汤姆·克鲁斯冲出警察局大楼，安装在街道两侧的虹膜身份识别仪自动扫描他的眼睛，不断地在报着他的名字；当他逃进地铁以后，旁边那些正在聚精会神看电子报纸的人，从报纸上即时显示的、由国家安全部刚刚发出的通缉令上认出了汤姆·克鲁斯……这是好莱坞大片《少数派报告》中的一个场景，为我们描述的是2054年的故事。科幻一直是各国大片中的“常客”，即便是一个普通人，他们的脑海中也时常会出现种种未来的景象。 事实上，《少数派报告》里的虹膜身份识别仪和电子报纸并非完全臆想出来的未来技术，在我们现实的周围，确确实实已经有人在研究、在尝试使用，它们是现在技术的未来体现。 回到现在，战争、疾病、毫无生气的经济早已把人弄得情绪低落，更是无心、无力投入到新技术的创新中。是技术过剩了吗？答案是否定的，我们需要的技术还不够。因为实际的情况是，大多数人根本没用过虹膜身份识别仪、没翻过电子报纸，甚至都没有听说过。距离理想仍然遥远，有什么理由说技术过剩了呢？ 英特尔的CEO贝瑞特也认为，“只有技术创新才能走出经济低谷”，只是，技术的刀锋还不够锋利，未来需要的是更高的计算力、更高的控制力、更高的识别力。正如眼前的一条河，河水越深，行驶的船才能越大。 已经有一些激动人心的现实：生物芯片可能意味着在今后的10到20年，全世界的医疗工具将发生质的变化；虚拟人的成功会极大地辅助医学的诊断和治疗；基于纳米芯片的计算机比今天的台式计算机快10亿倍；城市信息化在经历了数字化、网络化、智能化后，最终达到虚拟可视化的最高阶段；遥感可以使我们的天、地、水、土、木等等资源一切可控；人的秘密也将随着基因的探索不再成为秘密；身份识别技术的发展会让整个世界变得更为安全。 无可否认，它们正在现实的土壤里茁壮成长。世界上已研制出可植入人体的米粒大小的生物芯片；今年2月，我国先后有两个军医大学完成虚拟人数据采集；而美国一直坚持不懈的运用遥感技术追踪拉登…… 美国曾经的“新边疆运动”的成就告诉我们，技术的世界也需要“新边疆运动”的精神。兴许会像茫茫大海里的航船，无法找准航行的方向一样。不过，尽管没有绝对的方向，但并不等于没有方向。 这八大技术（应用）只是从无数的“新边疆”中指出的八个方向，分别代表了计算力、控制力、识别力的更高境界，说不好，哪一天就成为了被突破的“新边疆”、锐利的技术刀锋。 生物芯片不只是私人医生 美国的科学家在前不久宣布，一种可植入人体的只有米粒大小的生物芯片研制成功。这种芯片可以记录个人资料、病历等信息，还能对外发射无线电信号，并在扫描仪器上显示出相关分析数据。如果再加入传感装置，这种生物芯片还可以随时读取人体的脉搏、血糖和体温等身体数据。 而就在2002年年底，由中国科学家研制的丙型肝炎蛋白质芯片获得国家药监局颁发的生物制品一类新药证书。这是迄今为止世界上惟一得到政府药品监督管理机构颁发新药证书的蛋白质芯片。利用这种蛋白质芯片，只需要2微升血清或血浆，1小时后就能检测出结果。另一种可同时检测12种肿瘤标志物的蛋白芯片检测系统也已在浙江研制成功。 这些还仅仅是目前生物芯片研发领域的几个侧面。作为一项将计算机芯片制作技术与生命科学研究相结合的新兴技术，生物芯片技术是当今最尖端的应用型科学技术之一。其开发与运用可以涉及到生物学和医学基础研究、农业、医疗、新药开发、食品、环保等广泛领域。许多专家认为，生物芯片技术将是继大规模集成电路之后的又一次具有深远意义的科学技术革命。 目前，国内外已经有数十家专门从事生物芯片研究开发的机构和公司。据北京赛迪生物工程咨询中心的调研报告显示，生物芯片产业在2000年的全球市场产值达120亿美元，比1999年增长74%，其影响力在未来超过电子芯片技术。2000～2010年，全球生物芯片市场平均每年将增长17%，到2010年将达到600亿美元的规模。 