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編者按：美國《大眾科學》（Popular Science）每年都會評選全球最佳科技創(chuàng)新大獎，這一評選已經堅持了30余年。其選擇趨勢從以前的優(yōu)秀技術成果，已經轉向那些會引領未來的科研創(chuàng)新。今年獲獎名單分為幾個類別：醫(yī)療、電子產品、汽車、個人護理、航空航天、工程設計、娛樂、家居、安全、體育和戶外活動，有哪些產品和技術上榜，一起來看看吧。本文來自編譯。

Hybrit

工程設計

從紐約皇后區(qū)的致命洪水，到德克薩斯州的深度冰凍，氣候危機對美國的影響越來越明顯。今年的頂級工程創(chuàng)新反映了人們越來越意識到建筑和航運這樣的關鍵行業(yè)不能停滯不前。這些獲獎者回答了關于這個星球未來的一些緊迫問題，包括如何解決食品和能源生產等難以實現(xiàn)碳中和的領域。除了綠色科技的進步之外，這些技術還揭示了更安全的采礦方式，引入了能夠解開DNA結構隱秘的人工智能，并提供了亟需的高空飛行樂趣。

大獎得主：產生更少碳足跡的鋼鐵

?sa B?cklin/HYBRIT

煉鋼產生的碳排放量占世界總碳排放量的7%到9%，主要是由于一種名為 “焦炭”的特殊加工的煤。在高達3000華氏度的溫度下，焦炭與鐵礦石中的氧氣發(fā)生反應，將金屬提純?yōu)闊掍撍璧男问?，但在此過程中會釋放二氧化碳。為了減少對環(huán)境的影響，一個瑞典工業(yè)聯(lián)盟開發(fā)了Hybrit，一種在生產中利用氫而不是碳來轉化鐵礦石的鋼材。氫氣從水中釋放出來，在一個叫做豎爐的機器中與礦石中的氧氣發(fā)生反應，用不含化石燃料的風能和水電加熱到1500*F。該方案釋放出氫氣和水，而不是二氧化碳，由此產生的 “海綿鐵”在電弧爐中與少量的碳一起熔化，形成鋼。Hybrit說，該工藝的二氧化碳排放量不到標準焦炭燃料方案的2%。去年夏天，沃爾沃接收了第一批這種 “綠色鋼鐵”，并將其用于制造一輛采礦采石車。

一種更清潔的運輸方式

ZEEDS Initiative

集裝箱船為我們的廉價消費品經濟提供了動力，但卻造成了世界上近3%的二氧化碳排放。電瓶的能量密度不足以為這些龐大的船只提供動力——在海洋中放置充電器幾乎是不可能的。今年，芬蘭發(fā)動機制造商瓦錫蘭與挪威物流巨頭格里格公司合作，用的是無碳的氨來推動未來的船舶。由挪威的一個風力發(fā)電廠提供動力，工程師們將利用電解技術制造氫氣，在工廠中與氮氣反應生成氨氣。 瓦錫蘭已經完成了一臺燃燒70%氨的混合發(fā)動機，并計劃在2024年將純氨版本部署到油輪上。

城市中的可持續(xù)海鮮農場

Vertical Oceans

自1980年以來，全球對養(yǎng)殖蝦的饑渴已經摧毀了約340萬英畝的紅樹林，其中大部分在東南亞。摧毀這些吸碳的生態(tài)系統(tǒng)的碳足跡超過了養(yǎng)殖乳牛、豬或雞。疾病的爆發(fā)和被廢物堵塞的水道也困擾著這個行業(yè)。“垂直海洋”（Vertical Oceans）的模式將整個操作放在室內。貝類生活在模塊化的校車大小的水箱中，藻類、海草和底層魚類過濾掉廢物。這樣一來，幾乎百分之百的水都得到了再循環(huán)，而且不需要下水道。今年，新加坡的一個“垂直海洋”測試中收獲了10次蝦，總計超過一噸的甲殼類動物。

一座能發(fā)現(xiàn)自身缺陷的橋梁

Camozzi Group

目前還不完全清楚是什么導致了2018年意大利熱那亞大橋的倒塌，有43人死亡。專家們推測，沉重的交通負荷，以及咸空氣、工廠污染和高漲的河水的腐蝕都起到了一定的作用。因此，在熱那亞出生的建筑師倫佐·皮亞諾（Renzo Piano）設計了一個替代品，增加了各種自動感應功能來檢測故障。一對兩噸重的檢查機器人在碳纖維復合材料軌道上穿越橋梁，每8小時對底盤拍攝25000張照片，這使得機器視覺軟件能夠發(fā)現(xiàn)任何異常情況。太陽能電池板滿足了大橋95%的能源需求，包括用于照明和檢查危險的接頭擴展的傳感器。

