编者按
每一次的科技进步，都在推动人类社会向前发展，许多发明创造更是直接改变了人们的生活方式。从前的马车变成了汽车，油灯变成了电灯，书信早已被各种各样现代化的通信方式取代……创新使人们的生活更加方便、快捷、舒适。值此第17个世界知识产权日到来之际，本版选取全球具有代表性的创新成果，予以介绍，以飨读者。
霍金轮椅 量身定制 交流神器
对于霍金，也许你从没听过他的真实声音，也从没看见他执笔写作，但他在世人心中已经活成了一部传奇。这样一个拿不起笔、开不了口、连生活都不能自理的残障人士，却写了十余本畅销书，发表了大量有影响力的论文，还参演了多部影视剧作品，这背后靠的就是他身下那套科技感十足的轮椅。
霍金早在21岁时就被诊断出患有肌肉萎缩性侧索硬化症（又称渐冻症），他的肌肉会渐渐失去力量、萎缩。起初，轮椅只是霍金的代步工具，但随着病情逐渐恶化，霍金无法再写字，说话也变得含含糊糊。1985年，他因患上严重肺炎而进行了气管切开手术，彻底失去了发声的能力。
重新让霍金“说话”，不仅是他自己的愿望，也是学术界的需求。物理学家马丁·金最先想到用一套辅助软件与霍金交流，于是，他向美国Words+公司寻求帮助。为了方便地运行相关软件，研发人员在霍金的轮椅上安装了电脑及显示器。其实，这套系统的原理很简单，光标会一行一行地扫过屏幕上显示的字母表，霍金只需要在光标经过想要的字母时给电脑一个确认指令便能实现字母输入。当时，霍金的双手还有一定的运动能力，可以自己操纵轮椅，对辅助软件的使用也不成问题。
靠着高科技的轮椅，霍金重新整理了之前的书稿，并在此期间出版了震惊世界的《时间简史》。
1997年，英特尔公司创始人戈登·摩尔在与霍金交流时，发现其轮椅上使用的电脑系统存在很多问题，随后便重新对他的轮椅进行了设计，将计算机集成在轮椅上，用轮椅的电池供电，每隔两年将硬件升级一次。
2005年，霍金还能用一根手指操作整台轮椅，而3年后，他仅剩下面部的部分肌肉可以活动。于是，霍金的研究生助理为他设计了一个“cheek switch”装置，这个装置可以安装在眼镜框上，用红外线检测霍金右脸颊的一块肌肉活动，一次抽动等于一次点击。尽管如此，霍金“说话”的速度还是降到了每分钟五六个单词。随后，英特尔团队尝试使用眼球追踪技术和颇为科幻的脑电波识别技术，但都因为霍金身体的缘故无法奏效。
几番尝试无果后，工程师团队另辟蹊径，将重点放在了改善软件输入的效率上。在手机输入法领域备受好评的SwiftKey公司采集了霍金的大量文档，分析词频以及上下文关联度，在霍金输入时给出最合适的预测词。同时，新软件还添加了很多便捷操作，包括一键静音、全屏幕任意位置鼠标点击功能、快速搜索等。用上了新软件，霍金的输入效率提高了10倍，还能方便地使用浏览器上网。
英特尔团队看到这套新软件成功后，免费提供给残障人士使用。此外，他们还开放了这套ACAT软件的源代码，将其托管在著名开源社区GitHub上，希望在更多开发者的维护下，相关功能能更加完善。
霍金曾表示：“医药没有治愈我的疾病，所以我更依赖于科技。”目前，虽然霍金仍在吃力地“用脸说话”，但他的团队从未放弃努力，坚信霍金有着可以不断被开发的“交流潜力”。
3D打印 维护健康 创造奇迹
美国俄亥俄州的一个男孩出生6个星期后出现呼吸困难状况，由于通往心脏及肺部的主要动脉错位，气管受到压迫，几乎每天都面临停止呼吸的危险，医生曾判定其不能活着走出医院。然而，3D打印技术使这名患者成功摆脱了病痛。
美国密歇根大学公共医疗中心在这个男孩的喉咙里植入了一个3D打印机制作的人工气管，帮助其正常呼吸。这名男孩的手术非常成功，目前已经能正常呼吸。在3D打印人体器官技术出现之前，患者只能通过器官捐赠或者干细胞培育进行治疗。
3D打印是以三维设计模型为基础，通过软件分离分层离散和数控成型的方法，用3D打印的方法成型生物材料，特别是细胞等材料。此项技术可以用来制造人工组织、器官、假肢、手术导板等。目前，3D打印在临床医学的应用，一方面是通过患者病变部位扫描成像，利用3D打印机将二维图像打印成3D模型，让医生和病人更为直观地观察与沟通，并根据模型反应的实际情况量身定做手术方案，保证手术精度；另一方面，通过3D模型，利用特殊的材料打印活体细胞，在体外培育仿生器官及活体组织，再植入人体内。
