《那些影响世界的30项德国设计》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2018-04-08
  • 如果没有德国,世界将会怎样?一千个人心中有一千个哈姆雷特。单从发明和设计上看,20世纪的德国真的了不起。

    生活中常用的一些物品,基本都上和德国脱不了干系,比如说汽车、自行车、摩托车,再比如说常吃的小熊糖,常玩的飞行棋等。一起跟着象君来看看影响世界至今的30大德国发明和设计吧。

    TOP 30 小熊软糖

    设计者:汉斯·里格尔

    年份:1922

    历经96年岁月的洗礼,小熊糖依然受到大小朋友的喜爱。果真如它的宣传语所说: 大人小孩都说好,快乐品尝哈瑞宝( Haribo macht Kinder froh und Erwachsene ebenso ) 。

    TOP 29 飞行棋

    设计者:约瑟夫·施密特

    年份:1907-1908

    老少皆宜的它,每年销量都在十万左右,是德国乃至世界最为经典、最为风行的娱乐游戏之一。

    TOP 28 可换鞋钉的足球鞋

    设计者:达斯勒兄弟

    年份:1953

    达斯勒兄弟 创造了可替换式鞋钉,鞋钉可以旋入鞋身拧紧,使球员可以根据不同的场地条件选择更恰当的鞋钉。 达斯勒兄弟是谁?一个 创造了Adidas,而另一个则创造了Puma。

    TOP 27 咖啡滤纸

    设计者: 梅里塔·本茨

    年份:1908

    设计源自生活。身为家庭主妇的 梅里塔·本茨 ,觉得家里的咖啡机不是过度冲泡,就是会有很多残渣。于是她发明了咖啡滤纸,简单好用,受到很多人的欢迎。

    TOP 26 磁悬浮列车

    设计者: 赫尔曼·坎贝尔

    年份:1934

    飞一般的磁悬浮速度。早在1922年,赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理,并于1934年申请专利。70年代后,德、日、美等国相继开展磁悬浮运输系统的研发。我国第一辆磁悬浮列车2003年1月在上海运行,使得龙阳路到浦东机场的时间,从地铁的近1个小时,缩短至仅需8分钟。

    TOP 25 口琴

    设计者:克里斯蒂安·布施曼

    年份: 1821

    简单易学、成本低的口琴,是不少旁友童年时的最爱。口琴在中国新文化运动时期传入我国。1931年,上海生产出我国自制的第一批口琴。

    TOP 24 MP3格式

    设计者:卡尔海因茨·勃兰登堡

    年份:1995

    80、90后对于音乐的记忆,从此数字音乐真正风行起来。MP3技术源自德国青年卡尔海因茨·勃兰登堡的博士论文。1995年,德国Fraunhofer学院决定将mp3作为使用MPEG标准Audio Layer3音乐格式文件的后缀名。

    TOP 23 录音磁带

    设计者:弗里茨·波弗劳姆

    年份:1928

    尽管大势已去,可曾经的磁带却是我们生活中最不可或缺的一部分。没有它,怎么半夜在被窝里听周杰伦?没有它,老师布置的英语听力作业怎么完成?

    TOP 22 牛仔裤

    设计者:列维·施特劳斯

    年份: 1853

    百年来的潮流领头羊。一直以为牛仔裤是美国人的发明,想不到竟是德国人的创造。李维·斯特劳斯(没错,就是LEVI'S的创始人)从德国移居纽约。1853年去了旧金山做生意,把一批滞销的帆布做成几百条裤子,拿到淘金工地上推销,想不到竟大受欢迎。后来,他便把这种裤子注册了专利。

