未来世界的100种变化-第4部分

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　　　　关键技术　　　　
　　　　可能的方法是通过由氧化铁制成的纳米天线对肿瘤进行选择渗透，并通过一个磁场对肿瘤加热。这就需要该磁场具有超准性，穿过特殊氨基酸分子在外层的遮盖。并要具有超准磁场性。在与乔丹多年的合作中，新材料研究所开发了这种微粒，这种纳米天线无毒性副作用，自身在复杂的生物环境中非常稳定，以致当它与周围环境和自身的凝聚块反应时也不能渗透到细胞组织的膜层。这种化学奇迹使治疗处理的介入有了可能。　　　　
　　　　问题和解决方案　　　　
　　　　传统的肿瘤治疗对特殊种类的肿瘤，如大脑中过量的恶性肿瘤，是不能处理的。纳米治疗却是直接向肿瘤注入的，因此具有选择性。利用磁场控制，对在肿瘤细胞中的物质分子进行每秒钟千百次的磁化反转，就可以对肿瘤进行加热。　　　　
　　　　重要意义　　　　
　　　　从2003年6月开始，柏林夏里特医院在人身上进行了临床实验，主要集中在还没有治疗手段的致死脑肿瘤和复发的肿瘤上。医生的下一个目标是对前列腺癌进行处理。　　　　
　　　　前景预测　　　　
　　　　在萨尔布吕肯的新材料研究所，这种磁纳米技术目前还在进一步地研究开发。现在可以借助类似的微粒和智能外层将水中的重金属成分分离，以达到饮用水的标准。或者是将聚合物快速聚合。也可根据需求再解开。这种原理与其他的15种技术一起构成了极具潜力的技术平台。　　　　
　　　　


第四部分：新材料问题和解决方案

　　　　磁技术　　　　
　　　　——硬盘上更大的存储容量　　　　
　　　　1992年IBM推出了磁阻阅读传感器，它基于各向异性的磁阻效应。它导致电脑硬盘存储密度以每年60％的幅度上升，可以预见的是异磁阻传感器不久就会达到其极限。这样所谓的巨磁阻（GMR）效应应运而生。　　　　
　　　　关键技术　　　　
　　　　巨磁阻效应存在于磁膜层的堆垛中，它由铁磁体（如钴）和介磁体（如铜组成）每层几纳米厚。　　　　
　　　　问题和解决方案　　　　
　　　　巨磁阻效应出现时，膜层电阻上升，铁磁体膜层周围的磁场由介磁体膜层分隔，将非平行地对齐。我们将R表示测量值，R↑↑表示平行阻抗，R↑↓　表示不平行于磁场方向阻抗，于是GMR值可表示为DR/RR↑↑　=（R…RR↑↑　　）/R↑↑　。在非平行方向上，即使R=R　↑↓　，则DR/R　↑↑的相对值增加。在多如30层膜的条件下，它可以进一步提高100％。在膜堆中如果有两种铁磁体膜层（FM1；FM2），则就可获得以前最大值的20％。　　　　
　　　　在硬盘驱动器中，人们可以接受的是10％，这样还可以对其他的材料特性进行优化。与之相比，AMR效应的相对阻抗变化只有3％。　　　　
　　　　硬盘磁场区域的信息同链及定位的磁场方向都被保存着。它在硬盘上产生散射场，导致阅读头的磁场方向发生改变，从而引起阻抗的改变，最终能够阅读信息。　　　　
　　　　在零场内产生自由场和耦合场正交方向的特殊性对许多应用都有意义，由于这里没有场变化，所以可以实现极大的敏感度。借助最初的天然膜层和合成的介磁体，可以向特定的方向调整。　　　　
　　　　带有中间层隔离器的巨磁阻效应与隧道磁阻效应对快速存储器（磁随机存储器）有非常重要的意义，它应该能够替代当今的动态随机存储器。这样，即使在关机时也不会丢失数据。　　　　
　　　　重要意义　　　　
　　　　这种新型的、基于堆垛效应的阅读头和硬盘膜层已经在许多重要的相关经济领域中得以应用。进一步的应用，如磁随机存储器，将很快进入市场。　　　　
　　　　前景预测　　　　
　　　　可预见的目标是旋度电子学的发展和基于可升级全固态系统自旋级别的量子信息处理的实现。　　　　
　　　　‘一次拉伸5000公里光纤　　　　
　　　　20世纪90年代光纤技术的快速发展导致价格以平均每年18％的幅度递减。供应商要在这种环境中生存，只有降低成本。成本降低的一个很直接的表征就是光纤预制棒尺寸的上升。由贺利氏特立伏公司提出的合成圆柱棒的质量和纯度是生产长度可达5000公里的大型光纤预制棒的关键。　　　　
　　　　问题和解决方案　　　　
　　　　目前，制造基于外套管的光纤预制棒和光纤的标准生产工艺包含了太多的工序，因此在将来并不具备竞争力，其光纤预制棒的长度最多只能达到600公里。由贺利氏特立伏公司开发的核棒技术（圆柱棒中棒）使得圆柱棒的直接应用取代了外套管技术，这样就可以在一次工艺中生产大约5000公里长的光纤。它包含两种不同的方案：离线核棒工艺，即由圆柱棒取代外套管，在此省去了拉伸管。这个圆柱棒由核棒融合而成，其典型的横截面为150平方毫米，长度可达2～3米。同时拉伸获得预制棒，该拉伸过程是必需的，预制棒需要通过拉纤塔台上的熔炉，这时候其典型的横截面会变小到如100平方毫米。另一个更先进的方案是在线核棒技术，核棒向圆柱棒导入，基于这种架构，光纤可直接拉伸。在核棒的拉制工艺中，圆柱棒在拉纤熔炉上时可直接塑造。　　　　
　　　　重要意义　　　　
　　　　核棒技术的成本优势是明显的。圆柱棒的材料成本非常低，与外套管相比，其制造成本和材料损耗可以忽略不计。它的超大尺寸导致光纤制造成本大幅降低。它的中间停顿状态明显比标准的产品低。除了对已知的几何参量的改善以外，在线工艺提供最少的工序，这给降低成本带来了极大的潜力。通过这种方案，传统的中间产品光纤预制棒将不再存在，因此在线工艺只是光纤生产商感兴趣的内容，而预制棒生产商仅限于离线工艺，两种工艺给两种情况下的用户提供了明显的竞争优势。　　　　
　　　　前景预测　　　　
　　　　离线的核棒工艺已经在标准的生产线中被采用，在线的核棒工艺在2003年才进入产品的试制阶段，它会在将来占据主导地位。　　　　
　　　　