美国科研人员在《自然生物》上发布的报告显示，他们已成功用3D打印机制造出人耳、肌肉组织和骨骼。在动物实验中，这些组织与血管连接，具有了原组织的功能。最重要的是，研究结果表明，该结构具有的尺寸、强度和功能可以应用于人体。
目前，美国科研人员已经将3D打印机制造的人耳成功移植到了小鼠体内。在两个月时间里，移植的人耳形状未发生变化，器官内的软骨组织和血管已经形成。科研人员开展的另一项实验是将3D打印的肌肉组织移植到小鼠体内，两周后，实验证明肌肉组织比较强健，并足以维持其结构特点，支撑血管和神经组织的形成。此外，科研人员还进行了颚骨碎片的移植和试验，根据患者面部手术所需的骨骼大小和形状，用3D打印机打印出骨骼碎片，并将其移植入大鼠体内，5个月后，骨组织内形成了血管。
3D打印领域在开展技术创新的同时，发明人还非常注重专利布局，记者在佰腾专利数据库以“3D打印”为关键词进行检索发现，共有1万余件专利申请，其中，涉及3D打印器官的专利申请共有30余件，技术内容涉及人工器官的仿生构建方法、打印人类头部模型等。
3D打印人体器官虽然取得了一定成效，但在业内专家看来，该技术仍面临诸多困难，一些复杂的器官，如心脏、肝脏等，由于血管、细胞等组织分布密集，在没有完全获得此类脏器的信息情况下，打印出来的仿生品通常无法发挥功效。另外，3D打印过程原则上会对生物细胞的活性造成一定损伤，需要通过一些特殊的设计和处理，才能保存其较高的活性，控制好细胞所处的微环境，还需要足够的细胞培养液予以供给。目前，在实践中，若想解决上述问题，还存在一定难度。
此外，有专家指出，我们虽然已经能使仿生器官表面的细胞具有一定活性，但其如何进入具有一定厚度的器官内部，并将营养输送进去，使其从死体变成活体，则是科研人员需要攻克的方向。目前，科研人员已经尝试将密密麻麻的毛细血管打印出来，并分布到器官的各个角落。
太阳能发电 用足阳光 造福人类
印度在一年中有300天能获得充足的日照，这样一个热带国家，享有得天独厚的太阳能资源。如果将印度每年约3000小时的太阳能换算成电能，其相当于5000万亿千瓦时。在印度，由于电力短缺，很多地区特别是农村，停电已是司空见惯的事，这对经济发展极为不利，也严重影响了印度人民的生活质量和水平。
为确保向印度城市和农村地区24小时不间断供电，2015年，印度政府启动了总支出超过4300亿卢比（约460亿元人民币）的DDUGJY计划和总支出3260亿卢比（约349亿元人民币）的综合电力发展计划，进一步强调推动清洁能源发展的必要性，计划建立25个太阳能园区，加快建设“绿色能源走廊”，将印度可再生能源发电在总能源结构中的比例从6%提高至15%。
据了解，目前，印度最普遍的太阳能热应用是离网热利用，主要包括太阳能热水器、空气加热和冷却装置、太阳灶以及用来加热和冷却建筑物的设备等。在混合动力系统、离网太阳能热利用系统、太阳能建筑技术、工程过程系统、高温太阳能热应用等方面，印度都在不断加大研发投入和技术创新。此外，印度太阳能光伏应用主要有社区照明系统、路灯、家用照明系统和水泵等设施。其中，薄膜技术、电网互动技术、能源储存、高密度模组等为该领域的关键技术。过去10年，虽然零部件生产成本的降低使得光伏发电的成本下降了近10倍，但印度在光伏产业的供应链上仍存在成本障碍。
印度是一个人口大国，其人口密度与日本不相上下，位居全球第三。随着近年来印度经济的起飞，发展公共交通、企业园区以及其他基础设施，都需占用大量土地。印度发展太阳能计划推出后，其所需的巨大占地面积无疑让印度的土地压力又增加不少。对此，印度科学家有针对性地研发了一种“太阳能树”，能有效利用土地面积，显著提高太阳能面板对太阳光线的利用率。