    TOP 21 直升机

    设计者:海因里希·福克

    年份: 1936

    海因里希·福克 制造了两架Fw 61型直升机,于1936年春首飞,这是全世界第一架实用的、完全可控直升机的首次飞行。

    TOP 20 涡轮喷气发动机

    设计者:汉斯·冯·奥海恩

    年份:1936

    有了用于航空的涡轮发动机,才有了战斗机和坦克的强劲动力。不光彩的是,汉斯·冯·奥海恩当初是为纳粹效力,推动了纳粹在喷气式飞机上的研究。

    TOP 19 保温瓶

    设计者:赖因霍尔德·伯格

    年份:1903

    保温瓶是多么神奇的存在,天寒地冻时随时可以喝点热水取取暖。这个发明其实是被德国人检漏的。1903年,德国玻璃技工赖因霍尔德·伯格受英国物理学家詹姆斯·杜瓦所托,制做了一个双层玻璃隔热容器,用水银涂满两层胆壁,抽掉了两层之间的空气。伯格看到了商机,首先取得了专利,并在一年后创立了Thermos膳魔师这个品牌。

    TOP 18 啤酒

    发明者:古日耳曼人

    年份:公元前800年

    没有啤酒的生活,将会失去多少乐趣?德国对啤酒酿造有着突出的贡献,日耳曼人酿造啤酒的最早记录,出现在公元前800年的“铁器时代” 。

    TOP 17 35mm相机

    设计者:奥斯卡·巴纳克

    年份: 1925

    1925年量产的徕卡I型相机,是世界首部成功的35mm相机,由奥斯卡·巴纳克设计。轻巧、便利,成为许多在新闻摄影史上流芳万世的摄影师的拍摄工具。

    TOP 16 明信片

    设计者:莱特斯姆

    年份: 1865

    有了它,友情爱情亲情瞬间升华了呢。1865年的一天,德国画家莱特斯姆画了一幅美丽的画,背面写了庆贺朋友新婚的祝福,可一时找不到信封,邮局职员建议他把收信人姓名、地址写在背面,不用信封直接寄出。这便是明信片的由来咯。

    TOP 15 滑翔机

    设计者:奥托·李林塔尔

    年份: 1894

    谁还没有个飞翔的梦呢?有人就把梦变成了现实。被称为“滑翔机之父”的李林塔尔,是最早设计和制造出实用的滑翔机的人。1893到1896年间,他进行了两千次以上的滑翔试验,积累了大量数据,给美、英等国飞机制造者提供了宝贵的资料。

    TOP 14 电子显微镜

    设计者:恩斯特·鲁斯卡

    年份: 1938

    医学领域的发展,离不开显微镜。 1931年,德国物理学家 鲁斯卡, 成功用磁性镜头制成第一台二级电子光学放大镜,被称为“超显微镜”。后又完善自己的电子显微镜发明,1938至1939年投入量产。

    TOP 13 直流发电机

    设计者:维尔纳·冯·西门子

    年份: 1866

    影响几代人出行方式的改变。没错,这就是大名鼎鼎的西门子公司创始人。1866年,他提出了发电机的工作原理,完成了人类第一台自励式直流发电机。同年,西门子还发明了第一台直流电动机。

    TOP 12 唱盘留声机

    设计者:埃米尔·玻里纳

    年份: 1887

    1877年爱迪生发明留声机之后的十年,埃米尔研制出一种唱盘式留声机,可制成母版复制,使得唱片商业化量产成为可能,是今天圆形唱片的始祖。

    TOP 11 彩色扫描仪

    设计者:鲁多夫·黑尔

    年份: 1963

    扫描仪的发明,为数码照相技术奠定了基础。德国发明家鲁道夫·黑尔 研发出了图片数码处理器的雏形,将图片以电子数据的形式读入 。1963年,其胶版复写器的发明标志着第一台可以分辨彩色图片的扫描仪诞生。

    TOP 10 有轨电车

    设计者:维尔纳·冯·西门子

    年份: 1881

    又一大改变世界运输方式的发明,同样来自西门子。1879年,维尔纳·冯·西门子在柏林博览会上首先尝试用电力带动轨道车辆。1881年,他建立了第一个电子公共交通系统,使有轨电车行驶在柏林近郊。

    TOP 9 柴油机

    设计者:鲁道夫·狄塞尔

    年份: 1893

    如今100%的重型汽车和40%的乘用型汽车,用的是狄塞尔先生发明的柴油机。1893年,鲁道夫·狄塞尔制造出了世界上第一台柴油发动机的原型机,并取名叫“狄塞尔(DIESEL)”发动机。

