美媒清点：2021年最“花里胡哨”的十大工程立异

科技日报练习记者 张佳欣

近日，美国《群众科学》月刊颁发题为《2021年最令人“目炫缭乱”的工程立异》的文章。文章称，本年的顶级工程立异有关地球将来的紧迫问题，包罗若何处理食物和能源消费等范畴难以脱碳的窘境。而除了展现了绿色手艺的前进，那些立异还涉及更平安的采矿体例、可解开卵白量构造奥妙的人工智能（AI），以及冲动人心的全球首款海上过山车等。

炼钢只排放水！世界上第一种无化石钢来了

无化石钢辞别二氧化碳排放

炼钢产生的碳排放量占世界碳排放量的7%到9%，那次要是源于一种被称为“焦炭”的颠末特殊加工的煤炭。在高达3000℉（约1649℃）的温度下，焦炭与铁矿石中的氧发作反响，将金属提纯成炼钢所需的形式，但此过程中会有大量二氧化碳排出。

为了削减碳脚印，瑞典HYBRIT（打破性氢炼铁手艺）项目努力于用可再生的电力和氢气代替传统上以矿石为根底的炼钢所需的焦煤，其开发了一种“绿色钢材”。氢气在竖炉里与矿石中的氧发作反响，操纵风能和水电加热到1500℉（约816℃）。此过程中排出的氢气和水，而非二氧化碳，由此产生的“海绵铁”再在含有少量碳的电弧炉中熔化，以造造出钢铁。据悉，那一过程的二氧化碳排放量不到传统焦炭燃料计划的2%。

更清洁！欧洲船企联手打造绿色氨动力油轮

瓦锡兰联袂Grieg打造全球首艘绿色氨动力油轮

在世界各地运输货物的大型集拆箱船其实是庞大的污染源，其产生的二氧化碳排放量几乎占全球的3%。可惜，电池没有足够的能量密度为庞大船只要效供给动力，并且在海洋中也几乎无法实现充电。

本年，芬兰瓦锡兰公司与挪威航运集团的立异部分合做，联手打造无碳氨动力船舶。目前，瓦锡兰公司已经在尝试室胜利完成了利用70%氨混合燃料策动机的测试，并方案于2024年之前下水一艘纯氨燃料动力油轮。

城市里也能建海鲜农场？新加坡开发全球首个垂曲海鲜消费系统自1980年以来，全球海水养殖业的快速开展已间接招致大约340万英亩的红树林被摧毁，此中大部门位于东南亚。毁坏那些吸碳生态系统会产生比养殖奶牛、猪或鸡更高的碳脚印，而疾病爆发和被水道梗塞也困扰着海水养殖业。

“垂曲海洋”为虾供给更清洁可持续情况

“垂曲海洋”是一家位于新加坡的农业食物科技草创公司，其开发的庞大“水塔”位于圣约翰岛的海水养殖中心，就在新加坡本岛南部。那是世界上第一个实正的垂曲海鲜消费系统。那种垂曲形式将多种营摄生物学与先辈的数字手艺连系在一路，构成了高效堆积在垂曲塔中的模块化生长栖息地。海水在一个平衡的生态系统中轮回，虾、鱼和藻类愉快地共存。来自传感器和物联网设备的数据，通过人工智能算法，能够优化水量、生物生长前提和能源利用效率等。利用可持续的成分从头配造的饲料可以更大限度地削减营养丧失，还能改善虾的口感。

那种体例让几乎100%的水得到了轮回，并且无需修建下水道。本年，那一垂曲海鲜消费系统共收成了10批虾，总计超越1吨的甲壳类动物。

一座能“自我查抄”的桥梁：意大利坍塌大桥重建后面世2018年意大利热那亚莫兰迪大桥坍塌，形成43人灭亡，目前原因尚不完全清晰。专家们揣测，交通负荷过大、含盐空气的侵蚀、工场污染和高涨的河水都可能是幕后“推手”。

机器人的“眼睛”会不竭查抄圣乔治桥上最细小的缺陷

经建筑师伦佐·皮亚诺从头设想的圣乔治桥本年早些时候揭幕，它代替了莫兰迪桥。新桥添加了多种主动传感功用来检测毛病。一对2吨重的检测机器人在碳复合质料轨道上跨过大桥，每8小时拍摄2.5万张照片，从而让机器视觉软件可以发现任何异常。此外，太阳能电池板还满足了大桥95%的能源需求，包罗供给照明和查抄危险接缝裂开的传感器所需电力。

刺激！邮轮上也能玩过山车邮轮巨头嘉韶华打造海上首例过山车欢乐谷和全球影城的过山车，想必有良多的人体验过。在陆地上玩过山车早已不是新颖事，但你有想过在一艘奢华邮轮上玩过山车吗？美国嘉韶华邮轮公司的“闪电”(Bolt)过山车能帮你实现愿望。