据悉，这种“太阳能树”由新德里科学与工业研究委员会研发，它并不是在树上安装太阳能面板，而是由钢铁做成一个树状结构，再将太阳能面板放置在这棵“树”的不同高度，并设置不同的太阳朝向，以充分利用太阳光线。“树”的最上面还会安装洒水装置，用于清洗太阳能面板。据新德里科学与工业研究委员会首席研究员介绍，与屋顶太阳能或太阳能发电厂相比，太阳能树能更充分地利用土地面积，且发电效率更高。
实际上，“太阳能树”的研究并不是印度首创。早在2007年，奥地利维也纳就出现了类似的太阳能路灯。2011年，一位13岁的美国小孩根据树叶在树干的排列产生灵感，发明了太阳能电池树，他还对相关技术提交了专利申请。而真正重视该创意并意欲大规模推广的当属印度科学家。
2016年底，全球最大的太阳能电站项目——印度Kamuthi太阳能电站正式竣工。该电站装机容量达648兆瓦，占地总面积10.36平方千米，总投资6.79亿美元，安装太阳能电池板共计250万块。该电站相关负责人介绍，电站的发电量能满足印度15万户家庭的用电需求。
当然，除了太阳能，印度政府也正在积极发展风能、生物质能和水能发电等。发展可再生能源可以帮助印度有效提高能源安全水平，减少对当地环境的负面影响，促进印度经济的可持续发展。
神奇广告牌 化云为水 泽被四方
沙漠里能直接喝到纯净水？这不是异想天开，而是一个能“凭空造水”的广告牌。秘鲁的神奇广告牌能够吸收空气中的水分并转化成可以直饮的纯净水，还能净化空气，当地人甚至用广告牌“造”出的水种起了生菜！这样的创新在令人大开眼界的同时，还带领人们迎接气候挑战、改善环境条件，创造了更美好的生活。
秘鲁首都利马是坐落于沙漠之中的城市，当地年降雨量只有0.51英寸（约1.3厘米），当地居民常在污浊的深井中打水吃，缺乏安全的饮用水。然而，虽然降雨少，但是当地空气中的湿度却高达98%。受此启发，秘鲁利马工程技术大学的研究人员和当地一家广告公司合作发明了一种能够集水的户外广告牌，通过对环境中水分的收集将其转化为直饮水。这种神奇的广告牌顶部有5个水槽，每个能储存大约20升水，使用时空气首先进入滤气器，湿气附着后进入连接的冷凝器中冷凝液化，再从冷凝器进入活性炭过滤器中杀菌净化。经过以上工序处理后的水储存入水罐，最后通过下方的水龙头流出。神奇的广告牌既能给当地居民带来干净的饮用水，又能给广告商带来收益，创新性地提供了一种巧妙获取饮用水的方式。
“广告牌诱捕空气中的湿气，随后变成水，就这么简单。”利马工程技术大学发言人杰西卡·鲁阿斯在接受英国广播公司（BBC）采访时说，产水广告牌系统适用面广，或可成为饮用水的解决方案之一，同时不一定要做成广告牌的形状，但创新是发展的关键。
随着秘鲁经济的快速发展，随之而来的污染及健康相关问题也不断增加。比如，在利马多数植物的叶片中都能找到重金属，许多蔬菜都受到了污染，研究人员利用神奇广告牌也解决了这一问题。他们在广告牌下面的地面上铺设空心的管道，把生菜种在管道开口处，利用水培法把广告牌收集到的水引到管子里。利用这个方法，研究人员种出了几千颗无污染生菜，开车路过这里的人们都会获赠一颗生菜。
经过改造，神奇广告牌还能净化空气，它主动将被污染的空气与可循环的水结合，利用热力学原理消除其中的细菌、尘土、微生物等污染物，并释放出新鲜的空气。神奇广告牌每天大约能够净化10万立方米的空气，相当于1200棵树的空气净化量。
秘鲁建起了世界上第一块“凭空造水”的广告牌，而空气制水技术并不神秘，事实上，我国也有相关发明创造。以“空气制水”为关键词在“佰腾专利检索系统”进行检索，可以看到1999年国内就有相关的方法及装置专利申请，且近年来申请呈现日趋增长的趋势，2016年则已高达212件，技术内容涉及高效滤芯、太阳能利用、空气检测、灌溉技术等各个方面。创新正在改变人类的生活，让我们的天更蓝、水更清、饮食更健康！（本稿文字由本报记者冯飞陈婕 通讯员 娄宁采写）
（编辑：刘珊）
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