第四部分：新材料神奇的碳纳米管

　　　　人　造　肌　肉　　　　
　　　　未来机械和适应技术的目标是将机械和电子在最小的空间内结合起来。除了微电子电路和传感器，所有的调制器的首要问题是能将控制命令转化为机械负荷。一种全新的、非常具有前景的微观和宏观调制器材料可满足这项需求，这就是由弗劳恩霍夫技术开发组与弗劳恩霍夫界面和生物工艺技术研究所合作开发并优化的碳纳米管。　　　　
　　　　神奇的碳纳米管　　　　
　　　　1991年里基玛在他的流体物质与平向球光栅研究工作中偶然发现了碳纳米管。由于它的直径仅有1纳米，长度在厘米范围以及其他一些独一无二的材料特性，使其开创全新应用具有一定程度的可能性。例如，碳纳米管具有金刚石的硬度和高达2800℃的热稳定性。目前正在讨论的应用非常多，如等离子显示器的场发生器、晶体管或者压缩器、纳米天线、热稳定的填充剂、过滤器、存储介质、触媒物质等。　　　　
　　　　自我发展　　　　　
　　　　1999年堡夫曼和同事第一次描述了碳纳米管现象。仅在接下来的一年内，弗劳恩霍夫技术研究开发组就实现了车刹的碳纳米管调制器。　　　　
　　　　就在世界各地的科学家还在研究原理的时候，劳恩霍夫技术研究开发组已经目标明确地开始进行技术和经济应用的工作。这种材料展示了独一无二的调制特性。它可以在1伏的电压下，自身伸展1％，这与其他的系统如压电陶瓷或者聚合物调制器相比，显得非常突出。它可承受20牛顿/平方毫米的压力载荷和1千赫兹的时间调制，使许多新的应用变得可能。　　　　
　　　　挑战：宏观的调制器　　　　
　　　　在对这种卓越材料的性能的不断探索中，也存在着技术上的困难需要克服。为了能得到可使用的、大尺寸的碳纳米管，目前最重要的是它与纸的生产类似的层化工艺，即所谓的“栅格纸”分离，或者形成长的“带状”结构。两种方法都有明显的缺点，会大幅降低调制特性。其中的原因现在正在研究，以完善这种生产工艺。　　　　
　　　　结论和展望　　　　
　　　　碳纳米管作为调制材料还处在研究的开始阶段。然而1伏电压下主动伸展的生物兼容碳纤维给了这个常被引用的术语“人造肌肉”一个及其重要的意义。现正在期待更令人兴奋的应用。　　　　
　　　　长度与横截面比可达15　000　000　的管状碳分子的六面体网络化照片　　　　
　　　　栅格纸的扫描电镜图片　　　　
　　　　


