两院院士评出往年世界十大科技进展 活体机器人、最冷反物质等入选

原标题:中国科学院院士评选出2021年全球十大科技进步生物机器人和最冷反物质。

中新网北京1月18日电(记者孙自法)由中国科学院、中国工程院院士投票评选的2021年中国及世界十大科技进步新闻18日在北京揭晓。其中，活体机器人的诞生和史上最冷反物质的出现入选2021年全球十大科技进步。

中国科学院院士评选的2021年世界十大科技进步新闻如下:

——世界上第一台“自我复制”的活体机器人诞生。美国佛蒙特大学、塔夫茨大学和哈佛大学韦斯生物灵感工程研究所的科学家们发现了一种全新的生物繁殖方式，并利用它创造了有史以来第一个可以世代自我复制的活体机器人——Xenobots 3.0。只有毫米大小，它既不是传统的机器人，也不是已知的动物物种，而是一种从未在地球上出现过的新的有生命的可编程生物。据悉，活体机器人可能有助于医学的新突破——除了有望用于精准给药，其自我复制能力也给再生医学提供了新的帮手，或者可以为出生缺陷、抗击创伤、癌症和衰老提供开创性的解决方案。11月29日，相关研究成果发表在《国家科学院院刊》上。

——核聚变是迈向“点火”的一大步。我们之所以能在地球上看到阳光，感受到温暖，来自于太阳核心的核聚变。核聚变是指原子融合在一起，释放出巨大能量的过程。这一过程可以持续提供几乎零碳排放的绿色能源。然而，在实验室中实现核聚变并不容易，一个主要的挑战是“点火”(即聚变反应产生的能量等于或超过输入能量的时刻)。8月8日，劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置(NIF)进行了一项新的实验。NIF的科学家团队重现了太阳核心存在的极端温度和压力。NIF强大的激光脉冲触发了燃料芯块的核聚变爆炸，产生了1.35兆焦耳(MJ)的能量——大约相当于一辆时速160公里的汽车的动能。这种能量达到触发这一过程的激光脉冲能量的70%，意味着接近核聚变的“点火”，即反应产生的能量足以维持反应进行，这是在无限聚变能的道路上迈出的一大步。

——科学家利用AI技术解决蛋白质结构预测难题。科学家们一直希望通过基因序列简单地预测蛋白质的形状——如果成功，它将打开一个洞察生命运行机制的新世界。美国华盛顿大学和英国DeepMind公司分别公布了多年的工作成果:先进的建模程序可以预测蛋白质和一些分子化合物的精确三维原子结构，并将这些结构放入开放的数据库中，供世界各地的研究人员免费使用。根据DeepMind的报告，其人工智能程序AlphaFold预测了98.5%的人类蛋白质结构，有助于深入了解一些关键的生物信息，从而更好地开展药物研发。美国华盛顿大学创建的高精度蛋白质结构预测程序被称为RoseTTAFold。基于深度学习，不仅可以预测蛋白质的结构，还可以预测蛋白质的结合形式。只需十分钟，RoseTTAFold就可以用游戏电脑精确计算出蛋白质结构。相关论文分别于7月15日发表在《自然》和《科学》杂志上。

——《基因剪刀》首次治疗遗传病。一直以来，人们要想用被称为“基因剪刀”的CRISPR基因编辑技术治疗遗传病，就需要清除一个巨大的障碍:将分子剪刀工具直接注射到患病细胞中，实现DNA切割。伦敦大学的研究人员发现CRISPR技术可以使突变基因失活。本研究首次将CRISPR注射到一种罕见遗传病(甲状腺素运载蛋白淀粉样变性)患者的血液中，发现其中3例患者的肝脏几乎停止产生毒性蛋白。尽管CRISPR治疗能否缓解疾病症状仍不确定，但初步数据让人们对这种一次性治疗的效果感到兴奋。相关研究结果于5月28日发表在《新英格兰医学杂志》上。据报道，这项新工作已经迈出了关键的第一步，使身体任何部位的致病基因失活、修复或替换。

——历史上最冷的反物质出来了。加拿大国家粒子加速器中心的真由藤原团队及其合作者在瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理研究所粒子物理实验室进行了一项名为ALPHA-2的反氢俘获实验，该实验展示了反氢原子的激光冷却，并将样品冷却至接近绝对零度。激光冷却经常被用来测量传统原子的能量转换——电子移动到不同的能级。该团队开发了一种激光器，它可以在适当的波长下发射称为光子的光粒子，从而降低反原子直接向激光器移动的速度。研究人员将反原子速度降低到1/10以下。对于冷却的反氢原子，该团队获得的测量精度几乎是非冷却反氢原子的三倍。这项研究产生了比以往任何时候都更冷的反物质，并使一个全新的实验成为可能，这将有助于科学家在未来更多地了解反物质。相关研究成果于3月31日发表在《自然》杂志上。

