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一号站娱乐平台手机版·2016年十大美国科学与工程界最具创新力的青年

作者:佚名 2020-01-11 16:48:41

一号站娱乐平台手机版·2016年十大美国科学与工程界最具创新力的青年

一号站娱乐平台手机版,美国《popular science》杂志放眼今年的科学与工程界,在全美范围内评选出十位最具创新力的青年。这已是该杂志第15年进行该类评选。评选的标准是:在应对世界上最亟待解决的难题时,他们会如何提出最具创新力的解决方案。一起来看看这10位青年科学家是如何改变游戏规则的吧。

威廉·拉特克利夫,35岁,在乔治亚理工学院研究进化生物学。

单细胞是如何聚合起来、形成多细胞生物的?这是生命最大的谜题之一。通过一系列的实验,威廉·拉特克利夫(william ratcliff)以独到的见解,展示了这一过渡可能需要的条件。

拉特克利夫的研究采用了单细胞酵母。有时,这些细胞会自我复制,但不会彼此分离,而是形成花边状的多细胞结构,即“雪花”。在最初的实验中,拉特克利夫将最快落入试管底部的酵母细胞挑选出来(在这场竞赛中,优胜者往往都是“雪花”),舍弃其余。这样做的目的,就是向酵母细胞施压。渐渐地,一种奇怪的现象出现了:有利于个体生存的基因不见得脱颖而出,倒是某些基因开始停止表达,某些则开始显露,结果,细胞变得难以脱离细胞群。由此,“雪花”越滚越大,复杂性日渐增加。

眼下,拉特克利夫正在探究,构成“雪花”的细胞能否发挥不同的才干,为整个细胞群服务,这将是生物演化中的下一步:出现器官等专门结构。拉特克正在帮我们解开进化之谜。

悉达斯·加尔格,34岁,纽约大学电气与计算机工程师。

微芯片被黑客纂改,一经触发,安全之门被毁,黑客肆意征用或摧毁内置该芯片的设备。这听着像是烂俗的电影剧情,但在现实中,它完全有可能发生。只要有人在工厂里做点手脚,后果就不堪设想。更糟的是,芯片公司一旦将设计交付给生产商,它就失去了控制权,最终产品有没有被动手脚,人们几乎无法辨别。

因此,悉达斯·加尔格(siddharth garg)设计了一个解决方案:将芯片制造进行战略性划分,交付给众多生产商。这样一来,就算有人分到的是黑客可利用的部分,他们也不会知情。虽然分开生产的想法早已有之,但加尔格用的是高级数学计算,而不是随机分配,这在大幅提高安全性的同时,也避免了生产成本的飙升。这种办法还有助于打假。目前,包括波音在内的一些大公司都在采用他的办法,以保护芯片安全。

丹妮尔·巴塞特,34岁,在宾夕法尼亚大学研究网络神经科学。

刚步入学术生涯,丹妮尔·巴塞特(danielle bassett)就开始叫板神经科学的一条核心原则:研究大脑时,将其分成不同的区域,每个区域负责特定的任务。她认为,这种方式有一个缺陷:难以捕捉到大脑的多才多艺。

在她眼中,大脑是一个动态的神经元网络,它不断地变形,功能常因我们的不同经历而改变。她的理论催生了一个全新的领域——网络神经科学,其中结合了物理学和复杂系统理论。

巴塞特发现,那些学得较慢的人,其大脑采取刻意控制的阶段持续地更久。而那些学得较快的人,其大脑各个脑区的沟通模式灵活多变。对头脑不够敏锐的人,这里有一个好消息:巴塞特的研究显示,进食、摄取咖啡因和充分休息都能提升大脑灵活性。

康纳尔·沃尔什,34岁,在哈佛大学研究可穿戴机器人。

大学期间,康纳尔·沃尔什(conor walsh)专攻机器人学,开始自建外骨骼,因为他关注到一个日渐壮大的领域:电池驱动的外骨骼,即一种可穿戴的机器服——它能帮助残疾人士行走,帮助步兵加快行军速度,同时还能增加负重,缓解疲劳。但这种机器服往往笨重且不贴合人体。

为了改善传统金属框架机器服的种种弊端,沃尔什请来服装设计师,采用尼龙和氨纶弹力面料,制作出可绑到人们腿上的软质机器服。这种软质机器服非常轻便舒适,有的人甚至还感受不到它的存在。这对负重的士兵和行动不便者来说,都是不小的帮助。

苏奇·萨利亚,33岁,在约翰霍普金斯大学研究医疗信息与机器学习。

苏奇·萨利亚(suchi saria)从小就喜欢写代码、调试代码、设计算法。她曾用自己设计的算法将数千拍字节的凌乱数据加以分类和提炼,以期从中找到规律,更好地预测患者病情。