就像计算机芯片在计算机中的作用一样，生物芯片技术是为了制作能够把样品制备、生化反应和结果检测三步集成在一起的微型全分析系统。它是通过像集成电路制作过程中半导体光刻加工那样的微缩技术，将现在生命科学研究中许多不连续的、离散的分析过程，如样品制备、化学反应和定性、定量检测等手段集成于指甲盖大小的硅芯片或玻璃芯片上，使这些分析过程连续化和微型化。 专家们曾设想，现在需要几间实验室、检测室才能完成的技术，将能通过制作具有不同用途的便携式生化分析仪使生物学分析过程全自动化，从而可以成千上万倍地提高分析速度，减少所需样品及化学试剂。 然而，虽然二十一世纪被许多专家公认为“生命科学世纪”，生物芯片技术看起来也具有广阔的发展前景，但它要真正成为实验室研究或临床医疗中可以普遍采用的技术，却不像专家们的设想那样简单容易。 如何提高基因芯片的特异性，简化样品制备和标记操作，增加信号检测的灵敏度，高度集成化样品制备、基因扩增、核酸标记及检测仪器的研制和开发等等问题，不仅是当前和今后一段时期内国内外生物芯片技术研究的焦点，同时也正在成为计算力能否向生物领域顺利扩展势力范围的关键点。 基因身份证60亿人中找到你 2002年9月，一则来自郑州的消息引来了许多人的关注：河南省人民医院医学遗传研究所制出了中国第一张18个位点的成人型基因身份证。据该研究所公布的资料说，只需要申请者提供一滴血或一根带毛囊的毛发、口腔黏膜细胞或肌肉、皮肤等任何组织细胞，从中提取DNA进行基因型分析，医生就可据此从DNA分子链上选出18个基因位点，再根据特定程序转化为防伪条码。 其实，国内最早的基因身份证出现在2001年年初，当时，是由四川大学华西法医学院物证教研室为刚八个月大的小男孩威龙制作的，选取了10个位点的个人非常特异遗传标志以及DNA指纹防伪条码。这些条码中隐藏了个人的遗传基因信息，显示持有者存在的惟一性，拥有者将能与世界上其他60亿人口区分开来。 颇具戏剧性的是，随后，国内几座城市陆续传来制作出“首张”基因身份证的消息，它们之间的差别只是所选用位点数的不同。虽然首张基因身份证“诞生地”的问题曾引发争执，但毫无疑问，选用更高位点数将具有更高的区分度。2002年7月，重庆计划生育科研所推出了国内首张24位点的基因身份证，这张小小的卡片能通过基因信息使区别度达到100亿分之一。 但据专家介绍，目前生产的这种卡片，只能是一种带有个人基因信息的身份证明，而不是真正的身份证，“基因身份证”的名字只是沿袭国外的叫法。将来，对普通人来说还很新鲜的基因身份证能否真正成为一般意义上的身份证，恐怕还需要政府部门的配合。虽然目前看似用处不大，但基因身份证在未来无疑将有着广阔的应用前景，尤其是在生物技术日益盛行的趋势下。 基因身份证不仅在人体器官和骨髓移植、输血、耐药基因的认定和干细胞移植方面有非常大的作用，另外其现实意义将更多的体现在家族性疾病的研究、亲子鉴定、血缘的族谱上的追寻确认上。尤为重要的是，这种记录着个人基因信息的卡片，不仅可以作为身份识别的唯一证明，更可以大大提高寻医问药的效率。 但由于制作成本较高，另外由于国际上还没有确定通用的标准，再加上有关基因隐私权的争论等问题，基因身份证目前还更多的停留于科学研究阶段。即使在美国，基因身份证也仅仅只是刚刚开始试用。2002年6月，从我国香港地区传来消息，一家智能卡的制作公司在本地范围内首期制作发放了5000张基因身份证，目标人群主要为儿童、智障人士和高龄老人。 身份识别我是谁？谁是你？　 在前不久召开的“两会”以及此前的“十六大”期间，一种面部识别设备正式亮相会场，这引起了众多代表的兴趣。