中文：http://only-perception.blogspot.com/2010/04/blog-post_18.html
New Hitachi Li-ion batteries to last ten years
http://www.physorg.com/news190018064.html
By Lin Edwards, April 9, 2010
(PhysOrg.com) -- 日立（Hitachi）宣佈他們透過一種新陰極（cathode）材料的開發，或能使可充電鋰離子（Li-ion）電池的壽命加倍。此材料與新神戶電機 （Shin-Kobe Electric Machinery）共同開發而成，雖然一開始對於筆電、相機或智慧型手機這樣的小型應用並不是那麼有用，不過那對於混合或電動車中的大型電池，以及儲存 風力農場發電機所製造的額外能量上也許很理想。
這種新電池在正電極使用更多的錳，並減少鈷（那更加昂貴）的使用。日立表示，這種新陰極材 料是鋰錳氧化物尖晶石（spinel，LIMn2O4）這種複合物，那是一種結晶材料，比先前的陰極材料更加穩定。其穩定性使得陰極更耐得住電解質的攻 擊，並抑制陰極材料滲漏到電解液中（這些過程終將使電池無法再充電）。這種新陰極材料將電池的壽命由最平常的平均五年工作壽命延長到十年，而且那也提升電 池的容量。這種電池也因為減少鈷的使用，將比目前的鋰離子電池更便宜。
鉛酸（Lead-acid）電池通常為大型裝置所用，因為它們多達十年的較長工作壽命，也因為它們的低成本。鋰離子電池的電力密度約為鉛酸電池的四倍，故它們的壽命能加倍且成本減少，它們將能在大型應用中取代傳統電池。
最近，鋰離子電池幾乎可在所有可攜式電子裝置中發現蹤跡，而這項新電池技術也許能夠「縮小」以便給這些小機件使用。這款電池目前仍是原型階段，不過日立預期那也許在 2011 年初即可供大規模的工業使用。
這 款新電池是在日本的 New Energy and Industrial Technology Development Organization（新能源・產業技術綜合開發機構）幫助下製造，而日立希望它在供生態永續產業（例如風力農場與電動車）使用的電池上的專注能幫助 它再度獲益。
更多日立原始（日文）資訊： http://www.hitachi.co.jp/New/cnews/month/2010/04/0405a.html
※ 相關報導：
＊ 鋰電池陰極的重要突破
＊ 新充電方法大幅減少電池再充電時間
＊ 數位化量子電池將能量密度提升10 倍
＊ 紙電池或能供電給服裝與包裝材料中的電子裝置
星期四, 6月 03, 2010
電池輕量化：金屬結晶扮演效率改善的關鍵角色
中文：http://only-perception.blogspot.com/2010/04/blog-post_19.html
A step toward lighter batteries: Metal catalysts play important role in improving efficiency
http://www.physorg.com/news189421942.html
By David L. Chandler, April 2, 2010
一個在 MIT 的研究團隊在某種技術上有了重大進展，那能將任何現存電池的能量密度提升多達三倍。
Yang Shao-Horn，MIT 機械工程暨材料科學與工程副教授，表示：有許多團體都正在進行鋰空氣電池（lithium-air batteries）的研究，那在能量密度上有很大的潛力達到巨大獲益。不過這裡卻缺乏對於「什麼樣電極材料能促進在這些電池中所發生的電化學反應」的理 解。
鋰氧（Lithium-oxygen，也稱為鋰空氣）電池在原理上類似鋰離子電池，那現在主宰可攜式電子器材的領域，同時也是電動車 的領導性競爭者。但因為鋰空氣電池在這樣的電池中，以基於碳之空氣電極還有空氣的流動取代沈重的慣用元件，所以這種電池本身能非常輕巧。這也是為何領導性 公司，包括 IBM 與 GM，堅持進行大規模研究倡議鋰空氣技術。
本週一篇發表在 Electrochemical and Solid-State Letters 期刊上的論文中，Shao-Horn 以及她某些學生以及訪問教授 Hubert Gasteiger，報告了一項研究，證明具有金或鉑作為催化劑的電極，展現出更高程度的活性，也因而比這些電池中簡單的碳電極有更高的效率。
此外，這項新研究替未來的、能導致更好電極材料的研究創造舞台，也許是金與鉑或其他金屬的合金，或是金屬氧化物，或較廉價的替代方案。
博 士生 Yi-Chun Lu，這篇論文的領導作者，解釋：該團隊已開發出一種方法來分析電池中不同催化劑的活性，而他們現在能建立在這項研究上以研究各種可能的材料。"我們將留 意不同的材料，並察看趨勢，" 她表示。"這樣的研究能讓我們確認統御催化劑活性的物理參數。最終，我們將能夠預測催化劑的行為。"
為何那很重要：能傳送許多能量的輕量電池對許多應用而言很重要 -- 例如，改善電動車的里程數。為了這個理由，即使是電池能量密度等級的適度增加 -- 在一定重量下所能傳送能量總數的量測 -- 都是重要進展。
下 一步：在開發一套能廣泛商業化的電池系統上，一項得要應付的問題是安全性。金屬形態的鋰，那在鋰空氣電池中使用，若有一絲一毫水份存在，將會是高度反應 性。那在目前的鋰離子電池中並不是個問題，因為基於碳的材料被用來當作負電極。Shao-Horn 表示，可在不需要使用金屬鋰的情況下應用相同的電池原理；她表示，反而能使用石墨或其他穩定的負電極材料，導致更安全的系統。
在鋰空氣電池能變成實際商業化產品前，有一些問題必定要被處理，她說。最大的問題是，若要開發一套在車輛或電動車上有用的系統，那必在經歷過足夠數量的充、放電循環後仍維持它的電力。
研究者也需要觀察充放電過程的化學細節，看看何種化合物產生以及在何處產生，還有它們如何與系統中其他化合物起反應。"我們在實理解這些反應如何發生上，仍在非常開始的階段，" Shao-Horn 說。
Gholam-Abbas Nazri，GM 研發中心的研究者，稱此研究："有趣且重要，" 並表示，在開發這項技術上，這對付一項重要的瓶頸：要找到有效的催化劑。這項研究 "對於催化劑角色的未來理解上，方向是正確的，" 而且那 "對於鋰空氣系統的未來理解與發展，也許有顯著地貢獻，" 他說。
雖然某些研 究鋰空氣電池的公司已表示他們將它視為一項十年發展計畫，但 Shao-Horn 表示，要預測花多久時間才能商業化仍嫌太早。"那是個非常有前景的領域，不過有許多科學與工程挑戰需要克服，" 她說。"如果那真的證明（有今日鋰離子電池）二到三倍的能量密度，" 她說，第一種應用很可是將會出現在電腦與手機等可攜式電子裝置上，那是高價物品，而且之後只有在成本減少的情況下才會應用在車輛上。
※ 相關報導（論文尚未刊載）：
＊ The Influence of Catalysts on Discharge and Charge Voltages of Rechargeable Li-Oxygen Batteries
Yi-Chun Lu, Hubert A. Gasteiger, Michael C. Parent,＊ 多倫多大學的綠色催化劑可取代鉑族金屬
Vazrik Chiloyan, Yang Shao-Horn. Electrochemical and
Solid-State Letters, 1 April 2010 (Vol.13, No.6).
