2019年，科學(xué)及其追隨者們探索前行的步伐一如既往的堅定。對于世界我們仍有很多問(wèn)題，其解法，是依靠科技的進(jìn)步一次次擊碎桎梏，開(kāi)啟下一個(gè)增長(cháng)時(shí)代；用“希望”和“發(fā)展”引導人們走向更加美好的未來(lái)。從這個(gè)角度而言，2019年的科技界與科學(xué)家，更值得尊重。

 1 中國“嫦娥四號” 實(shí)現人類(lèi)首次月背軟著(zhù)陸 

月球之背，寧靜之地。 

此處屏蔽了來(lái)自地球的各種無(wú)線(xiàn)電干擾信號，可以監測到地面和地球附近的太空中無(wú)法分辨的電磁信號，為研究恒星起源和星云演化提供重要資料。所以天文學(xué)家一直希望利用這片寂靜去監聽(tīng)來(lái)自宇宙深處的微弱信號，但長(cháng)久以來(lái)，從未有航天器登陸過(guò)月球背面。 

今年1月3日，“嫦娥四號”探測器成功著(zhù)陸在月球背面東經(jīng)177.6度、南緯45.5度附近的預選著(zhù)陸區，并通過(guò)“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖，實(shí)現了人類(lèi)探測器首次月背軟著(zhù)陸。

 12月21日，著(zhù)陸器受光照自主喚醒，按計劃繼續對月表線(xiàn)性能量轉移譜、綜合粒子輻射劑量及月表低頻射電特征開(kāi)展有效探測工作。 

靜靜的月背，太陽(yáng)光照射在“嫦娥四號”著(zhù)陸器上。繁忙的地面，在月背刻上中國足跡的青年人團隊，平均年齡僅為33歲 

2 高度擴展的仿生物細胞機器人誕生 

地球生物皆由細胞構成，而細胞集體運作能力的強悍與復雜，至今人們也不能說(shuō)完全了解?？扇绻軌蛟谥悄茴I(lǐng)域模擬出一定程度的細胞組合運動(dòng)，并能輕易擴展，那么理論上，便可以利用大規模機器人創(chuàng )造出無(wú)限的可能。 

美國哥倫比亞大學(xué)和麻省理工的科學(xué)家3月份報告了一種能模擬生物細胞集體遷移的機器人，25個(gè)物理機器人“粒子”，能移動(dòng)、搬運物體以及向光刺激移動(dòng)。 

有意思的是，單個(gè)機器人“粒子”并不能移動(dòng)，但如果其中一個(gè)或幾個(gè)成員“喪失行動(dòng)能力”，也不會(huì )對整體有大影響——在20%粒子失效的情況下，其仍能以完整狀態(tài)一半的速度運行。而在傳統機器人，單獨個(gè)體的缺失，往往會(huì )導致滿(mǎn)盤(pán)崩潰。 

25個(gè)松散的“粒子”，可以輕易擴增為十萬(wàn)個(gè)，這比此前傳統機器人和仿生系統具有更高的可擴展性，也為開(kāi)發(fā)有預先確定性行為的大規模群體機器人系統，提供了全新途徑。 

3 人類(lèi)獲得首張黑洞照片 

在我們所有人頭頂，在幾乎每個(gè)大星系的中央，黑洞無(wú)聲無(wú)息地盤(pán)踞、吞噬、輻射。當天體物理學(xué)發(fā)展到一定程度，沒(méi)有任何一個(gè)文明可以對黑洞視而不見(jiàn)。 

天文學(xué)家們?yōu)榇舜罱艘粡埿行羌売^(guān)測網(wǎng)——“事件視界望遠鏡（EHT）”，它比任何獨立設備都更了解黑洞，它還能達到足夠分辨率來(lái)區分光被拉入黑洞時(shí)的狀況。拜其成全，從來(lái)都無(wú)法直接觀(guān)察到的黑洞，此次“眼見(jiàn)為實(shí)”。

北京時(shí)間4月10日21時(shí)7分，全球6個(gè)城市（比利時(shí)布魯塞爾、智利圣地亞哥、中國上海和臺北、日本東京、美國華盛頓）在同一時(shí)間公布了首張黑洞照片，揭示了室女座星系團中超大質(zhì)量星系M87中心的黑洞。黑洞這一神秘天體，終于展露真容。 

黑洞“現身”的同時(shí)，其中的物理現象還很可能為我們闡明廣義相對論和量子力學(xué)間的巨大矛盾——眾所周知，這二位“不和”已久，皆因我們找不到一種既是宏觀(guān)又是微觀(guān)的東西。而黑洞，恰好兼具大尺度宏觀(guān)形態(tài)和小尺度微觀(guān)量子理論的特性。 