以前经常在电影里见到的场景悄悄的出现在人们身边，尤其在美国“9·11”之后，面部识别技术更是得到大面积的器重，似乎将要成为恐怖分子的头号克星。 实际上，包括面部识别在内的生物特征识别以及语音识别等技术，在近二十年来都取得了显著进步，大都开始渐渐从实验室走向市场应用。比尔·盖茨曾预言，利用人的生理特征，例如指纹、虹膜等来识别个人身份的生物识别技术，将成为今后几年IT产业的重要革新，市场潜力巨大。有权威机构统计显示，到2005年，生物识别市场规模将达到19亿美元。 拿虹膜识别来说，由于虹膜是瞳孔与巩膜间的环形可视部分，具有终身不变性与差异性，每一个虹膜都包含一个独一无二的基于像冠、水晶体、细丝、斑点等特征的结构，因此据专家推算，两个人虹膜相同的机率是10的78次方分之一。 虽然虹膜识别技术是90年代才成熟的生物特征识别技术，但却是目前可靠性最高的生物测定学技术。国外有不少公司已经开发出了应用虹膜识别技术的自动提款机及门禁系统等等，现实应用的场面我们经常可以从那些科幻电影中看到。 但是，当前的虹膜识别系统只是用统计学原理进行了小规模的试验，并没有进行过现实世界的唯一性认证。它必须要配备特制的摄像头，成本相当昂贵，而且其识别的可靠性还会受到眼球颜色以及光源的影响，因此，更具应用价值的面部识别技术才得以在近几年日益走红。 理论上讲，面部识别系统的功能相当强大，尤其是在锁定目标人物的情况下。系统在现场用摄像机之类的监视设备拍摄经过的人的面部图像，提取出特征数据，将此数据与事先存在数据库中的目标人物的面部特征，例如眼睛之间的距离、鼻子的长度等等特征数据进行比对，根据匹配结果确定目标人物是否出现。据称这项技术能够在一群人中迅速找出目标人物，成功率达到75％到99.3％。 然而，理论上的研究结果要真正得以实现，往往需要更多的技术积累。使用者面部的位置与周围的光环境都会影响到面部识别系统的精确性，而且大多数生物识别的研究者都认为面部识别的精度较低，误差较大。另外，面部识别技术的改进依赖于提取特征与比对技术的提高，并且采集图像的设备会比其技术昂贵得多。起码在目前阶段，面部识别技术还很难担当重任。 其他的识别技术，如声音、指纹、掌纹、唇纹、脑纹等等，虽然种类繁多，让人眼花缭乱，但就每一项而言，目前它们的研究程度还都难以令现实的应用满意。即使对于已经得到广泛应用的指纹识别技术来说，虽然速度快、够精确、成本低廉，但指纹的易于伪造就给指纹识别技术如何分辩真伪提出了最为迫切的要求。　 传感器网络视接千载，思通万里 通过感觉器官，人们可以获取外界的信息，但是要想在宏观上去观察上千光年的茫茫宇宙，在微观上观察原子世界，在纵向上观察长达数十万年的天体演化，短至几微秒的瞬间反应，仅靠人类自身有限的感觉器官那简直就是是天方夜谭。 传感器就像是人类感观的延伸，国际电工委员会给它的定义为：传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号。而今，随着各种控制系统自动化程度、复杂性以及环境适应性(如高温、高速、野外、地下、高空等)要求越来越高, 需要获取的信息量越来越多,它不仅对传感器测量精度、响应速度、可靠性提出了很高的要求, 而且要求对信号进行远距离传输。 传统的传感器已很难满足要求，将计算机网络技术和智能传感器技术有机结合成为必要，传感器网络由此诞生。传感器的价值在网络环境中实现增值，以自然的方式与用户互动，把信息传给需要的人，不论何时何地，人们都可以对这些信息作出反应。 这样，由于传感器的特性，今后我们与计算机的联系将更多地以感知和回应为基础，弱化现今单纯的输入和输出。这一新型的计算被称为“预发式计算”（Proactive Computing）。