    TOP 8 摩托车

    设计者:戈特利布·戴姆勒

    年份:1885

    拉风、撩妹无所不能的摩托车,竟然都130多岁了。1885年,戴姆勒把经过改进的汽油机装在两轮车上,制成了世界上第一辆用汽油机驱动的摩托车,时速为12km,并于同年获得专利,取得发明优先权。

    TOP 7 现代高速公路

    设计者:不详

    年份:1932

    要致富先修路。很多人误以为高速公路是希特勒的发明,其实在他篡权之前,科隆至波恩的高速公路就已经投入使用。只不过他意识到了高速公路的价值,大规模征集失业人员修路,降低了失业率,短期内扭转了经济形势。

    TOP 6 联动电梯

    设计者:蒂森克鲁伯

    年份:2002

    大大提高了电梯的运行效率。蒂森克虏伯也是一个传奇的存在。

    TOP 5 安全气囊

    使用者:梅塞德斯·奔驰

    年份:1971

    深藏功与名的安全气囊,其专利权在美国人约翰,赫特里特手里。德国人眼疾手,1971年率先使用在奔驰汽车中。

    TOP 4 自行车

    设计者:德莱斯

    年份:1817

    你可能不会开车、不会开飞机,可是你不会骑自行车吗?1817年,德莱斯制作了一辆木轮车,前轮装有车把控制方向。尽管骑车要用两只脚蹬踩地,但相较于之前的已经进步很多。因此德莱斯就成为了公认的自行车发明人。

    TOP 3 电话

    设计者:菲利普·莱斯

    年份:1859

    改变了传统的通讯方式。你一定以为电话是贝尔发明的对不对?错,在他之前,德国物理老师 菲利普·莱斯就成功的将声音转化为电信号,并在另一个地方还原为声音。1875年贝尔才将电话改进,申请了专利。

    TOP 2第一台可编程计算机

    设计者:康拉德·楚泽

    年份:1941

    21世纪是计算机的时代!德国工程师康拉德·楚泽,于1941年设计了使用继电器程序控制的计算机Z-3,当时已具备浮点记数、二进制运算、数字存储地址等现代计算机的特征。