第五部分：虚拟企业　生产　服务生产过程的自动一体化（图）

　　　　在安乐国的生活和工作　　当今生产过程的优化已经不局限于企业内部，而是扩展到了顾客和供货厂商那里，　其目的就是充分利用整个商标增值链的有效潜力。到目前为止，生产过程必需的一体化还很昂贵、周期长、人员投资也大。例如，需要参与企业对整个生产过程的表决以及建立企业本身的信息系统等。　　　　
　　　　业之间生产过程的自　　　　
　　　　动一体化可按如下步骤进行：所有企业产品灵活配套、价格优惠并且建立在公开的标准基础之上。由此不仅为一体化也为整个生产过程的运行降低了成本，增加了灵活性。　　　　
　　　　关键技术　　　　
　　　　生产过程自动一体化需要一个基本条件，即每个参与企业要用统一的商务标价语言（XML）报告情况。商务标价语言是一种在企业中为描写不同的生产过程平台而使用的共同语言。在商务标价语言的译码定义中，生产框架程序是机器可读的，如电子商务扩展标价语言（ebXML）　和络世达全球网（RosettaNet）。在这个过程中，所有信息（如订购或结算）将以商务标价语言的形式进行交流，也就像使用标准的产品数据电子交换（openTRANS）和商务标价语言的共享商务库（xCBL）一样。　　　　
　　　　问题和解决方案　　　　
　　　　在生产过程一体化的各个阶段中，必须对相同过程在同一个框架下的不同要求进行比较，只有这样，企业才能成为一个真正的生产能手。这里必须明确规定：企业能够支持哪些生产过程、以怎样的形式交换信息资料、怎样通过局部系统支持整个过程，还譬如是否通过E…Mail　或者通过互联网交换信息，等等。这种生产方针将自动协调产生，使不同的产品模式能进行自动对比，从而得到一个标准样品，然后根据这个样品的效应再考虑将生产方针应用于整个生产过程。　　　　
　　　　重要意义　　　　
　　　　目前，基础技术是通过科研项目来开发的，如欧盟支助的“生产过程自动一体化汇总”　（openXchange），这个项目是最近20年来企业中生产过程一体化技术不断开发的继续，它能使企业少走弯路、降低成本。当然，这种自动生产过程一体化也是有效利用互联网的结果。　　　　
　　　　前景预测　　　　
　　　　由于这种生产过程自动一体化对于企业的未来具有深远的影响，　因此未来关于生产过程自动一体化研究的重心应放在如何完善、如何管理和监督这种生产过程以及如何准确定义在生产过程中使用的各种术语等方面。　　　　
　　　　数字化工厂的软件代理人　　　　
　　　　数字化工厂是一个非常神秘的系统。在工厂尚未建成、企业尚未开工的时候，这个系统就开始认可并使用工厂了。这样的优化必定也涉及生产过程和引导系统，人在此只起决策和解决问题的作用。不过，人还得借助于帮助才能解决复杂的现代化生产过程中的各种问题，这种帮助就是软件代理，它们能够接受并完成复杂的智力工作从而提供必要的信息资料。　　　　
　　　　关键技术　　　　
　　　　这种将主导系统建立在代理基础之上的构思来源于信息学。代理在信息学中叫做软件单位，它与目标对象具有许多共同的特性并通过理智的反映和灵活性得到扩展。代理能完成独立的委托工作，既能独立处理信息又能提供必要的信息交流。代理可以为保证完成复杂的工作而自动组织人力攻关。软件代理在联网平台上工作，它能索取信息源并筛选信息。软件代理穿梭于信息和知识之间，起到连接和加工信息产品的作用。　　　　
　　　　问题和解决方案　　　　
　　　　这种基于代理的主导系统搞活了企业经济。在数字化工厂里，代理们既加工知识又提供知识，使企业更有效地实现生产过程，从而获得更多的经济利益。同时还能保证产品质量并合理地调节市场需求。　　　　
　　　　虽然基于代理的主导系统具备所有的信息技术，然而当自我组织起来的代理大量涌现的时候，就必须要考虑到如何通过平台有效地进行必要的信息交换的问题，而在这方面几乎还无经验可谈。更大的障碍还在于进行数字化工厂的最初知识结构组织的人才，我们需要工程师和信息学人才，因为他们能够一起保证完成数字化工厂里从头到尾的信息模拟所需要的很抽象的工作。在设