＊ 合成催化劑模仿自然的「氫經濟」
＊ 日立新鋰離子電池可維持十年
＊ 靈感來自電漿電視的數位量子電池
＊ 新充電方法大幅減少電池再充電時間
＊ 研究發現為何固體中的原子偏好某些結構
無痛電漿噴射流能取代牙醫的鑽頭
中文：http://only-perception.blogspot.com/2010/04/blog-post_2251.html
Painless plasma jets could replace dentist's drill
http://www.physorg.com/news183153224.html
January 19, 2010
根據一項發表在 Journal of Medical Microbiology 二月號的研究，電漿噴射流（Plasma jets，噴射式電漿）能消滅導致牙齒蛀牙的病菌，成為有效且無痛地替代方案。
科學家發現將低溫電漿術朝象牙質發射 -- 在琺瑯質外層下的纖維狀牙齒構造 -- 能減少牙菌數量達一萬倍以上。這些發現意味電漿技術可用來移除牙齒齲洞（cavities）中受感染的組織 -- 此等實施傳統上涉及在牙中鑽動。
在 德國萊比錫 Leibniz-Institute of Surface Modifications 的科學家以及來自 Homburg，Saarland 大學的牙醫們測試電漿對抗常見口腔病原體的功效，那包括轉糖鏈球菌（Streptococcus mutans）以及乳酸桿菌（Lactobacillus casei）。這些細菌在牙齒的表面上形成膜，且能侵蝕琺瑯質及其下方的象牙質導致齲洞。若擺著不治療，將導致疼痛、掉牙以及某些嚴重的齒齦感染。在這項 研究中，研究者以四種細菌感染拔下來的人類臼齒上的象牙質，接著將它暴露在電漿噴射流中 6、12、或 18 秒。當象牙質暴露在電漿的時間愈久，被消滅的細菌數量也就愈多。
電漿是已知繼固態、液態與氣態之外的第四態，在科技與醫療應用上數目正逐 漸增加。電漿在宇宙中相當普遍，且在高能處理剝奪原子的一個或更多個電子時形成。這形成高溫反應性氧族（reactive oxygen species，ROS，活性氧族），那能夠摧毀微生物。這些熱電漿已用於消毒手術器具上。
領導此研究、來自 Saarland 大學的 Dr Stefan Rupf 表示，最近溫度大約攝氏 40 度之冷電漿的發展，在牙科醫學運用上，顯得十分有希望。"低溫表示它們能殺死細菌，同時維護牙齒。在牙齒中心的牙髓（在象牙質下面），連結到血液供應與神 經，所以對它的熱傷害無論如何都要避免。"
Dr Rupf 表示，使用電漿技術將蛀牙消毒將受到患者以及牙醫師的歡迎。「鑽牙是一種非常不舒服且有時疼痛的經歷。相較之下，冷電漿，是一種完全無接觸的方法，具有高效率。現在電漿醫學這個領域有著長足的進步，對於齲齒的臨床治療，預計將在 3 - 5 年內出現。」
＊ 電漿筆可以殺菌
Painless plasma jets could replace dentist's drill
http://www.physorg.com/news183153224.html
January 19, 2010
根據一項發表在 Journal of Medical Microbiology 二月號的研究，電漿噴射流（Plasma jets，噴射式電漿）能消滅導致牙齒蛀牙的病菌，成為有效且無痛地替代方案。
科學家發現將低溫電漿術朝象牙質發射 -- 在琺瑯質外層下的纖維狀牙齒構造 -- 能減少牙菌數量達一萬倍以上。這些發現意味電漿技術可用來移除牙齒齲洞（cavities）中受感染的組織 -- 此等實施傳統上涉及在牙中鑽動。
在 德國萊比錫 Leibniz-Institute of Surface Modifications 的科學家以及來自 Homburg，Saarland 大學的牙醫們測試電漿對抗常見口腔病原體的功效，那包括轉糖鏈球菌（Streptococcus mutans）以及乳酸桿菌（Lactobacillus casei）。這些細菌在牙齒的表面上形成膜，且能侵蝕琺瑯質及其下方的象牙質導致齲洞。若擺著不治療，將導致疼痛、掉牙以及某些嚴重的齒齦感染。在這項 研究中，研究者以四種細菌感染拔下來的人類臼齒上的象牙質，接著將它暴露在電漿噴射流中 6、12、或 18 秒。當象牙質暴露在電漿的時間愈久，被消滅的細菌數量也就愈多。
電漿是已知繼固態、液態與氣態之外的第四態，在科技與醫療應用上數目正逐 漸增加。電漿在宇宙中相當普遍，且在高能處理剝奪原子的一個或更多個電子時形成。這形成高溫反應性氧族（reactive oxygen species，ROS，活性氧族），那能夠摧毀微生物。這些熱電漿已用於消毒手術器具上。
領導此研究、來自 Saarland 大學的 Dr Stefan Rupf 表示，最近溫度大約攝氏 40 度之冷電漿的發展，在牙科醫學運用上，顯得十分有希望。"低溫表示它們能殺死細菌，同時維護牙齒。在牙齒中心的牙髓（在象牙質下面），連結到血液供應與神 經，所以對它的熱傷害無論如何都要避免。"
Dr Rupf 表示，使用電漿技術將蛀牙消毒將受到患者以及牙醫師的歡迎。「鑽牙是一種非常不舒服且有時疼痛的經歷。相較之下，冷電漿，是一種完全無接觸的方法，具有高效率。現在電漿醫學這個領域有著長足的進步，對於齲齒的臨床治療，預計將在 3 - 5 年內出現。」
＊ 電漿筆可以殺菌
簡化的「複雜性」 -- 基因組如何作用的新洞見
中文：http://only-perception.blogspot.com/2010/04/blog-post_4466.html
Simplifying complexity -- new insights into how genomes work
http://www.physorg.com/news189330751.html
April 1, 2010
(PhysOrg.com) -- 基因組（genome，基因體）是種包含基因及其調控因子的複雜體系。一個歐洲研究團隊闡明了這麼動態的系統如何運作，這導致一種預測遺傳調控者的新方法。
