【編者按】　每一次的科技進步，都在推動人類社會向前發(fā)展，許多發(fā)明創(chuàng)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(xiàn)代化的通信方式取代……創(chuàng)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(chǎn)權(quán)日到來之際，本版選取全球具有代表性的創(chuàng)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(zhí)筆寫作，但他在世人心中已經(jīng)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(fā)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(cè)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(shù)，徹底失去了發(fā)聲的能力。

重新讓霍金“說話”，不僅是他自己的愿望，也是學(xué)術(shù)界的需求。物理學(xué)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(guān)軟件，研發(fā)人員在霍金的輪椅上安裝了電腦及顯示器。其實，這套系統(tǒng)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(jīng)過想要的字母時給電腦一個確認指令便能實現(xiàn)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(chuàng)始人戈登?摩爾在與霍金交流時，發(fā)現(xiàn)其輪椅上使用的電腦系統(tǒng)存在很多問題，隨后便重新對他的輪椅進行了設(shè)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(shè)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(shù)和頗為科幻的腦電波識別技術(shù)，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(lǐng)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(guān)聯(lián)度，在霍金輸入時給出最合適的預(yù)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(wǎng)。

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(qū)GitHub上，希望在更多開發(fā)者的維護下，相關(guān)功能能更加完善。

霍金曾表示：“醫(yī)藥沒有治愈我的疾病，所以我更依賴于科技?！蹦壳埃m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(fā)的“交流潛力”。

3D打印 維護健康 創(chuàng)造奇跡

美國俄亥俄州的一個男孩出生6個星期后出現(xiàn)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(yī)生曾判定其不能活著走出醫(yī)院。然而，3D打印技術(shù)使這名患者成功擺脫了病痛。

美國密歇根大學(xué)公共醫(yī)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(shù)非常成功，目前已經(jīng)能正常呼吸。在3D打印人體器官技術(shù)出現(xiàn)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(shè)計模型為基礎(chǔ)，通過軟件分離分層離散和數(shù)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(shù)可以用來制造人工組織、器官、假肢、手術(shù)導(dǎo)板等。目前，3D打印在臨床醫(yī)學(xué)的應(yīng)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(yī)生和病人更為直觀地觀察與溝通，并根據(jù)模型反應(yīng)的實際情況量身定做手術(shù)方案，保證手術(shù)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(nèi)。

美國科研人員在《自然生物》上發(fā)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(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)具有的尺寸、強度和功能可以應(yīng)用于人體。

目前，美國科研人員已經(jīng)將3D打印機制造的人耳成功移植到了小鼠體內(nèi)。在兩個月時間里，移植的人耳形狀未發(fā)生變化，器官內(nèi)的軟骨組織和血管已經(jīng)形成?？蒲腥藛T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(nèi)，兩周后，實驗證明肌肉組織比較強健，并足以維持其結(jié)構(gòu)特點，支撐血管和神經(jīng)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(jù)患者面部手術(shù)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(nèi)，5個月后，骨組織內(nèi)形成了血管。

3D打印領(lǐng)域在開展技術(shù)創(chuàng)新的同時，發(fā)明人還非常注重專利布局，記者在佰騰專利數(shù)據(jù)庫以“3D打印”為關(guān)鍵詞進行檢索發(fā)現(xiàn)，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(shù)內(nèi)容涉及人工器官的仿生構(gòu)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(yè)內(nèi)專家看來，該技術(shù)仍面臨諸多困難，一些復(fù)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(fā)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(shè)計和處理，才能保存其較高的活性，控制好細胞所處的微環(huán)境，還需要足夠的細胞培養(yǎng)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(jīng)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(nèi)部，并將營養(yǎng)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(jīng)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(fā)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(qū)特別是農(nóng)村，停電已是司空見慣的事，這對經(jīng)濟發(fā)展極為不利，也嚴重影響了印度人民的生活質(zhì)量和水平。

為確保向印度城市和農(nóng)村地區(qū)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(fā)展計劃，進一步強調(diào)推動清潔能源發(fā)展的必要性，計劃建立25個太陽能園區(qū)，加快建設(shè)“綠色能源走廊”，將印度可再生能源發(fā)電在總能源結(jié)構(gòu)中的比例從6%提高至15%。