    TOP 1 汽车

    设计者:卡尔·本茨

    年份: 1885

    划时代的伟大发明,影响至今。 卡尔·本茨 在1885制成了以汽油机为动力的三轮车,第二年获取专利,多数人认为这是世界上第一辆汽车。

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打印机将能够打印出包含多种材料、电子产品、电池和其他部件的物体。人们将能够打印工具,电子产品,替换部件,医疗设备和其他产品,根据他们的需要和需要定制。军事后勤可能会精简,因为设备和物资将在使用点直接打印。物品将成为信息,而数字盗版将取代入店行窃。恐怖分子和犯罪组织将使用几乎不可能追踪的原材料打印武器、传感器和其他设备。 3.大数据 2015 年,全球产生了 4.4zb 的数据(4.4 万亿 g),这一数字预计大约每两年翻一番。这大量的数据对消费者行为、公共卫生、气候变化以及一系列其他经济、社会和政治挑战提供了深刻的见解。 然而,虽然「大数据」已经成为一个流行词,但每年产生的数据中只有不到 10% 被分析。在未来的 30 年里,我们更好地利用大量动态数据集的能力将会得到提高。自动化机器人将抓取非结构化数据,识别在沉浸式虚拟数据场景中可视化的关系。随着人们获得了将大数据应用到个人生活中的能力,分析将扩展到企业之外。公民将有能力利用数据来让政府和其他主要机构负责,从而导致数据访问方面的紧张局势。超个性化营销的兴起、政府对公民数据跟踪的监控以及高调的数据丢失案例,可能会加剧人们对数据所有权的担忧。潜在的对手将利用被窃取、从黑暗网络购买或从开源自由访问的数据来危及安全并挑战美国。防御能力。 4.人的拓展 在未来的 30 年里,技术将使我们能够超越对人类潜力的生物限制。通过物联网连接的可穿戴设备将把对上下文敏感的信息直接覆盖到我们的感官上。外骨骼和脑接口修复术将使我们更强壮,恢复老年人和虚弱者的活动能力。嵌入隐形眼镜和永久植入物的传感器和电脑可以让我们听到墙后的窃窃私语,给我们自然的夜视觉,并让我们沉浸在虚拟和增强现实中。非营养性药物将扩大我们的认知能力,改变工作和教育。当然,增强技术将是有代价的,那些负担不起升级「人类底盘」的人可能会发现自己无法在增强经济中竞争。网络增强技术对于想要控制我们身心的黑客来说,也将是一个有吸引力的目标。而美国。军队将受益于扩充士兵,部队将面对同样扩充的对手,一场扩充军备竞赛可能会演变。 5.移动和云计算 移动计算和云计算正在改变人们与数据交互的方式。在美国,目前估计有 30% 的网络浏览和 40% 的社交媒体使用都是在移动设备上完成的。到 2030 年,全球 75% 的人口将拥有移动连接,60% 的人应该拥有宽带接入。移动设备正变得越来越强大和功能丰富,有越来越多的嵌入式传感器可以测量天气、位置、环境光和声音,以及生物识别技术。云计算与移动数据访问相结合,提供了几乎无限的计算能力,可以无缝扩展,而不需要在 IT 基础设施上进行大规模投资。在未来的 30 年里,基于云的移动计算有潜力转变从医疗保健到教育的一切。 手机将监测生命体征,并直接与诊断应用程序通信,人们将使用移动设备的在线教育门户网站学习新技能,应用程序将允许发展中国家的农民连接实时天气数据和工具,以优化他们的收成。与此同时,移动计算和云计算将给网络安全、可靠性和带宽带来巨大压力,消费者和企业都将不得不更适应将数据移交给云计算。 6.医疗进步 在未来的 30 年里,医学将迎来多项技术突破。基因组学将产生个性化医学,包括针对癌症、心血管疾病、阿尔茨海默氏症和其他量身定制的疾病的治疗。人工器官将从 DNA 样本中种植用于移植,消除了救命移植的等待时间和器官排斥的风险。假肢将直接连接到神经系统,并将结合基于生物的传感器,提供接近正常的触觉。机器人急救人员和组织保存技术,如控制低温治疗,将彻底改变创伤护理,并大大延长受伤士兵的「黄金时间」。随着科学家们开启了开启衰老的钥匙,人们将活得更长的时间,保持健康和活跃,直到今天我们所认为的「老年」。