當生物體成長還有與其環境互動時，成套的基因不斷被開啟與關閉，交織出生命的每個面向。全世界的研究者都試圖理解轉錄網路 -- 錯綜複雜的基因與調控媒介（regulatory agents）網路 -- 那控制著大腸桿菌到人類的每一種生物體。
這個歐盟贊助的研究計畫 GENNETEC（for GENetic NETworks Emergence and Complexity）為自己設立一個具雄心壯志的目標：對於所有複雜系統發展出更深入的理解，並將這些洞見應用至活生物體，包括人類。
GENNETEC 的成就之一，是種預測轉錄因子（可開、關基因的分子）調控特定基因的新方法。他們的發現可望提升一般遺傳網路功能，以及健康、生病時人類遺傳系統動力學（dynamics）的研究。
"我們現在處於一個更棒的位置來理解人類細胞中的遺傳調控：用更低的成本，在更短的時間內，" Francois Kepcs，GENNETEC 計畫的協調者。
與一位鋼琴家彈奏特殊音調或和弦以演奏出一首旋律十分類似，轉錄因子沿著一條染色體結合到特定位置，將鄰近基因開啟或關閉。數十年的研究已證明，所產生的基因表現模式（patterns）將指導一細胞或生物體的生長、正常功能以及對於環境挑戰的回應。
此外，遺傳系統中失常的機能可導致各種疾病，包括癌症。"疾病有時被視為：一個交互作用網路之動態（dynamics）的不恰當變化，" Kepcs 說。"故理解它們的特性以及如何校正或控制它們的動力學是必要的。"
因轉錄因子而轉動
到目前為止，研究者試圖使基因與臨時轉錄因子相配，最有效的方法是尋找已知結合至特定調控分子上的短 DNA 序列。Kepcs 表示這種方法依然有效，但卻可能產生假陽性（false positives）-- 潛在的調控關係經證明後結果是假的。
追尋這些不正確的線索（leads）很浪費。"以滴管進行將花很長的時間，還有耗費很多錢，" Kepcs 說。GENNETEC 團隊決定藉此對付這個問題：研究某種新穎且獨立的方法來預測某種基因是否為某一特定因子所控制。
在早期研究中，Kepcs 以及同僚發現，回應相同轉錄因子的基因通常在一條染色體上有著規律的間隔。他們懷疑這種週期性間隔與 DNA 在細胞核內的盤繞方式有關，且藉由在地理上將它們分組（grouping），能起到最佳化相關基因與轉錄因子功能的作用。
如果科學家們理解這種能產生某種可觀察到之規律性的機制，他們總是會比較自在。GENNETEC 研究者使用複雜的 DNA 摺疊數值模擬來證明，這些存有週期性間隔的基因能幫助決定 DNA 摺疊（或濃縮 DNA 股）的結構。
他們也發現，最終形狀（那在物理上使相關基因靠在一起）對於基因表現很重要。
"我們所發現的是在染色體結構與基因表現間有著明確的連結，" Kepcs 表示，"這樣的連結我們現在能以一種非常精確且可行的方式預測。"
更快、更聚焦的研究
當 GENNETEC 團隊將他們的新位置預測器與標準序列預測器結合，他們發現，他們能更有效率地確認新基因--調控者關係。
"結合二種預測器，藉此削減假命中，讓我們在預測特定基因的調控者上表現能更好，" Kepcs 說。"我們具有代表性地使預測的鑑別度（specificity）加倍。"
聯盟夥伴之一，NorayBio（位於西班牙北部），正開發一套商業化軟體包，那將允許世界各地的研究者應用這種更強大的方法來破解遺傳網路。
此聯盟也在製作一套實用的、但精密度較少的版本，免費提供。
雖然 Kepcs 對於這種新研究工具感到高興，不過他強調，該聯盟對於複雜系統的研究一樣重要。他們的發現能應用到不同的領域，例如設計只會完成預期項目的軟體，以及建造像細胞那樣的系統，能以最佳方式回應各種不同的情況。
"細胞只有一套基因組，不過憑那套基因組它們能應付多種挑戰，" Kepcs 說。"我們能把這種生物學的解決方案當成某種靈感來用，做出新一代的演算法，在處理複雜的問題上比以前還要好。"
※ 相關報導：
＊ GENNETEC project
http://gennetec.csregistry.org/
＊ 新模型證明蛋白質如何找到正確的 DNA 序列
＊ 尋找網路的演算法 -- 用於基因或網際網路
＊ 數位通訊技術協助釐清個人化治療途徑
＊ 新計算技術讓基因組的比對更加容易
＊ 預測藥物副作用的新方法
＊ 計算成就加速尋找基因：在幾毫秒內而非幾年內
＊ 闡明更多演化的機器人
＊ 科學家以新方法利用噴墨印表機操縱基因
＊ 腫瘤藉由模仿淋巴結躲避免疫系統
星期三, 6月 02, 2010
石印術一種：列印摺紙術為複雜結構提供新技術
Printed origami offers new technique for complex structues
http://www.physorg.com/news190442323.html
April 14, 2010
雖 然它看起來小，也不出鋒頭，不過這種座落在 Illinois 教授 Jennifer Lewis 實驗室樣本碟中的微小摺紙鶴（origami crane），為那些擁有複雜三維結構的生物相容性裝置（biocompatible devices）、微支架（microscaffolding）以及其他微系統的創造預告了新方法。這隻硬幣大小的鈦金屬鳥，一開始時是一張以氫化鈦 （titanium hydride）印出來的薄片（printed sheet）。
該團隊將把他們新奇的技術發表在 4/14 的 Advanced Materials 期刊線上版。小型、以複雜形狀製成的金屬、陶器或聚合物包含種種應用，從生醫裝置、電子裝置到快速原型製作（prototyping）。製造這種結構的方 法之一是透過直寫組裝（direct-write assembly），那是 Lewis 小組協助開拓的技術。在此方法中，一台大型印表機將包含金屬、陶瓷或塑膠粒子的印墨沈積，一層層組合出結構。接著，此結構在高溫下退火 （annealing）使墨水中的液體蒸發並使粒子結合，剩下一個固態物體。