原有的“交互式计算”（Interactive Computing）存在一定的问题，比如为了实现人机对话，随着计算机数量的增加，人的负担也会加重。而预发式计算是通过计算机之间的对话来预测人的需求，并进行自律处理。 传感器网络将在预防医学、森林灭火乃至海底板块调查、行星探查等领域大显身手，未来甚至在商务中也可使用来自传感器网络的信息。通过预发式计算，人们可参考所获取的信息，在商战中作出准确判断并取得主动。 现代的高新科技似乎总是逃脱不了首发于战场的命运。美国国防部宣布灵巧传感器网络项目已经启动，在这个项目中，他们展望了未来的战场：未来的战场上将变成高度复杂传感器的迷宫，通过空投、无人车辆、无人机和事先放置的装置，战场上将“布满”各种可快速部署的传感器，这些传感器将收集并报告大量的信息。 通过网络技术，战场指挥员可以访问动态更新的数据库，在战场上可以实时或近实时的方式在适当的时间将适当的信息传送给下一梯队的士兵和指挥员，从而为他们提供作战环境的可视化图像。 谁知道传感器网络下次可以传递给我们的是什么信息，或许是来自外太空的呼唤。 虚拟人当身体彻底透明 自远古医学诞生以来，医生们一直幻想能够无微不至地观察人体的构造。解剖学经过多年的发展，部分地满足了这个愿望。但毕竟与活生生的人和随时随地的诊疗需求还有相当的距离。 2003年2月，前后仅相差几天，在广州第一军医大学和重庆第三军医大学，两组科学家各自独立地完成了“虚拟人”数据库的采集。 第一军医大学教授钟世镇介绍，采集人体数据必须以真人为原型，对尸体冷冻切片后进行拍照扫描，再将扫描数据输入电脑整合成三维的人体模型。 在第一军医大学对“中国虚拟人女1号”的数据采集过程中，切出了厚度为0.2毫米的8856片切片。采集的数据随后传送给首都医科大学，在计算机里重建了三维人体。虚拟人的精确数据将由中科院计算所发布。 “虚拟人”的构想源自美国科学家提出的“可视人体项目（Visible Human Project）”。美国国立医学图书馆在1989年建立了采集人体横断面CT、磁共振MRI和组织学数据的平台，为大规模利用计算机图像重构技术建造虚拟人体作准备。该项目侧重于人体结构的数字化以及相关知识库的研究，而经过精确量化之后的人体数字模型，能够极大地辅助诊断和治疗。随后美国在1994和1998年建成男性和女性虚拟人数据库，实现了这个设想。 由于虚拟人是真人的“临摹”，也就具有真人的种族特点。各国陆续开展本国的虚拟人研究。我国的虚拟人项目于2001年11月启动，是继美国、韩国之后第三个建成“虚拟人”的国家，被舆论誉为我国医学领域的一个重大突破。但是据有关医学专家介绍，目前中国的虚拟人研究只是一个开始。美国已经继建立尸体切片的数据集之后，进行活体功能信息采集。自2001起，美国又开始了分子细胞级的数据集研究。 开发虚拟人的初衷是为了医学，比如美国已经运用虚拟人进行了医学教育和模拟手术。而科研人员除了研究更生动的虚拟人外，还将开发虚拟人的应用。中医专家计划在虚拟人上标注经络穴位，让中医的调理机制可视化。实际上，虚拟人的应用前景并不限于医疗，在航空航天、体育、建筑、汽车、服装、影视、军事等领域都大有用武之地。在这方面，医学家对IT专家寄予了厚望。 遥感：“那就是拉登所在的山洞”！ 追踪拉登，美国运用的就是遥感技术，他们甚至可以将拉登的藏身之所精确到具体的山洞。不过让人啼笑皆非的是，由于遥感是在完成远距离的识别工作，因此往往会因为多方面的原因导致识别结果与真相有误，拉登仅通过让其助手使用他的移动电话就安然逃脱。 “遥感”，遥远地感知。了解远处和未来发生的事情一直是人类的梦想。人类通过大量的实践，发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量，其中有一种人类已经认识——电磁波，接着人类发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。