与此同时,先进医疗保健的成本将使许多国家卫生保健系统面临压力,并引发在获得救生治疗方面日益加剧的不平等。即将到来的医疗革命还将使人们在未来几十年的时间里保持健康和生产力,扩大老年工人和年轻工人之间的工作竞争,并给社会保障网造成额外的压力。耐药细菌将成为世界许多地区的一个紧迫问题。 7.网络安全 网络防御很难说是关于的新趋势警告「网络珍珠港」都是早在 1991。然而,在未来 30 年的崛起物联网和互联网越来越多的相互依存在连接的方面日常生活将带来网络安全最前部而数字以及网络攻击的范围是在增加,大多数都有针对个人消费者或公司,个人攻击造成的损害虽然广泛,但很容易得到控制。随着汽车、家用电器、发电厂、街灯和数百万个其他物体的联网,一场真正具有毁灭性的网络攻击的可能性将会增加。国家、企业和个人将面临挑战,以确保他们的数据免受更隐蔽的攻击——其中许多攻击可能在数年内都不被发现。最坏的情况是设想一种「电子末日」的形式,即互联网巨大的经济和社会力量在无情的网络攻击的重压下崩溃。 8.清洁能源 在未来 30 年里,全球的能源需求预计将增长 35%。随着水力压裂法和定向钻井等方法的发展,人们已经开辟了大量新的石油和天然气储量。这些技术颠覆了全球石油市场,并使美国成为世界上最大的化石燃料生产国之一。与此同时,太阳能和风能等可再生能源的成本正接近与化石燃料持平。在过去的 20 年里,太阳能电池生产的电力成本已经从每瓦容量的近 8 美元下降到这个数字的不到十分之一。核能虽然仍是公众激烈辩论的主题,但仍在继续增长,新的反应堆设计有望提高安全性和更少的放射性废料。虽然采用更清洁的能源将有助于应对全球气候变化,但在获取电池、太阳能电池和其他能源革命的关键产品中使用的稀有材料方面,将会出现新的摩擦。化石燃料的衰落也带来了整个中东和北非的经济和社会不稳定的重大风险,给美国及其盟友带来了新的安全挑战。 9.智慧城市 到 2045 年,世界上 65-70% 的人口——大约 64 亿人——将居住在城市中。随着城市人口的增加,拥有 1000 万或以上居民的特大城市的数量将会增加,从 2016 年的 28 个增加到 2030 年的 41 个。大规模向城市迁移将给城市交通系统、食品和水供应、电力和能源基础设施、卫生设施和公共安全带来重大压力。信息和通信 (ICT) 技术将支持「智能城市」的发展,后者利用数据和自动化,使城市中心更高效和可持续。分布式传感器系统将监测水和电力的使用情况,并通过智能电网自动平衡分配。网络交通系统和自动交通工具的选择将缓解交通拥堵。新的材料和设计技术将被用于建造智能建筑,以最大限度地提高加热、冷却和照明的效率。屋顶太阳能电池板、微型风力涡轮机、热能和其他可再生能源将提供清洁、分布式的发电。与此同时,那些无力投资这些技术的城市 (或缺乏政治意愿) 可能会变成拥挤、肮脏、危险的不稳定和冲突的引爆点。 10.物联网 据保守估计,到 2045 年,将有超过 1000 亿台设备连接到互联网上。这将包括移动和可穿戴设备、家用电器、医疗设备、工业传感器、安全摄像头、汽车、服装和其他技术。所有这些设备都将产生和分享大量的信息,这将彻底改变我们的工作和生活方式。人们将利用通过物联网 (IoT) 产生的信息,做出更明智的决策,并更深入地了解自己的生活和周围的世界。与此同时,联网设备还将自动化许多目前需要人工劳动的监测、管理和修复任务。物联网、分析学和人工智能的交叉点将创建一个智能机器的全球网络,在没有人工干预的情况下进行大量的关键业务。而物联网将会改善很多方面。在经济效率、公共安全和个人生产力方面,它也将加剧人们对网络安全和隐私的担忧。犯罪组织、恐怖分子和敌对的民族国家将使用物联网作为攻击美国及其盟友的新载体。通过联网设备产生的大量数据也将使各国政府能够对人口进行大规模监测,从而导致数字自由和安全之间持续的紧张关系。 11.食品和水技术 在未来 30 年,食物和淡水的不足将成为世界许多地区的危机点。目前大约 25% 的农田已经因过度耕作、干旱和空气/水污染而退化。