然而，當所添加的層次愈多，較低層傾向下垂或因為自身重量而 塌陷 -- 當博士後研究者 Bok Yeop Ahn 試圖為組織工程製造鈦支架時遇到這種問題。他決定採用不同方法：印出一張平面的薄片，接著將它捲繞成螺旋型 -- 或甚至將它摺成各種形狀。將印出來的薄片摺疊並不像剛開始看起來那樣容易。
"我們的印墨絕大多數都是基於水性配方，所以它們乾得很快。它 們變得非常堅硬，而且在摺疊後很容易碎裂，" Lewis 說，Thurnauer 材料科學與工程教授，同時也是該校 Frederick Seitz 材料研究實驗室主任。於是挑戰就變成要找到一種解決方法，能使印出來的薄片柔軟到足供操作，卻又夠堅韌，能在摺疊後與退火間維持它們的形狀。
Lewis、 Ahn 以及他們的研究團隊藉由仿效溼摺摺紙術（wet-folding origami，在其中，紙張部份浸濕以增強它的可摺疊性）從而解決此問題。藉由在印墨中使用一種快乾與慢乾溶劑的混合物，薄片部份乾燥但仍維持足夠的彈 性，耐得住多重步驟摺疊 -- 在鶴的例子中為 15 摺。
U. of I. 研究者與 David Dunand（西北大學的 James and Margie Krebs 材料科學教授） 教授合作，他最初找 Lewis 商量使用氫化鈦的可能性。"我知道如何在不受印墨污染的情況下，將氫轉變成金屬鈦，基於我實驗室先前的研究，" Dunand 說，他聚焦在將柔軟的、氫化鈦摺紙結構退火成強健、金屬的鈦物體。
列印與摺紙技術的緊密結合，容許更大的結構複雜性 -- 諸如鶴突出的雙翼，這種特徵是無法透過直接列印方法產生的。此外，Lewis 的團隊能以各種圖案（patterns）列印薄片，又增添另一種層次的結構細節。
"藉由結合這些方法，你能夠迅速組裝出非常複雜的結構，那單靠傳統製造方法是辦不到的，" Lewis 表示。
根據 Dunand 表示，接下來，該團隊希望透過擴展中的印墨陣列，擴展其摺紙術大全（origami repertoire），以包含更大與更小的結構。例如，此法能拓展成各種陶瓷以及從鋼到鎳的一系列金屬。
研究者們也在計畫探索可能的應用，包括輕量化結構、生醫裝置、感應器等。
"我們才剛開始解放此法的威力，" Lewis 表示。
※ 相關報導：
＊ Printed Origami Structures
http://www3.interscience.wiley.com/journal/123353872/abstract
Bok Yeop Ahn, Daisuke Shoji, Christopher J. Hansen,＊ 可建造月球基地的 3D 印表機
Eunji Hong, David C. Dunand, Jennifer A. Lewis
Advanced Materials 2010
doi: 10.1002/adma.200904232
＊ 華盛頓大學 Solheim 實驗室示範玻璃 3D 列印
＊ 奈米管＋墨水＋紙＝即用電池
＊ ROLLED「印出」OLED 彈性顯示器
＊ 日科學家希望「印」出心臟
＊ 科學家以新方法利用噴墨印表機操縱基因
「人造葉子」的藍圖模仿大自然
中文：http://only-perception.blogspot.com/2010/05/blog-post_14.html
Blueprint for 'artificial leaf' mimics Mother Nature
http://www.physorg.com/news188740600.html
March 25, 2010
科學家今天展示一種設計策略，藉此製造期盼已久的人造葉子，那能夠駕馭大自然在光合作用這種過程中，從日光與水產生能量的能力。這種新竅門，是基於自然葉子的化學與生物能力，可導致有效的人造葉子原型。他們宣稱，人造葉子能捕捉太陽能，並有效地利用它將水轉變成氫燃料。
他們已預定在本週舉行的第 239 屆 American Chemical Society (ACS) 國際會議中報告。這次會議上，約有 12,000 篇科學報告已排定進行簡報，是 2010 規模最大的科學聚會之一。
" 此概念也許為基於生物學典範之人造光合作用系統的設計帶來新願景，而且提供一種有效的原型，能利用永續的能源資源，" 范同祥（Tongxiang Fan）, Ph.D. 以及同僚張荻（Di Zhang）, Ph.D. 與周漢（Han Zhou，音譯）, Ph.D. 表示。他們屬於中國上海，上海交通大學金屬基複合材料國家重點實驗室（State Key Lab of Matrix Composites at Shanghai Jiaotong University）。
范指出，利用陽光將水分離成它的成份：氫與氧，是脫離目前對煤、石油與其 他傳統燃料的依賴，最有前途且永續的策略之一。當然燒時，這些燃料會釋出二氧化碳，主要溫室氣體。相較之下，氫的燃燒，只會形成水蒸汽。這項訴求正是經過 許多討論的「氫能經濟（Hydrogen Economy）」的中心，例如 Toyota 已開發出氫燃料車。然而，目前缺乏具成本效益的永續方法來製造氫。
范等人念玆在玆，決定要進一步觀察葉子，大自然的光合作用系統，並計畫 將其結構作為他們次世代人工系統的藍圖。並不太令人意外，綠葉的結構賦予他們極高的光收成（light-harvesting）效率。在他們的架構內，包 含負責將太陽能聚焦與引導至葉子之光收成部份以及其他功能的結構。
在發展人造的、葉子般結構的藍圖時，這些科學家決定模仿大自然的設計。 這導致他們報告他們的「人造無機葉（Artificial Inorganic Leaf，AIL，人造無機樹葉、人工無機葉）」，那基於自然的葉子與二氧化鈦（TiO2） -- 這種化學物質已被確認為氫生產的光催化劑。
這 些科學家首先在一種二階段過程中使二氧化鈦滲入野棉花（Anemone vitifolia，小白頭翁，一種中國原生植物，屬於銀蓮花屬）的葉子中。利用先進的光譜學技術，這些科學家接著能證實，葉中有利於光收成的結構化特徵 已複製在新的二氧化鈦構造中。令人振奮的是， AIL 在氫的製造上比那些以這種方式「生物模板化（biotemplated）」的二氧化鈦更加活躍八倍。AILs 也比商業化的光催化劑更加活躍三倍。接著，科學家們將鉑的奈米粒子嵌入葉狀結構中。鉑，以及可在天然葉子中發現的氮，協助使人造葉的活性增加額外的十倍。