這就是科學(xué)的進(jìn)步，既不會(huì )忽略小到無(wú)法體驗的粒子，也不會(huì )避開(kāi)大到超乎你我想象的物體。 

4 3D打印出會(huì ) “呼吸”的人造器官 

“上上世紀的思想，上世紀的技術(shù)，本世紀的市場(chǎng)”，說(shuō)的就是3D打印。 

但在今年，這項已然不再新鮮的技術(shù)取得了具有里程碑意義的成果。5月，《科學(xué)》雜志封面報道了美國萊斯大學(xué)與華盛頓大學(xué)主導的研究，該團隊克服了3D打印器官的一大障礙，創(chuàng )造出一個(gè)由水凝膠3D打印而成的肺氣囊模型。 

這個(gè)模型，具有與人體血管和氣管結構相同的網(wǎng)絡(luò )結構，在體外模擬肺氣囊生理學(xué)功能，實(shí)現了往周?chē)茌斔脱鯕?，完成了“呼吸”過(guò)程。而通常認為，只有3D打印的組織能像健康組織一樣“呼吸”，且構建出可與其他組織交互的管路系統，才可以說(shuō)它在功能上已經(jīng)接近一個(gè)健康組織。 

這項成果被認為代表了3D生物打印可實(shí)現的最強生理功能，它也意味著(zhù)，未來(lái)的器官移植以及人類(lèi)壽命延長(cháng)等許多問(wèn)題，都將可能得到解決。 

5 超導材料最高臨界溫度刷新 

應用物理界有一個(gè)終極使命，就是尋找能在室溫下具有超導性的材料并將其用于生活中。 

一般的材料在導電過(guò)程中會(huì )消耗大量能量，而超導體在傳輸中幾乎沒(méi)有耗損，還能在每平方厘米上承載更強的電流。但目前，超導材料只有在低溫環(huán)境下才會(huì )具有超導性。 

今年5月，美德兩國科學(xué)家團隊在《自然》上發(fā)文稱(chēng)，其所觀(guān)察到的3個(gè)特征已可證明，在250K（約為-23℃）的溫度下，氫化鑭在超過(guò)100萬(wàn)倍地球大氣壓下會(huì )變成超導物質(zhì)。 

而250K，是迄今為止超導材料中證實(shí)的最高臨界溫度，其距離室溫的295K已并不遙遠。 

值得注意的是，在2018年，已有兩個(gè)獨立研究小組同時(shí)發(fā)布對壓縮氫化鑭化合物超導性的理論預測，并指出了其臨界溫度范圍值。這一從“預測”到“驗證”的過(guò)程表明，人類(lèi)對超導材料的研究可能進(jìn)入了一個(gè)新階段——從靠經(jīng)驗規則、直覺(jué)或運氣發(fā)現超導體，向由具體理論預測指導研究過(guò)渡。

6 新癌癥疫苗讓CAR-T療法高效攻擊實(shí)體瘤

誓要向癌癥進(jìn)軍的CAR-T療法，還缺一副鎧甲?，F在，“抗癌疫苗”可做其鎧甲。 

在人類(lèi)與癌癥抗爭的歷史長(cháng)河中，CAR-T療法獨占鰲頭。這名字中的T，是指從患者體內分離出免疫T細胞，再在體外對這些細胞進(jìn)行基因改造，給它們裝上識別癌細胞表面抗原的“嵌合抗原受體”——即名字中的CAR。 

該明星療法被認為徹底地改變了癌癥治療格局，但卻有一定局限——僅能治療某些類(lèi)型的白血病。但今年7月，麻省理工學(xué)院科學(xué)家們在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了題為“利用疫苗增強CAR-T細胞治療實(shí)體瘤的療效”的研究。他們開(kāi)發(fā)出新型“抗癌疫苗”，可以讓CAR-T細胞對實(shí)體腫瘤進(jìn)行攻擊，極大提高CAR-T療效，最終可清除60%的小鼠體內的實(shí)體瘤，此外還能刺激免疫系統產(chǎn)生記憶T細胞，防止腫瘤復發(fā)。 

這項開(kāi)創(chuàng )型的研究，不啻于為千萬(wàn)人帶來(lái)希望，而對研究者來(lái)說(shuō)，它為對抗實(shí)體瘤的攻堅戰提供了新思路。 

7 全球首座浮動(dòng)核電站正式啟航 

20870型“羅蒙諾索夫院士”號浮動(dòng)核電站，是移動(dòng)式低功率核電機組的首型號，也是世界上最北端的核裝置。 

浮動(dòng)核電站本質(zhì)上就是一個(gè)建在船上的核電站，因其安全性和經(jīng)濟性獲得各國廣泛持續關(guān)注，被認為是最理想的海洋能源開(kāi)發(fā)保障。8月23日，“羅蒙諾索夫院士”號從俄羅斯北極不凍港摩爾曼斯克港啟航，9月抵達楚科奇地區的佩斯韋克市，隨后連接到電網(wǎng)。 

