較強健，并足以維持其結構特點，支撐血管和神經組織的形成。此外，科研人員還進行了顎骨碎片的移植和試驗，根據患者面部手術所需的骨骼大小和形狀，用3D打印機打印出骨骼碎片，并將其移植入大鼠體內，5個月后，骨組織內形成了血管。

3D打印領域在開展技術創新的同時，發明人還非常注重專利布局，記者在佰騰專利數據庫以“3D打印”為關鍵詞進行檢索發現，共有1萬余件專利申請，其中，涉及3D打印器官的專利申請共有30余件，技術內容涉及人工器官的仿生構建方法、打印人類頭部模型等。

3D打印人體器官雖然取得了一定成效，但在業內專家看來，該技術仍面臨諸多困難，一些復雜的器官，如心臟、肝臟等，由于血管、細胞等組織分布密集，在沒有完全獲得此類臟器的信息情況下，打印出來的仿生品通常無法發揮功效。另外，3D打印過程原則上會對生物細胞的活性造成一定損傷，需要通過一些特殊的設計和處理，才能保存其較高的活性，控制好細胞所處的微環境，還需要足夠的細胞培養液予以供給。目前，在實踐中，若想解決上述問題，還存在一定難度。

此外，有專家指出，我們雖然已經能使仿生器官表面的細胞具有一定活性，但其如何進入具有一定厚度的器官內部，并將營養輸送進去，使其從死體變成活體，則是科研人員需要攻克的方向。目前，科研人員已經嘗試將密密麻麻的毛細血管打印出來，并分布到器官的各個角落。

太陽能發電 用足陽光 造福人類

印度在一年中有300天能獲得充足的日照，這樣一個熱帶國家，享有得天獨厚的太陽能資源。如果將印度每年約3000小時的太陽能換算成電能，其相當于5000萬億千瓦時。在印度，由于電力短缺，很多地區特別是農村，停電已是司空見慣的事，這對經濟發展極為不利，也嚴重影響了印度人民的生活質量和水平。

為確保向印度城市和農村地區24小時不間斷供電，2015年，印度政府啟動了總支出超過4300億盧比（約460億元人民幣）的DDUGJY計劃和總支出3260億盧比（約349億元人民幣）的綜合電力發展計劃，進一步強調推動清潔能源發展的必要性，計劃建立25個太陽能園區，加快建設“綠色能源走廊”，將印度可再生能源發電在總能源結構中的比例從6%提高至15%。

據了解，目前，印度最普遍的太陽能熱應用是離網熱利用，主要包括太陽能熱水器、空氣加熱和冷卻裝置、太陽灶以及用來加熱和冷卻建筑物的設備等。在混合動力系統、離網太陽能熱利用系統、太陽能建筑技術、工程過程系統、高溫太陽能熱應用等方面，印度都在不斷加大研發投入和技術創新。此外，印度太陽能光伏應用主要有社區照明系統、路燈、家用照明系統和水泵等設施。其中，薄膜技術、電網互動技術、能源儲存、高密度模組等為該領域的關鍵技術。過去10年，雖然零部件生產成本的降低使得光伏發電的成本下降了近10倍，但印度在光伏產業的供應鏈上仍存在成本障礙。

印度是一個人口大國，其人口密度與日本不相上下，位居全球第三。隨著近年來印度經濟的起飛，發展公共交通、企業園區以及其他基礎設施，都需占用大量土地。印度發展太陽能計劃推出后，其所需的巨大占地面積無疑讓印度的土地壓力又增加不少。對此，印度科學家有針對性地研發了一種“太陽能樹”，能有效利用土地面積，顯著提高太陽能面板對太陽光線的利用率。

據悉，這種“太陽能樹”由新德里科學與工業研究委員會研發，它并不是在樹上安裝太陽能面板，而是由鋼鐵做成一個樹狀結構，再將太陽能面板放置在這棵“樹”的不同高度，并設置不同的太陽朝向，以充分利用太陽光線?！皹洹钡淖钌厦孢€會安裝灑水裝置，用于清洗太陽能面板。據新德里科學與工業研究委員會首席研究員介紹，與屋頂太陽能或太陽能發電廠相比，太陽能樹能更充分地利用土地面積，且發電效率更高。