在 他的 ACS 簡報中，范報告人造無機葉製造的種種面向，他們的光譜學使他們更了解光催化劑的巨觀與微觀結構，以及與先前所報告系統的比較。這些新「葉子」的活性顯然高 於其他利用傳統方法所製備的。范將這些結果歸因於源自自然葉子的階層式（hierarchical）結構：
"在朝著基於自然典範 -- 尤其是基於結構性設計的探索與模仿 -- 之新人造太陽能轉能（transduction）系統的邁進上，我們的結果也許代表了重要的第一步。大自然仍有許多東西能教我們，而人類的心靈手巧能夠修改自然系統的原理以強化效用。"
※ 相關報導：
＊ 研究者成功模擬光合作用並設計更好的葉子
＊ 植物如何輸送糖的研究攸關全球暖化
＊ 催化劑：科學家模仿植物儲存能源系統的精髓
＊ 科學家發現量子力學在光合作用中起作用
＊ 研究者確認光合作用中的關鍵分子
＊ 科學家解開光合作用階段中的謎
＊ 研究者改造細菌將二氧化碳轉變成液態燃料
＊ 可直接將水分解成氫的太陽能電池
＊ 合成催化劑模仿自然的「氫經濟」
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Blueprint for 'artificial leaf' mimics Mother Nature
http://www.physorg.com/news188740600.html
March 25, 2010
科學家今天展示一種設計策略，藉此製造期盼已久的人造葉子，那能夠駕馭大自然在光合作用這種過程中，從日光與水產生能量的能力。這種新竅門，是基於自然葉子的化學與生物能力，可導致有效的人造葉子原型。他們宣稱，人造葉子能捕捉太陽能，並有效地利用它將水轉變成氫燃料。
他們已預定在本週舉行的第 239 屆 American Chemical Society (ACS) 國際會議中報告。這次會議上，約有 12,000 篇科學報告已排定進行簡報，是 2010 規模最大的科學聚會之一。
" 此概念也許為基於生物學典範之人造光合作用系統的設計帶來新願景，而且提供一種有效的原型，能利用永續的能源資源，" 范同祥（Tongxiang Fan）, Ph.D. 以及同僚張荻（Di Zhang）, Ph.D. 與周漢（Han Zhou，音譯）, Ph.D. 表示。他們屬於中國上海，上海交通大學金屬基複合材料國家重點實驗室（State Key Lab of Matrix Composites at Shanghai Jiaotong University）。
范指出，利用陽光將水分離成它的成份：氫與氧，是脫離目前對煤、石油與其 他傳統燃料的依賴，最有前途且永續的策略之一。當然燒時，這些燃料會釋出二氧化碳，主要溫室氣體。相較之下，氫的燃燒，只會形成水蒸汽。這項訴求正是經過 許多討論的「氫能經濟（Hydrogen Economy）」的中心，例如 Toyota 已開發出氫燃料車。然而，目前缺乏具成本效益的永續方法來製造氫。
范等人念玆在玆，決定要進一步觀察葉子，大自然的光合作用系統，並計畫 將其結構作為他們次世代人工系統的藍圖。並不太令人意外，綠葉的結構賦予他們極高的光收成（light-harvesting）效率。在他們的架構內，包 含負責將太陽能聚焦與引導至葉子之光收成部份以及其他功能的結構。
在發展人造的、葉子般結構的藍圖時，這些科學家決定模仿大自然的設計。 這導致他們報告他們的「人造無機葉（Artificial Inorganic Leaf，AIL，人造無機樹葉、人工無機葉）」，那基於自然的葉子與二氧化鈦（TiO2） -- 這種化學物質已被確認為氫生產的光催化劑。
這 些科學家首先在一種二階段過程中使二氧化鈦滲入野棉花（Anemone vitifolia，小白頭翁，一種中國原生植物，屬於銀蓮花屬）的葉子中。利用先進的光譜學技術，這些科學家接著能證實，葉中有利於光收成的結構化特徵 已複製在新的二氧化鈦構造中。令人振奮的是， AIL 在氫的製造上比那些以這種方式「生物模板化（biotemplated）」的二氧化鈦更加活躍八倍。AILs 也比商業化的光催化劑更加活躍三倍。接著，科學家們將鉑的奈米粒子嵌入葉狀結構中。鉑，以及可在天然葉子中發現的氮，協助使人造葉的活性增加額外的十倍。
在 他的 ACS 簡報中，范報告人造無機葉製造的種種面向，他們的光譜學使他們更了解光催化劑的巨觀與微觀結構，以及與先前所報告系統的比較。這些新「葉子」的活性顯然高 於其他利用傳統方法所製備的。范將這些結果歸因於源自自然葉子的階層式（hierarchical）結構：
"在朝著基於自然典範 -- 尤其是基於結構性設計的探索與模仿 -- 之新人造太陽能轉能（transduction）系統的邁進上，我們的結果也許代表了重要的第一步。大自然仍有許多東西能教我們，而人類的心靈手巧能夠修改自然系統的原理以強化效用。"
※ 相關報導：
＊ 研究者成功模擬光合作用並設計更好的葉子
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＊ 催化劑：科學家模仿植物儲存能源系統的精髓
＊ 科學家發現量子力學在光合作用中起作用
＊ 研究者確認光合作用中的關鍵分子
＊ 科學家解開光合作用階段中的謎
＊ 研究者改造細菌將二氧化碳轉變成液態燃料
＊ 可直接將水分解成氫的太陽能電池
＊ 合成催化劑模仿自然的「氫經濟」
＊ 破壞某些最強化學鍵的新方法
靈感來自生物的電腦網路會自我組織與學習
中文：http://only-perception.blogspot.com/2010/05/blog-post_5227.html
Bio-inspired computer networks self-organise and learn
http://www.physorg.com/news186413363.html
February 26, 2010