“闪电”——美国嘉韶华邮轮公司的末极海上过山车

“闪电”全程长近244米，具有扭曲扭转、转弯和快速下降等部门，时速可达近64公里，并可在海拔约57米的高度行进。因其操纵电力驱动而非重力和惯性，操做员能够随时控造“闪电”的速度，避免失控。

用“铁”发电的锂电池“平替”？美草创公司新电池可续航百小时为了维持完全可再生的电力供给收集，大型公司常常需要容量大且廉价的电池来满足风力发电间歇或太阳能不敷时的顶峰用电需求，但在那种情况下利用大量锂离子电池成本很高。

“大吉姆”——高贵电池的“平替”

因而，美国创业公司Form Energy创始了一种新型廉价电池——铁空气金属电池，其原料恰是地球上最丰硕的金属之一：铁。

那一电池原型绰号为“大吉姆（Big Jim）”，里面拆满了18000块卵石大小的灰色铁粒，一种丰硕、无毒且不容易燃的矿物量。“大吉姆”通过情况中的氧气与铁反响释放电子，产生铁锈。电流将铁锈从头转化为可用的铁，释放氧气并为电池充电。

因为镍、钴、锂和锰等矿物量价格高贵，目前的锂离子电池每千瓦时的价格为50到80美圆。而Form Energy能够以每千瓦时20美圆的价格消费那种新电池。据领会，该电池将在2025年投运，可持续供给100小时的电力。

从预测进化AI能“设想”新卵白量构造半个世纪以来，科学家不断在寻找处理“卵白量折叠问题”的办法。那是生物学范畴的一项严重挑战，难倒了几代科学家。但如今，人工智能（AI）处理了那一问题。美国深度思维（DeepMind）公司开发的阿尔法折叠系统已经能“设想”出具有不变构造的新卵白量。

深度思维开发的阿尔法折叠系统“设想”出具有不变构造的新卵白量

在阿尔法折叠呈现之前，科学家只晓得人体大约2万种卵白量中约17%的3D构造。如今，操纵阿尔法折叠，科学家获得了几乎所有（98.5%）人类卵白量组的3D构造。此中36%的预测准确率十分高，已到达原子程度。

目前，深度思维已将其源代码和预测数据库开放，助力新药或新质料的开发和研究。

将来造冷新体例：高科技面板可反射热量空调和电扇会消耗世界上10%的电力，估计到2050年，空调的利用量还将增加两倍，吸收更多的能量，并将热量返还到四周的情况中。美国SkyCool系统公司正在用能反射光线的纳米手艺屋顶突破那种有害轮回。

更“热”的世界需要更多不会增加电费的交换电

新辐射冷却面板上笼盖了多层光学薄膜，能够将波长在8至13微米之间的热辐射散发进来，最末穿过地球大气层并进入太空。此过程中，面板温度更高可降低15°F（约9.4℃），为建筑物现有系统供给零排放冷却。

去年秋天，美国加利福尼亚州斯托克顿市的一家杂货店安拆了一个原型机，通过面板下面的水管来冷却商铺的造冷系统，每年约可节省6000美圆的电费。

大大降低矿工的风险：澳公司推出地下矿山爆破处理新计划采矿业是世界上最危险的行业之一。铺设炸药、炸毁隧道等种种功课中都存在危险，有时还会有地震发作。

Avatel让矿工在功课的同时大大降低了平安风险。

澳大利亚澳瑞凯公司为危险的采矿行业供给了立异的特种机器人——Avatel机器人，那是全球首款双臂、 半主动、全机械化炸药输送系统，只需一名操做员就能在平安情况下为其筹办并拆填炸药。操纵WebGen无线启动系统，Avatel在充电周期中不再需要传统的毗连和其他物理有线毗连。

“犁庭扫穴”！美无人水面帆船深切飓风“山姆”内部为领会飓风是若何加强的并更好地预测将来的灾祸，科学家们需要风暴中的气压、水温、湿度和风力前提等数据。

做为大西洋2021飓风季中最强的风暴，飓风“山姆（Sam）”引起了气象部分的高度存眷。虽然它没有登岸的威胁，美国无人船企业Saildrone仍是与美国国度海洋和大气办理局（NOAA）达成合做，以期更好地监测此类风暴。

本年9月，在太阳能和风力的鞭策下，Saildrone一架型号为Explorer SD 1045的约7米长的主动驾驶帆船犹如一把劈开水面的尖刀，“犁庭扫穴”，插入了4级飓风“山姆”内部，成为有史以来第一艘进入飓风中心的机器人船只。其机翼被缩短，能更好地接受极端前提，那艘无人驾驶帆船供给了首个此类风暴内部的数据和画面，而所有工做都是在风速到达每小时190公里的情况下停止的。

目前，美国各地的尝试室已经起头利用Saildrone Explorer SD 1045帆船供给的海面数据。美国国度航空航天局已用它来完美卫星监测数据以研究天气变革；国度海洋和大气办理局则用它来查询拜访阿拉斯加鳕鱼的安康情况。

文中图片均来自美国《群众科学》月刊网站

编纂：张琦琪

审核：王小龙