第一個海上漂浮過山車

Carnival Cruise Line

普通的過山車利用重力將尋求刺激的人送上空中，并在空中盤旋。但是，如果你想在游輪上建造一個過山車（沒有穩(wěn)定、平坦的地面）必須要有創(chuàng)意。嘉年華郵輪公司的BOLT過山車使用電力驅動其類似摩托車的小車沿著長長的環(huán)形軌道行駛。乘坐者可以控制速度，最高可達40英里/小時，并在海平面以上187英尺處行駛。使用電機推進，而不是自由落體，可以防止體驗者達到不安全的速度。

全新的高效電池

Form Energy

為了維持完全可再生的電網(wǎng)，電力公司需要大型、廉價的電池，以滿足無風或無陽光的高峰需求。但是，筆記本電腦和電動車內的鋰離子電池很昂貴。因此，F(xiàn)orm Energy公司在地球上最豐富的金屬之一：鐵的基礎上開創(chuàng)了一種新的高效電池。該公司的Big Jim原型通過讓環(huán)境中的氧氣與鐵發(fā)生反應來排放電子，從而產生鐵銹。輸入的電流將鐵銹變回鐵，釋放出氧氣，并為電池充電。

預測蛋白質三維結構的人工智能

DeepMind

今年之前，科學界只知道人體中17%蛋白質的確切三維形狀——這些蛋白質是生命的重要組成部分，負責包括細胞維護到廢物調節(jié)的一切。50年來，了解這些氨基酸鏈是如何將自己折疊成獨特的構型的，一直是一個重要的任務。AlphaFold是一種機器學習算法，現(xiàn)在已經破解了人體2萬種蛋白質中98%以上的結構，其中36%的預測準確到了原子水平。DeepMind已經將其源代碼和預測數(shù)據(jù)庫放到了公共領域，為那些開發(fā)新藥物的人、試圖為致病性突變創(chuàng)造抑制劑的醫(yī)生或開發(fā)新材料的設計師開辟了新的可能性。

把天空當做空調

SkyCool Systems

空調和風扇消耗了世界上10%的電力，預計到2050年，空調的使用將增加三倍，吸走更多的能源并將熱量推回給周圍的環(huán)境。SkyCool正在用反射光線的屋頂納米技術打破這種危險的循環(huán)。涂有多層光學薄膜的鋁制面板以8至13微米的波長反彈輻射，這是一個特定的點，可以讓電波穿過地球的大氣層，進入太空。通過這樣做，面板的溫度下降了15華氏度，為建筑物提供無排放的冷卻系統(tǒng)。去年秋天安裝在加州斯托克頓的一家雜貨店的原型，冷卻了面板下面的水管，以冷卻商店的制冷系統(tǒng)，估計每年可節(jié)省6000美元的電費。

用于鋪設炸藥的機械手

Orica

采礦業(yè)是世界上最危險的行業(yè)之一，那些必須爆破礦道的人特別容易受到傷害——不一定是來自炸藥，而是來自地震或鋪設炸藥時發(fā)生的巖石墜落。類似《異形》中的動力裝載機的巨型版本，Avatel機器人允許一名員工放置炸藥，以獲取金、銅和鐵礦石。在一個受保護的機艙里，礦工操縱一對手臂放置炸藥，而工程師和地質學家則在控制室里遠程提供條件變化的實時建議。一旦設置好炸藥，駕駛員就會移動到安全位置，并以無線方式發(fā)送信號進行引爆。

觀察颶風之眼

SAILDRONE

為了了解颶風并更好地預測未來的災難，科學家們需要有關氣壓、空氣和水溫、濕度以及肆虐的風暴內的風況數(shù)據(jù)。去年9月，在太陽和風的推動下，自主的23英尺長的Saildrone成為有史以來第一個進入颶風眼的機器人飛行器，當時它進入了4級颶風 “山姆”。為了更好地承受極端條件，Saildrone縮短了其儀表翼，提供了第一手的錄像和讀數(shù)，所有這些都是在風速達到每小時120英里的情況下進行的。各地的實驗室已經將這把漂浮的瑞士軍刀投入使用，它提供了衛(wèi)星圖像中丟失的海洋表面的數(shù)據(jù)。NASA將其用于補充不完善的衛(wèi)星讀數(shù)和研究氣候變化，國家海洋局（NOAA）將其用于調查阿拉斯加狹鱈的健康狀況。

譯者：蒂克偉

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關鍵詞： 大眾科學 二氧化碳 發(fā)生反應