(PhysOrg.com) -- 以物理上分離的模組所組成的強大電腦、自我組織的網路以及靈感來自生物系統的運算，這三大熱門研究主題現在在一項歐洲計畫中聚首。
歐洲研究者已開發出一種創新的運算平台。在這套系統的中心是許多小型模組，每個模組以晶片製成，具有內建的學習能力。一個自我配置的無線網路會連接這些模組，讓它們像一個一致的群體（coherent group）般運作。
演化成合於正在進行中的任務，並且會對於它們所處環境的資訊產生作用，這樣的系統被它們的開發者描述成「來自生物的靈感」。它們非常適合建構科學問題的數學模型，在其中複雜（complexity）源自簡單的基石，例如腦部、股市以及新點子的擴散。
研 究者已使用能夠學習的程式 -- 神經網路 -- 來研究像這樣的問題。如果他們能將指令硬體接線（hard-wire）成電腦晶片而非將它們當成軟體載入，他們的模擬將能跑更快，不過，這通常會阻止機器 「繼續學習」。若晶片能透過在實體上重新配置它們自己（physically reconfiguring themselves）而學習（新事物），將能夠呈現出這兩種世界中最好的結果。
大量電腦平行運作以解決複雜問題並不是新構想。然而，這 樣的網路並非十分有彈性，因為電腦必須以專為每種任務量身訂做的軟體個別設定。這項 European PERPLEXUS 計畫因而利用此研究中另一種熱門主題：自我組織的無限網路，那能使自己適應正在進行中的工作。
普適模組與普適晶片（Ubidules and ubichips）
原 則上，這樣的網路，可藉由任何伸手可及的、備有無線網路的裝置 -- 電腦、智慧手機、機器人甚至是電子玩具 -- 組裝自己，提供所謂的「普適運算（ubiquitous computing）」，這個由歐盟所贊助之 PERPLEXUS 計畫的發言人 Andres Perez-Uribe 解釋。
在這項計畫中，研究者將他們自己設限在一種模組網路上，該網路由一種基本的基石所構成：普 適模組（ubidule），一種為特定目的而設計的模組，大小與 PDA 類似。普適模組能取得來自於環境中的資訊，以無線方式共享資料，並使它們的行為能夠合於情勢。例如，在一大型網路中，某些普適模組也許會演化成專門從事特 定任務，而其他的普適模組則會把任務托付（delegate）給它們。
每個普適模組的關鍵是一個處理器晶片，普適晶片 （ubichip），那能夠學習與演化。這個構想來自於一項更早期的歐盟計畫，POEtic，那開發出一款基於大量同一次單元（即 cell）的處理器。端看目前任務，每個 cell 能藉由改變其初始接線（internal wiring）而改變其功能；在更高的層次上，cell 之間的連線也能夠被建立或破壞。直到目前為止，這樣的彈性只有那些已受到外部程式化（externally programmed）的晶片才能擁有。相較之下，這些普適晶片能自行產生必要的接線。
塑模腦部與文化（Modelling brains and cultures）
研究者表示，普適模組能塑模物理科學中基於網格（grid-based）的問題以及生物系統、社會科學中難以公式化（formulate）的挑戰。例如，他們已利用普適模組來發展貌似生物學上的腦部神經網路模組，並用來研究點子如何在人們之間傳開。
能 以網格或網路具體化的問題通常在稱為代理人（agents）之自主程式的幫助下進行研究，那從網路的不同部份收集與交換資訊。此刻，這樣的交換通常非常基 本，代理人通常把到來的所有資訊通通傳出去。Perez-Uribe 解釋，普適模組所構成的網路，能賦予每個代理人專屬的神經網路。透過詮釋資料以及對它們所傳遞的東西更有選擇性，這些智慧型代理人能產生更好的模型。
此計畫的另一項分支涉及一群小但精練的全地形機器人，它們都裝有普適晶片。研究者在所謂的集體機器人學（collective robotics）領域中開發出一項新策略，其前提是，一群彼此相互通訊的機器人比個別動作的相同機器人更有效率。（想想螞蟻）
在 此例中，研究者觀察搜索機器人如何確定一處重要地點，例如它們得要拾起的物品的聚集點。每個機器會展現出有顏色的標燈（beacon），並配有一具攝影機 能看見其他機器人的標燈。機器人會改變其標燈的顏色以發訊告知它們已成功地找到目標，而鄰近的機器人能複製它們的行為。
結果呈現出標燈顏 色的梯度（gradien），那引導其他機器人朝向目標前進，而不是像你在一處不熟悉的購物商場中，你可能會跟在那些提著特定塑膠袋的人們後面來尋找特定 店面。根據 Perez-Uribe 表示，這種技術對於那些不可能使用固定座標或 GPS 引導的情況大有可為。
反映出 PERPLEXUS 向前看的天性，它受到瑞士、法國、波蘭與西班牙的學術單位控制。PERPLEXUS 的資金來自於第六框架（Sixth Framework）研究計畫的 ICT 標準（FET Proactive）。
※ 相關報導：
＊ PERPLEXUS project
http://www.perplexus.org/
＊ 頭腦晶片？神經運算？神經電腦？
＊ Web 立方 -- 萬物即網路
＊ 從桌燈到「桌面」？ LED 無線網路！
＊ 機器人 動作流暢像人類
＊ 人腦處於混沌邊緣
＊ 研究者破解部份神經元編碼
＊ 簡化的「複雜性」 -- 基因組如何作用的新洞見
Bio-inspired computer networks self-organise and learn
http://www.physorg.com/news186413363.html
February 26, 2010
(PhysOrg.com) -- 以物理上分離的模組所組成的強大電腦、自我組織的網路以及靈感來自生物系統的運算，這三大熱門研究主題現在在一項歐洲計畫中聚首。
歐洲研究者已開發出一種創新的運算平台。在這套系統的中心是許多小型模組，每個模組以晶片製成，具有內建的學習能力。一個自我配置的無線網路會連接這些模組，讓它們像一個一致的群體（coherent group）般運作。