根据乐观的预测,主食谷物的价格可能在未来几十年里上涨 30%——如果气候变化、需求模式和资源管理的失败继续遵循当前的发展轨迹,100% 的增长是不可能的。到 2045 年,39 亿人,超过世界人口的 40%,将面临水资源压力。技术为粮食和水危机提供了许多潜在的解决方案。海水淡化、微量灌溉、水回收、雨水收集和其他技术可以缓解淡水供应的压力。转基因作物和自动化可以提高作物产量,并允许农民从更少的土地上生产更多的营养。长期以来,在发达国家被认为是理所当然的食物和水,将成为创新的主要焦点,并可能成为冲突的主要引爆点。 12.量子计算 量子计算利用亚原子粒子的特性,如叠加和纠缠,来编码和操作数据。虽然这项技术已经作为一种理论可能性被讨论了几十年,但最近横跨学术界、工业界和政府的研究努力实验室正开始展示可能在未来 5-15 年有实际应用的量子系统。量子计算可能是一种关键技术,它可以彻底改变多个其他技术领域,如气候建模、药物研究和材料科学。然而,对量子计算的兴趣与它如何改变密码学有关。量子计算机可以破解目前所有的加密方法,而量子密码学可以提供第一个真正牢不可破的编码技术。最近的研究已经开始克服许多限制了实际量子计算机发展的技术问题。虽然量子计算的现实应用可能直到 20 世纪 40 年代中期才会出现,但政府和行业的大量投资的涌入表明,量子计算可能正在接近一个临界点。 13.社会赋权 目前,大约有 65% 的美国成年人使用社交媒体,这高于 2005 年的 7%。社交媒体无疑已经改变了人们的在线连接方式,但在未来的 30 年里,社交技术将成为授权个人塑造自己形象的引擎微文化。许多传统的权力结构将被推翻,因为人们形成了基于互联网的社区,由技术中介的社会契约来定义。各国政府将会发现,如果没有大众媒体的过滤,人们就会直接分享目击者对腐败和压迫的描述,因此越来越难控制政治叙事。虽然企业将学习通过社交渠道与消费者接触的新技术,但这些消费者也将利用社交平台来减少广告噪音,并让企业对自己的产品和行为负责。众包和内容流媒体将进一步使内容创作大众化,并模糊媒体创造者和消费者之间的界限。比特币和其他加密货币可能导致基于社会共识而不是政府控制的货币和贸易的定义。对美国来说。军队、社会赋权将从根本上改变年轻人对服兵役的看法。例如,那些首先将自己定义为……的成员的人网络社区可能不太容易被对爱国主义和公共服务的呼吁所吸引。社交媒体分享也将使军队在未来的冲突中赢得叙事的战斗更具挑战性。 14.先进的数字 在过去的 60 年里,计算机和其他数字设备已经彻底地改变了生活,以至于人们几乎不可能记住这些技术是相对较新的。第一台个人电脑直到 1975 年才售出,而且只能作为客户必须自己组装和编程的套件出售。然而,仅仅 40 年后,68% 的美国人拥有的智能手机的处理能力比 1969 年送宇航员上月球时还要强。3 未来 30 年可能会继续提高计算能力和更广泛的数字资源可用性。移动计算和云计算将提供几乎无限的内存和处理速度。虚拟化和软件定义的系统将允许政府和企业快速适应 IT 基础设施,而不需要昂贵和浪费的硬件升级。数字产品将融入到更广泛的日常用品中,从服装到建筑材料。与此同时,技术正在出现,这将改变我们与设备的交互方式。语音接口在智能手机中已经很常见,并将继续改进。手势界面将使我们能够通过非语言行为与计算机进行交流。最终,脑机接口将允许我们控制设备通过思考,使数字系统成为我们身体的自然延伸,作为我们自己的四肢。所有这些发展都将为军队带来新的机遇和挑战。例如,嵌入式数字系统将使士兵彼此连接,并支持维持、火力协调和智能分析。另一方面,先进计算能力的激增将增加严重网络攻击的风险。 15.混合现实 虚拟现实和增强现实 (VR 和 AR) 已经在消费电子行业产生了很大的热情。Facebook 今年将推出一个由 OculusVR 开发的 VR 头盔市场,并于 2014 年收购了该系统。包括三星、索尼和 HTC 在内的其他主要电子公司今年都在发布虚拟现实产品,这标志着虚拟现实作为主流娱乐技术的一次重大突破。应用程序正在娱乐领域之外出现。例如,家居装修连锁店 Lowes 正在开发全息房间——一个 3D 增强现实房间,允许购物者设计一个生活区,然后走进这个空间的虚拟模型,以更好地感受它的外观。