常用的遥感平台有卫星、飞机、气球、地面三角架等。它们的作用就是稳定地运载传感器，传感器安装在遥感平台上用来探测物体电磁波。 遥感技术目前在陆地水资源调查、土地资源调查、植被资源调查、地质调查、城市遥感调查、海洋资源调查、测绘、考古调查、环境监测和规划管理等方面广泛应用。“天气预报”应该算是和我们日常生活最密不可分的遥感应用。 随着卫星和计算机技术的不断发展，未来的遥感应用将形成天地一体化的信息流。卫星将对整个地球系统进行动态监测，上至电离层(反射电磁波)，下至震真面(反射地震波)，大约地表上下各2000公里的范围内，涵盖整个人类信息活动的圈层。 航天、航空与地面台站将形成多级平台的网络系统，实现海量数据的全数字流程，图像图形实现宽带网络传输，可对地球各圈层进行动态监测。从地表植被指数、作物长势、土地覆盖与生态、环境变迁、荒漠化、城市化过程的动态监测，到地球内部的地磁、地热、地震、地气、地球重力场的异常，乃至外层空间的辐射、磁暴、臭氧变化，都将成为遥感的范围。 以对地球观测为目标的遥感技术，可以说是一种以社会效益为主要收益的技术门类，它所产生的效益难以用经济的数值来计算。比如国家基本资源与环境遥感的数据，为国家决策部门及农业、林业、土地、环保、计划、统计、民政等部门提供了广泛的支持。 成功地预报一次自然灾害，可减少千百万人的生命损失，比如人们可以用遥感技术调查与滑坡、泥石流有关的环境因素(如构造部位、地层岩性、断裂、含水带、植被覆盖、土地利用等)，推测滑坡、泥石流发育环境因素及产生条件，进行区域危险性分区及预测，为防治地质灾害提供依据。 由于遥感信息勘测地球资源的成本低、速度快，而且有利于克服自然界恶劣环境的限制，减少勘测投资的盲目性，在地质、矿产调查和水文工程、环境地质勘查与监测等方面，遥感技术更是发挥着日益重要的作用，已成为地质调查和环境资源勘查与监测的重要技术手段。遥感在国家发展战略中还往往涉及到一个国家的最高核心技术以及国土资源、自然环境等情况，而有关遥感应用的现状也通常属于国家机密的范畴。 但遗憾的是，现有遥感图像性能水平难以让人满意，急需开发新型传感器技术，而且现在也缺乏让高性能图像产品发挥更大效用的空间。在应用技术的开发方面，遥感技术不过刚刚起步，只有在有限的电磁波段、特定的应用项目方面达到了实用化程度，这与它所处的地位多少有些不协调。迄今为止，我们还没有听说过哪位借助遥感技术发现矿产的富商以大笔的资金奖励遥感科技人员的事。 虚拟城市市长工作更轻松 就在美伊战争爆发的前一天，美国陆军自动坦克和军备部宣布，为密苏里大学罗拉分校机械与航天工程负责的虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)反恐系统出资100万美元，制定了一个为期两年的计划，训练军队和有关人员在公共场合遭受恐怖袭击时的快速反应能力。该项目负责人称该系统的最大优点，在于能使紧急救援人员用较短时间熟悉可能出现的各种态势。 VR技术得益于高性能计算、人机交互、可视化三大技术一日千里的发展。以三I，即Immersion沉浸感、Interaction交互性、Imagination思维构想性作为本质特点。这还是VR首次应用于反恐。“9·11”推动了各国加强研究城市突发事件的处理，为VR技术在城市管理领域开辟了新的应用。 对新世纪的无数定义之一是“城市的世纪”。作为人类文明标志的城市，既凝聚了人类的智慧和成就，也集中了社会和时代的矛盾。信息社会，城市的功能不再以工业生产为主导，交通、通讯技术使“距离死亡”。