演化成合於正在進行中的任務，並且會對於它們所處環境的資訊產生作用，這樣的系統被它們的開發者描述成「來自生物的靈感」。它們非常適合建構科學問題的數學模型，在其中複雜（complexity）源自簡單的基石，例如腦部、股市以及新點子的擴散。
研 究者已使用能夠學習的程式 -- 神經網路 -- 來研究像這樣的問題。如果他們能將指令硬體接線（hard-wire）成電腦晶片而非將它們當成軟體載入，他們的模擬將能跑更快，不過，這通常會阻止機器 「繼續學習」。若晶片能透過在實體上重新配置它們自己（physically reconfiguring themselves）而學習（新事物），將能夠呈現出這兩種世界中最好的結果。
大量電腦平行運作以解決複雜問題並不是新構想。然而，這 樣的網路並非十分有彈性，因為電腦必須以專為每種任務量身訂做的軟體個別設定。這項 European PERPLEXUS 計畫因而利用此研究中另一種熱門主題：自我組織的無限網路，那能使自己適應正在進行中的工作。
普適模組與普適晶片（Ubidules and ubichips）
原 則上，這樣的網路，可藉由任何伸手可及的、備有無線網路的裝置 -- 電腦、智慧手機、機器人甚至是電子玩具 -- 組裝自己，提供所謂的「普適運算（ubiquitous computing）」，這個由歐盟所贊助之 PERPLEXUS 計畫的發言人 Andres Perez-Uribe 解釋。
在這項計畫中，研究者將他們自己設限在一種模組網路上，該網路由一種基本的基石所構成：普 適模組（ubidule），一種為特定目的而設計的模組，大小與 PDA 類似。普適模組能取得來自於環境中的資訊，以無線方式共享資料，並使它們的行為能夠合於情勢。例如，在一大型網路中，某些普適模組也許會演化成專門從事特 定任務，而其他的普適模組則會把任務托付（delegate）給它們。
每個普適模組的關鍵是一個處理器晶片，普適晶片 （ubichip），那能夠學習與演化。這個構想來自於一項更早期的歐盟計畫，POEtic，那開發出一款基於大量同一次單元（即 cell）的處理器。端看目前任務，每個 cell 能藉由改變其初始接線（internal wiring）而改變其功能；在更高的層次上，cell 之間的連線也能夠被建立或破壞。直到目前為止，這樣的彈性只有那些已受到外部程式化（externally programmed）的晶片才能擁有。相較之下，這些普適晶片能自行產生必要的接線。
塑模腦部與文化（Modelling brains and cultures）
研究者表示，普適模組能塑模物理科學中基於網格（grid-based）的問題以及生物系統、社會科學中難以公式化（formulate）的挑戰。例如，他們已利用普適模組來發展貌似生物學上的腦部神經網路模組，並用來研究點子如何在人們之間傳開。
能 以網格或網路具體化的問題通常在稱為代理人（agents）之自主程式的幫助下進行研究，那從網路的不同部份收集與交換資訊。此刻，這樣的交換通常非常基 本，代理人通常把到來的所有資訊通通傳出去。Perez-Uribe 解釋，普適模組所構成的網路，能賦予每個代理人專屬的神經網路。透過詮釋資料以及對它們所傳遞的東西更有選擇性，這些智慧型代理人能產生更好的模型。
此計畫的另一項分支涉及一群小但精練的全地形機器人，它們都裝有普適晶片。研究者在所謂的集體機器人學（collective robotics）領域中開發出一項新策略，其前提是，一群彼此相互通訊的機器人比個別動作的相同機器人更有效率。（想想螞蟻）
在 此例中，研究者觀察搜索機器人如何確定一處重要地點，例如它們得要拾起的物品的聚集點。每個機器會展現出有顏色的標燈（beacon），並配有一具攝影機 能看見其他機器人的標燈。機器人會改變其標燈的顏色以發訊告知它們已成功地找到目標，而鄰近的機器人能複製它們的行為。
結果呈現出標燈顏 色的梯度（gradien），那引導其他機器人朝向目標前進，而不是像你在一處不熟悉的購物商場中，你可能會跟在那些提著特定塑膠袋的人們後面來尋找特定 店面。根據 Perez-Uribe 表示，這種技術對於那些不可能使用固定座標或 GPS 引導的情況大有可為。
反映出 PERPLEXUS 向前看的天性，它受到瑞士、法國、波蘭與西班牙的學術單位控制。PERPLEXUS 的資金來自於第六框架（Sixth Framework）研究計畫的 ICT 標準（FET Proactive）。
※ 相關報導：
＊ PERPLEXUS project
http://www.perplexus.org/
＊ 頭腦晶片？神經運算？神經電腦？
＊ Web 立方 -- 萬物即網路
＊ 從桌燈到「桌面」？ LED 無線網路！
＊ 機器人 動作流暢像人類
＊ 人腦處於混沌邊緣
＊ 研究者破解部份神經元編碼
＊ 簡化的「複雜性」 -- 基因組如何作用的新洞見
英特爾 攻超級電腦晶片
英特爾 攻超級電腦晶片
【經濟日報╱編譯謝璦竹／道瓊社紐約一日電】
2010.06.02 03:19 am
英特爾公司（Intel）31日宣布將開發超級電腦專用的晶片，在單一晶片上最多將內建50顆運算核心，可用來提升特定工作的運算速度。
英特爾打算推出瞄準超級電腦市場的晶片，加上中國的「星雲」超級電腦差點在全球排行中奪魁，這些個新發展顯示超級電腦的技術演變。超級電腦是用於原油探勘、武器設計、解碼與金融模擬等領域的高度複雜運算系統。
過去十多年來，超級電腦通常組合數千顆x86微處理器而成，但近來一種新的模式漸占上風，就是使用增添新功能的擴大版x86，以便同時間多工並進。
英特爾與超微（AMD）等公司為個人電腦設計的x86傳統上有一至八顆核心，即微處理器的電子腦，相較之下，繪圖晶片等專門微處理器通常有數百顆核心，而個別核心的設計較為簡單。
中國奪得運算第二快佳績的超級電腦「星雲」就是一例。星雲採用的英特爾Xeon晶片，是由英偉達的繪圖晶片輔助，運算速度猶如吃了大補丸。
英特爾看準這個趨勢，31日宣布將開發可加速專門運算工作的晶片，這個代號為Knights Corner的新處理器將有約50顆核心，使用英特爾的新一代22奈米製程技術，較目前的32奈米技術先進。英特爾在超級電腦市場的占有率約82%。