實際上，“太陽能樹”的研究并不是印度首創。早在2007年，奧地利維也納就出現了類似的太陽能路燈。2011年，一位13歲的美國小孩根據樹葉在樹干的排列產生靈感，發明了太陽能電池樹，他還對相關技術提交了專利申請。而真正重視該創意并意欲大規模推廣的當屬印度科學家。

2016年底，全球最大的太陽能電站項目——印度Kamuthi太陽能電站正式竣工。該電站裝機容量達648兆瓦，占地總面積10.36平方千米，總投資6.79億美元，安裝太陽能電池板共計250萬塊。該電站相關負責人介紹，電站的發電量能滿足印度15萬戶家庭的用電需求。

當然，除了太陽能，印度政府也正在積極發展風能、生物質能和水能發電等。發展可再生能源可以幫助印度有效提高能源安全水平，減少對當地環境的負面影響，促進印度經濟的可持續發展。

神奇廣告牌 化云為水 澤被四方

沙漠里能直接喝到純凈水？這不是異想天開，而是一個能“憑空造水”的廣告牌。秘魯的神奇廣告牌能夠吸收空氣中的水分并轉化成可以直飲的純凈水，還能凈化空氣，當地人甚至用廣告牌“造”出的水種起了生菜！這樣的創新在令人大開眼界的同時，還帶領人們迎接氣候挑戰、改善環境條件，創造了更美好的生活。

秘魯首都利馬是坐落于沙漠之中的城市，當地年降雨量只有0.51英寸（約1.3厘米），當地居民常在污濁的深井中打水吃，缺乏安全的飲用水。然而，雖然降雨少，但是當地空氣中的濕度卻高達98%。受此啟發，秘魯利馬工程技術大學的研究人員和當地一家廣告公司合作發明了一種能夠集水的戶外廣告牌，通過對環境中水分的收集將其轉化為直飲水。這種神奇的廣告牌頂部有5個水槽，每個能儲存大約20升水，使用時空氣首先進入濾氣器，濕氣附著后進入連接的冷凝器中冷凝液化，再從冷凝器進入活性炭過濾器中殺菌凈化。經過以上工序處理后的水儲存入水罐，最后通過下方的水龍頭流出。神奇的廣告牌既能給當地居民帶來干凈的飲用水，又能給廣告商帶來收益，創新性地提供了一種巧妙獲取飲用水的方式。

“廣告牌誘捕空氣中的濕氣，隨后變成水，就這么簡單?！崩R工程技術大學發言人杰西卡?魯阿斯在接受英國廣播公司（BBC）采訪時說，產水廣告牌系統適用面廣，或可成為飲用水的解決方案之一，同時不一定要做成廣告牌的形狀，但創新是發展的關鍵。

隨著秘魯經濟的快速發展，隨之而來的污染及健康相關問題也不斷增加。比如，在利馬多數植物的葉片中都能找到重金屬，許多蔬菜都受到了污染，研究人員利用神奇廣告牌也解決了這一問題。他們在廣告牌下面的地面上鋪設空心的管道，把生菜種在管道開口處，利用水培法把廣告牌收集到的水引到管子里。利用這個方法，研究人員種出了幾千顆無污染生菜，開車路過這里的人們都會獲贈一顆生菜。

經過改造，神奇廣告牌還能凈化空氣，它主動將被污染的空氣與可循環的水結合，利用熱力學原理消除其中的細菌、塵土、微生物等污染物，并釋放出新鮮的空氣。神奇廣告牌每天大約能夠凈化10萬立方米的空氣，相當于1200棵樹的空氣凈化量。

秘魯建起了世界上第一塊“憑空造水”的廣告牌，而空氣制水技術并不神秘，事實上，我國也有相關發明創造。以“空氣制水”為關鍵詞在“佰騰專利檢索系統”進行檢索，可以看到1999年國內就有相關的方法及裝置專利申請，且近年來申請呈現日趨增長的趨勢，2016年則已高達212件，技術內容涉及高效濾芯、太陽能利用、空氣檢測、灌溉技術等各個方面。創新正在改變人類的生活，讓我們的天更藍、水更清、飲食更健康?。ㄖR產權報　記者　馮飛　陳婕　通訊員　婁寧）