而虚拟现实和增强现实技术的历史夸大的期望将改变媒体在 1990 年代的超高分辨率显示,低成本的位置和位置跟踪,和高清晰度视频内容奠定了坚实的基础「混合现实」技术合并现实世界与数字信息。在未来的 30 年里,这些技术应该会变得更加普遍。AR 显示器将提供实时的、上下文感知的数据覆盖,而 VR 将深入启用沉浸式体验集成视觉,声音,气味和触摸。为 U.S. 军队、虚拟现实和增强现实都有应用程序从培训战斗行动。 16.气候变化技术 目前的数据显示,到 2050 年,全球地表温度将上升 2.5 至 5.4 华氏度。即使今天采取了戏剧性的措施来减少温室气体的排放,气候惯性也保证了一些气候变暖将是不可避免的。因此,海平面可能会上升,威胁到沿海城市;作物产量可能会下降,导致发展中国家部分地区出现饥荒;干旱可能会威胁到数百万缺乏淡水的人,而洪水可能会威胁到他们对家庭、企业和公共基础设施造成数十亿美元的损失。在未来 30 年里,这些风险将推动对技术解决方案的投资,以缓解气候变化的潜在影响。在短期内,气候变化技术将包括洪水灾害测绘系统和抗旱转基因作物。从长远来看,可能会出现更多雄心勃勃的技术,比如碳封存方法这可以将二氧化碳和甲烷等温室气体排出大气中,并将它们安全地储存在地下。如果气候变化似乎遵循 4-5 度或更多的变暖情况,那么可能会对地球气候产生不可能减轻的不稳定影响。在这种情况下,对地球工程的认真努力可能成为避免灾难性气候变化的唯一解决方案。例如,科学家们估计,在大气中播种硫磺或氧化铝颗粒,以减少撞击地球的太阳辐射量。这些干预措施仍然是高度理论性的,而且风险可能非常大。 17.先进的材料 在过去的十年里,材料科学取得了令人印象深刻的进步,比如自愈和自清洁的智能材料;可以恢复原始形状的记忆金属;压电陶瓷,可以用来从压力中获取能量;以及具有显著结构和电学特性的纳米材料。纳米材料在广泛的应用中具有巨大的潜力。在纳米尺度 (小于 100 纳米),普通材料具有独特的性能。例如,石墨烯是一种由单个碳原子形成的晶格,它比钢强 100 倍,能有效地传导热量和电力,而且几乎是透明的。纳米材料在发动机和其他机器的超光滑涂层、飞机和汽车的坚固复合材料、轻型防弹衣和高效光电方面都有应用。除了工业应用之外,制药公司正在开发治疗性纳米颗粒,有一天可以提供针对癌症的靶向药物治疗,大大减少副作用,同时提高治疗结果。在接下来的 30 年里,纳米材料和其他材料新型材料,如金属泡沫和陶瓷复合材料,将会在服装、建筑材料、车辆、道路和桥梁,以及无数其他物品中找到。美国陆军将能够利用先进的材料来生产更轻、更坚固的的电池和可再生能源系统。 18.新型武器 在未来的 30 年里,许多新的武器技术可能会在未来的战场上激增。除了目前正在开发的技术,如非致命武器和定向能源系统,一些国家正在投资反进入区域拒绝 (A2AD) 技术,这些技术可能会严重影响美国陆军在未来操作环境中自由机动的能力。新兴的 A2AD 技术包括反舰弹道导弹;精确制导反车辆和杀伤弹药;反火箭、火炮和迫击炮 (CRAM) 系统、反卫星武器;以及电磁脉冲 (EMP) 系统。其中一些技术,如精确制导弹药,将反映出基于现有技术的创新。例如,中国正在开发有可能摧毁航空母舰的先进反舰弹道导弹。其他技术将反映全新的概念,如 2015 年 DARPA 展示的自导子弹,作为其极端精确任务弹药 (EXACTO) 计划的一部分。随着中国、俄罗斯和其他国家在军事现代化方面的投资。很可能会面对有能力接近并在某些情况下可能超过我们自己的对手。 19.空间 航天工业已经进入了一个自 20 世纪 60 年代太空竞赛以来从未见过的创新和进步时期。机器人技术、先进的推进系统、轻质材料、增材制造和微型化等新技术,都极大地降低了将人和材料送入太空的成本,并为太空探索开辟了新的可能性。太空市场的新进入者,包括 SpaceX 公司、阿丽亚娜空间公司和蓝色起源公司,正在颠覆停滞不前的商业发射部门,并推动诸如可重复使用的运载火箭等创新。