英特爾說，這項稱為MIC的新技術是建立在之前的「單晶片雲端電腦」與繪圖晶片Larrabee的研究基礎上。由於生產延滯，英特爾最近已取消Larrabee的開發計畫。
另外，英特爾1日在台灣Computex展上宣布，計劃在2011年初推出平板電腦專用的微處理器。這個代號為Oak Trail的晶片雖是以Atom為基礎，但屬於系統單晶片（SoC），整合了專門的電路系統，可以完整播放高解析度影片，且耗電比現有產品省50%。
【2010/06/02 經濟日報】
【經濟日報╱編譯謝璦竹／道瓊社紐約一日電】
2010.06.02 03:19 am
英特爾公司（Intel）31日宣布將開發超級電腦專用的晶片，在單一晶片上最多將內建50顆運算核心，可用來提升特定工作的運算速度。
英特爾打算推出瞄準超級電腦市場的晶片，加上中國的「星雲」超級電腦差點在全球排行中奪魁，這些個新發展顯示超級電腦的技術演變。超級電腦是用於原油探勘、武器設計、解碼與金融模擬等領域的高度複雜運算系統。
過去十多年來，超級電腦通常組合數千顆x86微處理器而成，但近來一種新的模式漸占上風，就是使用增添新功能的擴大版x86，以便同時間多工並進。
英特爾與超微（AMD）等公司為個人電腦設計的x86傳統上有一至八顆核心，即微處理器的電子腦，相較之下，繪圖晶片等專門微處理器通常有數百顆核心，而個別核心的設計較為簡單。
中國奪得運算第二快佳績的超級電腦「星雲」就是一例。星雲採用的英特爾Xeon晶片，是由英偉達的繪圖晶片輔助，運算速度猶如吃了大補丸。
英特爾看準這個趨勢，31日宣布將開發可加速專門運算工作的晶片，這個代號為Knights Corner的新處理器將有約50顆核心，使用英特爾的新一代22奈米製程技術，較目前的32奈米技術先進。英特爾在超級電腦市場的占有率約82%。
英特爾說，這項稱為MIC的新技術是建立在之前的「單晶片雲端電腦」與繪圖晶片Larrabee的研究基礎上。由於生產延滯，英特爾最近已取消Larrabee的開發計畫。
另外，英特爾1日在台灣Computex展上宣布，計劃在2011年初推出平板電腦專用的微處理器。這個代號為Oak Trail的晶片雖是以Atom為基礎，但屬於系統單晶片（SoC），整合了專門的電路系統，可以完整播放高解析度影片，且耗電比現有產品省50%。
【2010/06/02 經濟日報】
星期五, 4月 16, 2010
惠普實驗室：憶阻器可能改變未來電腦設計
http://www.ithome.com.tw/itadm/article.php?c=60558
文/范眠 2010-04-09 iThome online
憶阻器除了能用作儲存元件外，還能執行CPU的邏輯運算，惠普已經建立了一個架構，可利用憶阻器來開發記憶體晶片，並預期內含憶阻器的晶片有可能在幾年內上市。
惠普週四（4/8）宣佈，旗下惠普實驗室（HP Labs）的憶阻器（memristor）的研究有重大進展，將有可能藉以改變現有電腦系統的設計方式。
憶阻器是指具記憶的電阻器，可作為電阻、電感、電容之外的第四種基礎電路元件。惠普表示，研究人員發現，憶阻器可具備較原有預期更多的性能。除了能用作儲存元件外，它還能執行邏輯運算，未來有可能無需透過特殊的中央處理，僅在記憶體晶片上就可完成運算作業。
此次有關憶阻器的重要發現將刊登於本期的「自然」(Nature)雜誌上。這是繼惠普實驗室於2008年首度發現存在憶阻器元件以來的後續研究成果。
憶阻器此一名詞最早是於39年前，由柏克萊大學教授Leon Chua所提出的。他當時發表論文，並讓學術界接受憶阻器理論上存在的事實，但一直到2008年才由惠普實驗室證實。
對此，Leon Chua表示，憶阻器架構就像是人類大腦的神經突觸，此一新的進展將有可能使未來電腦更能向人腦一樣運作，這將與目前數位電腦世界所奉行的范紐曼（von Neumann）架構完全不同。
惠 普已經建立了一個架構，可利用憶阻器來開發記憶體晶片，並預期內含憶阻器的晶片有可能在幾年內上市。此外，惠普研究人員也設計了一個多層憶阻器記憶體晶片 堆疊的新式單晶片架構。在五年內，這類晶片可用在手持式裝置，以提供十倍的嵌入式記憶體容量，或用在超級電腦上，以加速電影特效或基因研究等開發工作。
惠普表示，最終，以憶阻器為基礎的處理器有可能取代目前電子書閱讀器中的矽晶元件，或是能更大規模的成為矽晶片的後繼者。
與 現行的固態儲存技術相比，憶阻器所需的電源更低，且速度更快。此外，在相同的面積中，還能儲存兩倍以上的資料。憶阻器的另一項優點是，與目前的電晶體技術 不同，它幾乎不受輻射干擾，因此可實現尺寸更小但功能更強的電子元件設計。同時，由於憶阻器具記憶功能，它能使電腦的開機與關機時間大幅縮短，就像開關燈 光一樣。(編譯/范眠)
※ 相關報導：
＊ HP Labs find memristors can compute (w/ Video)
http://www.physorg.com/news190016024.html
＊‘Memristive’ switches enable ‘stateful’ logic operations via material implication
http://www.nature.com/nature/journal/v464/n7290/abs/nature08940.html
Julien Borghetti, Gregory S. Snider, Philip J. Kuekes,
J. Joshua Yang, Duncan R. Stewart & R. Stanley Williams
Nature 464, 873-876 (8 April 2010)
doi: 10.1038/nature08940
以下出處：http://only-perception.blogspot.com
＊ 電路有記憶華裔學者40年前預測成真
＊ 憶阻器晶片 更快更便宜的電腦？
＊ 彈性「憶阻器」
＊ 有機快閃記憶體
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