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编者按：美国《大众科学》（Popular Science）每年都会评选全球最佳科技创新大奖，这一评选已经坚持了30余年。其选择趋势从以前的优秀技术成果，已经转向那些会引领未来的科研创新。今年获奖名单分为几个类别：医疗、电子产品、汽车、个人护理、航空航天、工程设计、娱乐、家居、安全、体育和户外活动，有哪些产品和技术上榜，一起来看看吧。本文来自编译。

Hybrit

工程设计

从纽约皇后区的致命洪水，到德克萨斯州的深度冰冻，气候危机对美国的影响越来越明显。今年的顶级工程创新反映了人们越来越意识到建筑和航运这样的关键行业不能停滞不前。这些获奖者回答了关于这个星球未来的一些紧迫问题，包括如何解决食品和能源生产等难以实现碳中和的领域。除了绿色科技的进步之外，这些技术还揭示了更安全的采矿方式，引入了能够解开DNA结构隐秘的人工智能，并提供了亟需的高空飞行乐趣。

大奖得主：产生更少碳足迹的钢铁

Åsa Bäcklin/HYBRIT

炼钢产生的碳排放量占世界总碳排放量的7%到9%，主要是由于一种名为 “焦炭”的特殊加工的煤。在高达3000华氏度的温度下，焦炭与铁矿石中的氧气发生反应，将金属提纯为炼钢所需的形式，但在此过程中会释放二氧化碳。为了减少对环境的影响，一个瑞典工业联盟开发了Hybrit，一种在生产中利用氢而不是碳来转化铁矿石的钢材。氢气从水中释放出来，在一个叫做竖炉的机器中与矿石中的氧气发生反应，用不含化石燃料的风能和水电加热到1500*F。该方案释放出氢气和水，而不是二氧化碳，由此产生的 “海绵铁”在电弧炉中与少量的碳一起熔化，形成钢。Hybrit说，该工艺的二氧化碳排放量不到标准焦炭燃料方案的2%。去年夏天，沃尔沃接收了第一批这种 “绿色钢铁”，并将其用于制造一辆采矿采石车。

一种更清洁的运输方式

ZEEDS Initiative

集装箱船为我们的廉价消费品经济提供了动力，但却造成了世界上近3%的二氧化碳排放。电瓶的能量密度不足以为这些庞大的船只提供动力——在海洋中放置充电器几乎是不可能的。今年，芬兰发动机制造商瓦锡兰与挪威物流巨头格里格公司合作，用的是无碳的氨来推动未来的船舶。由挪威的一个风力发电厂提供动力，工程师们将利用电解技术制造氢气，在工厂中与氮气反应生成氨气。 瓦锡兰已经完成了一台燃烧70%氨的混合发动机，并计划在2024年将纯氨版本部署到油轮上。

城市中的可持续海鲜农场

Vertical Oceans

自1980年以来，全球对养殖虾的饥渴已经摧毁了约340万英亩的红树林，其中大部分在东南亚。摧毁这些吸碳的生态系统的碳足迹超过了养殖乳牛、猪或鸡。疾病的爆发和被废物堵塞的水道也困扰着这个行业。“垂直海洋”（Vertical Oceans）的模式将整个操作放在室内。贝类生活在模块化的校车大小的水箱中，藻类、海草和底层鱼类过滤掉废物。这样一来，几乎百分之百的水都得到了再循环，而且不需要下水道。今年，新加坡的一个“垂直海洋”测试中收获了10次虾，总计超过一吨的甲壳类动物。

一座能发现自身缺陷的桥梁

Camozzi Group

目前还不完全清楚是什么导致了2018年意大利热那亚大桥的倒塌，有43人死亡。专家们推测，沉重的交通负荷，以及咸空气、工厂污染和高涨的河水的腐蚀都起到了一定的作用。因此，在热那亚出生的建筑师伦佐·皮亚诺（Renzo Piano）设计了一个替代品，增加了各种自动感应功能来检测故障。一对两吨重的检查机器人在碳纤维复合材料轨道上穿越桥梁，每8小时对底盘拍摄25000张照片，这使得机器视觉软件能够发现任何异常情况。太阳能电池板满足了大桥95%的能源需求，包括用于照明和检查危险的接头扩展的传感器。