據(jù)了解，目前，印度最普遍的太陽能熱應(yīng)用是離網(wǎng)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(shè)備等。在混合動力系統(tǒng)、離網(wǎng)太陽能熱利用系統(tǒng)、太陽能建筑技術(shù)、工程過程系統(tǒng)、高溫太陽能熱應(yīng)用等方面，印度都在不斷加大研發(fā)投入和技術(shù)創(chuàng)新。此外，印度太陽能光伏應(yīng)用主要有社區(qū)照明系統(tǒng)、路燈、家用照明系統(tǒng)和水泵等設(shè)施。其中，薄膜技術(shù)、電網(wǎng)互動技術(shù)、能源儲存、高密度模組等為該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。過去10年，雖然零部件生產(chǎn)成本的降低使得光伏發(fā)電的成本下降了近10倍，但印度在光伏產(chǎn)業(yè)的供應(yīng)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(jīng)濟的起飛，發(fā)展公共交通、企業(yè)園區(qū)以及其他基礎(chǔ)設(shè)施，都需占用大量土地。印度發(fā)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(xué)家有針對性地研發(fā)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(jù)悉，這種“太陽能樹”由新德里科學(xué)與工業(yè)研究委員會研發(fā)，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(jié)構(gòu)，再將太陽能面板放置在這棵“樹”的不同高度，并設(shè)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(jù)新德里科學(xué)與工業(yè)研究委員會首席研究員介紹，與屋頂太陽能或太陽能發(fā)電廠相比，太陽能樹能更充分地利用土地面積，且發(fā)電效率更高。

實際上，“太陽能樹”的研究并不是印度首創(chuàng)。早在2007年，奧地利維也納就出現(xiàn)了類似的太陽能路燈。2011年，一位13歲的美國小孩根據(jù)樹葉在樹干的排列產(chǎn)生靈感，發(fā)明了太陽能電池樹，他還對相關(guān)技術(shù)提交了專利申請。而真正重視該創(chuàng)意并意欲大規(guī)模推廣的當屬印度科學(xué)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(guān)負責(zé)人介紹，電站的發(fā)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(fā)展風(fēng)能、生物質(zhì)能和水能發(fā)電等。發(fā)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?shù)丨h(huán)境的負面影響，促進印度經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)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?shù)纳衿鎻V告牌能夠吸收空氣中的水分并轉(zhuǎn)化成可以直飲的純凈水，還能凈化空氣，當?shù)厝松踔劣脧V告牌“造”出的水種起了生菜！這樣的創(chuàng)新在令人大開眼界的同時，還帶領(lǐng)人們迎接氣候挑戰(zhàn)、改善環(huán)境條件，創(chuàng)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?shù)啬杲涤炅恐挥?.51英寸（約1.3厘米），當?shù)鼐用癯Ｔ谖蹪岬纳罹写蛩?，缺乏安全的飲用水。然而，雖然降雨少，但是當?shù)乜諝庵械臐穸葏s高達98%。受此啟發(fā)，秘魯利馬工程技術(shù)大學(xué)的研究人員和當?shù)匾患覐V告公司合作發(fā)明了一種能夠集水的戶外廣告牌，通過對環(huán)境中水分的收集將其轉(zhuǎn)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(jīng)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?shù)鼐用駧砀蓛舻娘嬘盟?，又能給廣告商帶來收益，創(chuàng)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(shù)大學(xué)發(fā)言人杰西卡?魯阿斯在接受英國廣播公司（BBC）采訪時說，產(chǎn)水廣告牌系統(tǒng)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(chuàng)新是發(fā)展的關(guān)鍵。

隨著秘魯經(jīng)濟的快速發(fā)展，隨之而來的污染及健康相關(guān)問題也不斷增加。比如，在利馬多數(shù)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(shè)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(jīng)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(huán)的水結(jié)合，利用熱力學(xué)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(shù)并不神秘，事實上，我國也有相關(guān)發(fā)明創(chuàng)造。以“空氣制水”為關(guān)鍵詞在“佰騰專利檢索系統(tǒng)”進行檢索，可以看到1999年國內(nèi)就有相關(guān)的方法及裝置專利申請，且近年來申請呈現(xiàn)日趨增長的趨勢，2016年則已高達212件，技術(shù)內(nèi)容涉及高效濾芯、太陽能利用、空氣檢測、灌溉技術(shù)等各個方面。創(chuàng)新正在改變?nèi)祟惖纳睿屛覀兊奶旄{、水更清、飲食更健康?。ㄖR產(chǎn)權(quán)報　記者　馮飛　陳婕　通訊員　婁寧）