去年,萨利亚和团队开发出构建首个感染性休克预警系统的算法。感染性休克会导致器官衰竭,美国每年有超过20万人因此死亡,但其早期症状很难被发现。萨莉亚团队开发的这个系统可以赶在病人器官受损之前,预测感染性休克,准确率达到85%。当医生无法持续监测每个病人,病人的风险超过一定的阈值时,这个工具就会发出提醒。而萨莉亚团队开发的这种萨利亚的算法用途众多,感染性休克只是其中之一。

康斯坦丁·巴蒂金,30岁,在加州理工学院研究行星天体物理学。

今年我们得知,太阳系中可能存在第九颗行星。这一发现得益于康斯坦丁·巴蒂金(konstantin batygin)和他的协作者麦克·布朗(mike brown)。他们曾着眼于海王星外围的碎石带,试图研究其中的物体运动,以解释一些异常轨道存在的原因。结果,他们的发现震动了科学界:太阳系中也许存在第九颗行星,它距我们十分遥远,2万年才绕太阳一圈。这也解释了碎石带中的其他怪异现象。巴蒂金说,“好的理论本应如此,”即一个答案能够解决诸多问题。

巴蒂金改变了我们对太阳系的认识,他对海量数据进行了梳理,找出其中的异类——与当前解释相悖的反常值和怪异值,以此构建理论,不但用它来解答谜团,也藉此寻找有待发现的新现象。

西格尔·卡多克,31岁,在波士顿达纳-法伯癌症研究所,探索癌症生物学的微观世界。

西格尔·卡多克(cigall kadoch)喜欢寻找癌细胞增殖的诱发过程。通过勤勉的工作,她找到了一个新“嫌犯”——一类名为baf的蛋白质,此前,baf与癌症的联系并不为人知。

卡多克已知,在一种名为滑膜肉瘤的罕见肌纤维癌中,所有病人的ss18蛋白质都发生了突变,而ss18是baf的亚基。她继而发现,这种突变似乎破坏了baf的指挥系统,基因的开启与关闭发生紊乱,恶性肿瘤细胞得以增殖。

卡多克还发现,在人类癌症之中,20%以上都存在这种baf缺陷。因此,该发现有望惠及众多人。到目前为止,在卡多克研究过的所有癌症类型中,将baf复原(或使异常形态失活)的方法都成功阻断了癌细胞的生长。

约翰·贡纳尔·卡尔森,33岁,南加州大学工业和系统工程师。

当初,旧金山49人橄榄球队的体育场还在建设之中,一名球队经理跑到斯坦福大学,提出一个难题:要把热狗送到观众手中,我们得雇佣多少服务人员?他们该走什么路线?多久能够送达?他得到的答复是:“去问约翰·贡纳尔·卡尔森(john gunnar carlsson)。”

卡尔森善于专门用数学的力量,即用几何学重构问题的办法,来解决此类分配计算难题。举个例子,快递服务应采取何种送货路线?这个问题会变成:送货区域应划分成何种形状?周长应为多少?从中,快递公司就能找到最高效的解决方案。

将概念问题转化为几何问题,这种策略可以应用到任何行业中。波音、甲骨文,乃至美国空军都曾找上门来,请卡尔森解决他们最复杂的难题。

希亚姆·哥拉科塔,31岁,在华盛顿大学研究计算机科学和工程学。

智能手机和笔记本电脑等设备实现通信,靠的是wi-fi芯片产生的无线电信号,这个过程非常耗电。

而希亚姆·哥拉科塔(shyam gollakota)找到一种方法,无需无线电晶体管,就能产生wi-fi信号。他们可以从这些看不见的信号中捕获电力——用传统wi-fi网络的闲置信道输送电力。这些“被动wi-fi”设备的耗电量是普通wi-fi芯片的万分之一,是能效最高的蓝牙芯片的千分之一,大大削减了对电池的消耗。

张良方,36岁,在加州大学圣迭戈分校,研究纳米医学和化学工程。

纳米粒子是一种微型人造球体,可以将药物精准地送至患病组织,但它们都面临一个难题:作为一种病毒大小的粒子,它们被免疫系统视为威胁,往往还没抵达靶标,就已经被免疫系统吞噬。研究人员曾试图“骗”过免疫系统,但成效寥寥。但,张良方却成功将纳米药物“偷运”到患病组织。

他将红细胞的细胞膜切割开来,裹住纳米粒子。再将红细胞换成了血小板。张良方和同事们让纳米粒子满载抗生素,再用血小板膜裹住纳米粒子,注入到感染了耐药性葡萄球菌的老鼠体内。成效惊人:纳米粒子运载的药量只有标准剂量的六分之一,但效果比传统给药方式显著得多。“这显示了靶向递送的实力和前景。”张良方说。

翻译:雁行

来源:popular science

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