第一个海上漂浮过山车

Carnival Cruise Line

普通的过山车利用重力将寻求刺激的人送上空中，并在空中盘旋。但是，如果你想在游轮上建造一个过山车（没有稳定、平坦的地面）必须要有创意。嘉年华邮轮公司的BOLT过山车使用电力驱动其类似摩托车的小车沿着长长的环形轨道行驶。乘坐者可以控制速度，最高可达40英里/小时，并在海平面以上187英尺处行驶。使用电机推进，而不是自由落体，可以防止体验者达到不安全的速度。

全新的高效电池

Form Energy

为了维持完全可再生的电网，电力公司需要大型、廉价的电池，以满足无风或无阳光的高峰需求。但是，笔记本电脑和电动车内的锂离子电池很昂贵。因此，Form Energy公司在地球上最丰富的金属之一：铁的基础上开创了一种新的高效电池。该公司的Big Jim原型通过让环境中的氧气与铁发生反应来排放电子，从而产生铁锈。输入的电流将铁锈变回铁，释放出氧气，并为电池充电。

预测蛋白质三维结构的人工智能

DeepMind

今年之前，科学界只知道人体中17%蛋白质的确切三维形状——这些蛋白质是生命的重要组成部分，负责包括细胞维护到废物调节的一切。50年来，了解这些氨基酸链是如何将自己折叠成独特的构型的，一直是一个重要的任务。AlphaFold是一种机器学习算法，现在已经破解了人体2万种蛋白质中98%以上的结构，其中36%的预测准确到了原子水平。DeepMind已经将其源代码和预测数据库放到了公共领域，为那些开发新药物的人、试图为致病性突变创造抑制剂的医生或开发新材料的设计师开辟了新的可能性。

把天空当做空调

SkyCool Systems

空调和风扇消耗了世界上10%的电力，预计到2050年，空调的使用将增加三倍，吸走更多的能源并将热量推回给周围的环境。SkyCool正在用反射光线的屋顶纳米技术打破这种危险的循环。涂有多层光学薄膜的铝制面板以8至13微米的波长反弹辐射，这是一个特定的点，可以让电波穿过地球的大气层，进入太空。通过这样做，面板的温度下降了15华氏度，为建筑物提供无排放的冷却系统。去年秋天安装在加州斯托克顿的一家杂货店的原型，冷却了面板下面的水管，以冷却商店的制冷系统，估计每年可节省6000美元的电费。

用于铺设炸药的机械手

Orica

采矿业是世界上最危险的行业之一，那些必须爆破矿道的人特别容易受到伤害——不一定是来自炸药，而是来自地震或铺设炸药时发生的岩石坠落。类似《异形》中的动力装载机的巨型版本，Avatel机器人允许一名员工放置炸药，以获取金、铜和铁矿石。在一个受保护的机舱里，矿工操纵一对手臂放置炸药，而工程师和地质学家则在控制室里远程提供条件变化的实时建议。一旦设置好炸药，驾驶员就会移动到安全位置，并以无线方式发送信号进行引爆。

观察飓风之眼

SAILDRONE

为了了解飓风并更好地预测未来的灾难，科学家们需要有关气压、空气和水温、湿度以及肆虐的风暴内的风况数据。去年9月，在太阳和风的推动下，自主的23英尺长的Saildrone成为有史以来第一个进入飓风眼的机器人飞行器，当时它进入了4级飓风 “山姆”。为了更好地承受极端条件，Saildrone缩短了其仪表翼，提供了第一手的录像和读数，所有这些都是在风速达到每小时120英里的情况下进行的。各地的实验室已经将这把漂浮的瑞士军刀投入使用，它提供了卫星图像中丢失的海洋表面的数据。NASA将其用于补充不完善的卫星读数和研究气候变化，国家海洋局（NOAA）将其用于调查阿拉斯加狭鳕的健康状况。

译者：蒂克伟

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