——“芝麻”大小的心脏模型出来了。奥地利科学院的生物学家萨沙·门德詹(Sasha Mendjan)和他的团队利用人类多能干细胞培育了芝麻大小的心脏模型，也称为心脏线。它可以自发组织和发展一个中等空中庭，而不需要实验支架。Mendjan的团队以特定的顺序激活了胚胎心脏发育中所有六种已知的信号通路，以诱导干细胞自我组织。随着细胞的分化，它们开始形成不同的层——类似于心脏壁的结构。经过一周的发育，这些器官自组织成一个空腔封闭的3D结构，几乎再现了人类心脏的自发生长轨迹。此外，研究小组还发现，心脏的壁组织可以有节奏地收缩，挤压腔内的液体。该团队还测试了心脏器官对组织损伤的反应。他们用一根冰冷的钢条冷冻了部分心脏器官，杀死了这个区域的许多细胞。研究发现，心脏成纤维细胞(一种负责伤口愈合的细胞)开始向受伤部位迁移，产生蛋白质修复损伤。相关研究发表在5月20日的《细胞》杂志上。这一进展使科学家能够创造出一些迄今为止最真实的心脏器官，这使得制药公司有可能将更多的药物引入临床试验。

——科学家利用人工智能实现两大数学突破。纯数学研究的关键目标之一是发现数学对象之间的规律，并利用这些关系形成猜想。从20世纪60年代开始，数学家们开始使用计算机来帮助他们发现规律和进行猜想，但是人工智能系统并没有在纯数学研究中得到广泛应用。12月1日，发表在《自然》杂志上的一篇论文显示，DeepMind开发了一个机器学习框架，可以帮助数学家发现新的猜想和定理。此前，这一框架帮助发现了纯数学不同领域的两个新猜想。研究者将这种方法应用于两个纯数学领域，发现了一个新的拓扑学定理(几何形状性质的研究)和一个表象理论的新猜想(代数系统的研究)。研究人员表示，这是计算机科学家和数学家首次使用人工智能来帮助证明或提出复杂数学中的新定理。

——科学家在实验室成功构建了早期人类胚胎样结构。达拉斯德克萨斯大学西南医学中心的研究人员领导的团队，通过人类多能细胞的分化，成功诱导了人类早期胚胎样结构。这种结构类似于人囊胚胚胎，能正确表达相应的基因和蛋白质，在体外发育2 ~ 4天即可形成羊膜囊样结构。相关研究成果于3月17日发表在《自然》杂志上。据报道，借助人类早期胚胎样结构，研究人员可以深入研究胚胎的早期发育，更好地了解早期人类重大疾病导致的流产、畸形、女性妊娠障碍等现象，并为其找到可行的解决方案。此外，研究人员还可以通过该技术建立药物筛选模型，为进入临床应用的孕妇用药提供安全性模拟试验。

——激光传输稳定自由，创造世界纪录。澳大利亚国际射电天文学研究中心和西澳大利亚大学(UWA)的研究人员创造了激光信号在大气中最稳定传输的世界纪录。该团队将相位稳定技术与先进的自引导光学终端相结合，实现了最稳定的激光传输。这项新技术有效地消除了大气湍流，并允许激光信号从一个点发送到另一个点，而不受大气干扰。这个结果是世界上最精确的方法，用激光系统通过大气传输来比较两个不同地方之间的时间流动。相关论文发表在1月22日的《自然-通讯》上。据悉，该研究具有广阔的应用前景，可用于精确检验爱因斯坦广义相对论，或发现基本物理常数是否随时间变化。同时，这项技术的精确测量能力在地球科学和地球物理学中有实际应用，可以改进卫星对地下水位如何随时间变化的研究或发现地下矿藏。此外，该技术在光通信领域的应用可以将卫星到地面的数据传输速率提高几个数量级，下一代大型数据采集卫星可以更快地将关键信息传输到地面。

——科学家“画”出最清晰的原子“特写”。美国康奈尔大学的穆勒团队捕捉到了迄今为止最高分辨率的原子图像，打破了2018年创下的记录。据悉，穆勒团队利用叠层成像技术，用X射线照射钪酸镨晶体，然后通过散射电子的角度计算出原子散射它们的形状。这些进展使研究团队能够观察到密度更大的原子样本，并获得更好的分辨率。据了解，这种最新形式的电子堆栈成像分析技术使科学家能够在所有三维空间中定位单个原子。研究人员还将能够一次找到异常结构中的杂质原子，并对它们及其振动进行成像。相关论文发表在5月21日的《科学》杂志上。

据了解，中国科学院、中国工程院院士评选的年度中国及世界十大科技进步活动由中国科学院、中国工程院部局、中国工程院办公厅、中国科学通讯社主办。本次年度评选活动至今已举办28届，对公众进一步了解国内外科技发展趋势、普及科技起到了积极作用。(End)回到搜狐看看更多。

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