传统的权力和财富被组织在全球信息网络中。 城市成为信息“热点”，专业人士则在城市里自主的组合、消费和生产信息。城市开始国际化，“国际大都市”像公司一样运营，为居民和跨国公司提供制度产品、环境产品、信息产品。VR技术将帮助城市管理当局应对这一切所带来的严峻挑战。另外，一些专家也认为：城市信息化会依次经历数字化、网络化、智能化，最终达到虚拟可视化的最高阶段。 如同虚拟人的研究由静态到动态的发展过程，虚拟城市也已经超出了单纯的地理数据采集，而更关注人在城市中的活动。 鉴于城市管理是一个复杂的系统工程，涉及众多城市服务部门，就有必要采用虚拟现实技术向所有参与者提供全局的视野。虚拟现实技术就能够将规划中的城市建设真实地通过专业的计算机显示出来，并可以实时交互，将参与规划的建筑师、政府官员们聚集在极具真实感的立体大屏幕前协同工作。 虚拟现实技术在城市规划中的应用前景广阔，能大大的降低城市规划成本，减少误操作，在该技术环境的支撑之下，即便是将一座城市推倒重来的“难于上青天”之事，也可以变成只需要更改几项参数的再轻松不过的工作。 纳米芯片无穷小与无穷大 可以说，是德雷克斯勒开创了纳米技术时代。他在1986年出版的《有创造力的发动机》一书中，启发了人们对纳米技术的种种设想：成群的肉眼看不见的微型机器人在地毯或书架上爬行，把灰尘分解成原子，使原子复原成餐巾、肥皂或纳米计算机等诸如此类的东西。 而纳米级电子技术的诞生，却并非单纯的尺寸减小那么简单，而是代表了一种新的思维方式。它不仅体积小、功耗低，而且速度快、存储量大，纳米芯片计算机将比今天的台式计算机快10亿倍。 各大制造商都力图在90纳米芯片的研制上领先对手，新型90纳米芯片集众多优点于一身—更高性能、更低功耗的晶体管、应变硅、高速铜互连以及新型绝缘材料。这是第一次将所有这些技术都集成到同一制造工艺中，或者可以说正是采用了90纳米工艺，才有可能在一块芯片上采用适合于不同功能的晶体管，满足各种性能、密度和功耗等方面的要求。 IBM和Intel将会成为第一批90纳米芯片的制造商。德州仪器的90纳米工艺可以在每平方毫米上形成480万个晶体管，这些芯片是用于无线应用的数字基带芯片。日本芯片制造商则瞄准了如手机、PDA之类的移动设备以及其它消费性电子产品的市场。东芝和索尼公司也将联手加快芯片技术研究步伐，生产更精密、运行更快、耗电量更小、适用于移动设备的系统芯片，这将会大大提升和扩展移动设备的性能和功能。 就算90纳米工艺设备、主要技术已准备就绪，但设计与工艺的复杂性将把90纳米芯片的量产时间推后至2005年。随着芯片越来越小，集成度越来越高，制造商也面临着越来越多的困难，比如不断增加的芯片的电能消耗、电子干扰等，而且生产设备和光罩价格高昂，电源、混和信号知识产权、内存和设计方法复杂也是90纳米芯片量产时间延后的原因。专家认为，2003年产出的第一批90纳米芯片，其中多数产品可能只是早期的原型产品，2004年才有希望开始有限规模的生产。 90纳米技术尚在改进之中，新规格的纳米芯片又起风云。AMD和IBM公司宣称将携手开发新的处理技术，根据这两大公司的计划，他们的新技术将包括65纳米和45纳米两项技术，这听起来比Intel今年要推出的90纳米技术产品更有吸引力。东芝和索尼也联手计划于2004年3月份将移动设备的系统芯片制作工艺推进到65纳米。 各芯片制造商快马加鞭，都想第一个向市场推出采用下一代工艺制造的芯片，来抢占市场的先机。纳米技术还是不可避免的给计算机制造业带来深刻的变革，但希望130纳米工艺因为刚推出时在技术方面存在问题而变得声名狼藉的尴尬不会再次上演。

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