12月份，浮動(dòng)核電站開(kāi)始試運行。等正式運營(yíng)后，它將能替代當地一座陸上核電站和火力電站的發(fā)電產(chǎn)能。這座浮動(dòng)式核電站在設計時(shí)留有了很大的安全余量，兩臺KLT-40S反應堆能產(chǎn)生高達70兆瓦的電功率，可以滿(mǎn)足一個(gè)10萬(wàn)人口城鎮的能源所需。 

“羅蒙諾索夫院士”號啟航，標志著(zhù)俄羅斯在該領(lǐng)域取得實(shí)質(zhì)性突破?，F在，俄國家原子能公司正在研制第二代浮動(dòng)式核電站，將成為解決北極等特殊地域能源供應的重要選項。 

8“量子霸權”實(shí)現：200秒完成萬(wàn)年計算 

當量子計算在某些任務(wù)上擁有超越所有傳統計算機的計算能力，就是“量子霸權”。 

9月，谷歌發(fā)表題為《使用可編程超導處理程式的量子優(yōu)勢》的文章，宣布其實(shí)現“量子霸權”：一臺可編程量子計算機超越了最快的經(jīng)典超級計算機。該量子系統只用了約200秒，就完成了經(jīng)典計算機大約需要1萬(wàn)年才能完成的任務(wù)——而這里慘敗的對手，是目前世界排名第一的超級計算機、美國能源部橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室的“Summit”。

秒殺經(jīng)典計算機業(yè)界翹楚，這一成就被視為量子計算的重大里程碑事件，“對世界領(lǐng)先的超級計算機實(shí)現量子霸權，無(wú)疑是一項了不起的成就”。 

但也要看到，從實(shí)用的量子計算系統再到通用可編程的量子計算機，其路漫漫。在量子計算機投入實(shí)際應用前，還需開(kāi)展更多工作，譬如，實(shí)現可持續的容錯運算。 

9“基因魔剪”升級，新基因編輯系統問(wèn)世 

CRISPR-Cas這把“基因魔剪”的潛力，一直受到難以進(jìn)行精確修飾的限制。 

近年來(lái)，我們看到基因組編輯技術(shù)取得了重要進(jìn)展，但是已知的約75000個(gè)人類(lèi)病理性遺傳變異體，大部分仍無(wú)法得到有效修正——受到復雜細胞過(guò)程的影響，CRISPR-Cas在精度和效率上并不完美。 

但現在，許多研究工作正集中將不完美平衡為一種精確的編輯。今年10月，美國博德研究所等機構的科學(xué)家在《自然》發(fā)文稱(chēng)，他們開(kāi)發(fā)出新型多功能基因組編輯技術(shù)，可以精確地編輯基因，而不造成DNA雙鏈斷裂。其比傳統Cas9效率更高、副產(chǎn)物更少、脫靶率更低。 

這項新技術(shù)名為“先導編輯”，原則上，其可以修正約89%的已知與疾病相關(guān)的人類(lèi)遺傳變異體。 

基因組編輯的最終目標，就是能夠對生命藍圖做出任何特定的改變。而一種用于基因組編輯的“搜索和替換”方法，使我們朝著(zhù)這一宏偉目標邁出了一大步。 

10“萬(wàn)物DNA”材料 讓存儲無(wú)處不在 

人們隨口就說(shuō)“數據暴漲”這個(gè)詞，但你我只是轉手去買(mǎi)塊新硬盤(pán)，但對技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，數據量的不斷增加、既有存儲架構的不足，是恐懼之源。 

傳統存儲方式難以為繼。幸好，我們還有“更傳統的”——依靠自然界神奇而精巧的生物存儲。有人研究過(guò)，DNA信息儲存密度為一千萬(wàn)TB/立方厘米。在這種密度下，一個(gè)大約一米長(cháng)的DNA立方體，就能滿(mǎn)足目前世界上一年的信息儲存需求。而且，它如此穩定。 

今年12月，哥倫比亞大學(xué)著(zhù)名專(zhuān)家、以色列計算遺傳學(xué)家亞尼夫·埃爾利赫與蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院報告了一種運用“萬(wàn)物DNA”特殊材料3D打印出來(lái)的“兔子”，該材料包含了用以合成DNA編碼的兔子藍圖。之后，原始兔子所含的DNA被解碼，并穩定復制了五代兔子。這種新的存儲架構，意味著(zhù)DNA存儲的潛力又被進(jìn)一步拓展。 

而今年稍早時(shí)間，美國微軟與華盛頓大學(xué)也聯(lián)合公布了全球首個(gè)全自動(dòng)DNA數據存儲和檢索系統。這是人類(lèi)首次采用全自動(dòng)手段去進(jìn)行DNA存儲。全自動(dòng)的合成和讀取，不但有助于推動(dòng)規?；⒔档统杀?，還將是DNA存儲技術(shù)從實(shí)驗室走向商業(yè)數據中心的關(guān)鍵步驟。

摘自《科技日報》