在未来的 30 年里,研究和开发将使人类能够重返月球,并可能导致更多戏剧性的探索,包括人类探索火星和开始全新的天基工业,如小行星采矿。虽然对太空的探索和潜在的殖民化长期以来一直吸引着我们的想象力,但对太空基础设施的日益依赖可能会导致地球上出现新的摩擦。随着越来越多的国家开始依赖太空资产,对太空的控制可能成为一个重要的闪点。太空的军事化并不是不可能的,而反卫星战争可能会对美国产生深远的影响。陆军严重依赖卫星来安全全球通信、情报收集和协调联合机动。 20.合成生物学 几千年来,人类通过选择性育种和杂交,早在孟德尔确定遗传的基本定律或艾弗里-麦克劳德-麦卡蒂实验确定之前,就操纵了动植物的遗传密码。然而,随着我们对遗传学的理解的加深,通过从头开始构建新的 DNA 序列来设计定制的生物体正成为可能。转基因作物代表了这项技术的先锋,但我们正处于一场更广泛的革命的边缘,这场革命将把生命本身变成可以像计算机代码一样编写和重写的信息。科学家们已经在设计能够分泌生物燃料的藻类,并利用 DNA 编码数千千兆字节的数据。在未来的 30 年里,合成生物学将产生工程生物体,它们可以检测毒素,从工业废物中创造生物燃料,并通过与人类宿主的共生关系提供药物。与此同时,合成生物学代表着巨大的风险,包括工程生物武器和可能破坏自然生态系统的入侵合成生物。
  • 《Nature Medicine丨将影响2025年医学的11项重磅临床试验》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:朱晓琳
    • 发布时间:2024-12-23
    •   2024年12月12日,自由撰稿人Paul Webster和Natalie Healey在Nature Medicine 杂志上发表年度回顾与未来预测文章《Eleven clinical trials that will shape medicine in 2025》。作者采访了行业内领先的研究人员列出了2025年的重磅临床试验,从朊病毒病和镰状细胞病的基因疗法到癌症和精神健康的数字工具。 1. 朊病毒病的基因治疗   Sonia Vallabh:我发现自己有死于遗传性朊病毒病的风险,于是我从律师岗位转而从事生物医学研究。朊病毒病并非极为罕见,每6,000人中就有1人因此丧命,但这种疾病确实很罕见。我帮助建立了临床前概念验证,并开展了1/2期试验,以评估鞘内注射ION-717对朊病毒病患者的安全性、耐受性和药代动力学。ION-717是由Ionis Pharmaceuticals开发的一种研究性反义寡核苷酸,旨在抑制朊病毒蛋白的产生。截至目前,全球有16个ION-717临床试验点。这项试验的报名非常快,因为这是一个非常活跃的社区。我认为我的工作是在为神经退行性疾病的早期治疗而努力,因为越早治疗,就越能保护大脑功能。我们可能会在2025年底看到第一批数据。   Sonia Vallabh是美国麻省理工学院和哈佛大学Broad研究所的高级小组负责人。 2. 多样化群体的精准营养   Leanne Redman:人们对于食物和饮食的健康益处存在很大差异。传统的饮食干预研究方法为美国饮食指南提供了信息,尽管此类试验通常研究饮食对小群体的影响。根据饮食对整个群体的有效性制定指南会忽略那些出于某种原因从该饮食中获得的健康益处较小或较大的人。美国国立卫生研究院资助的精准健康营养项目(与All of Us研究计划合作)旨在探索导致人们对相同食物反应不同的因素。该项目将研究8,000多名成年人,几乎没有排除标准,研究内容包括他们通常服用的药物和健康状况,旨在扩大当前营养指南的覆盖范围。在绘制出一个人的日常饮食、遗传、微生物组、生活习惯以及医疗和健康史如何影响他们对膳食测试的反应后,科学家将利用这些信息预测他们在2周后对三种饮食模式的反应。由于这三种饮食模式在碳水化合物、脂肪、蛋白质、水果和蔬菜、纤维、坚果、鱼、乳制品以及加工和未加工食品的数量和类型方面有所不同,因此科学家将依靠先进的统计模型和机器学习,首先确定与饮食反应最相关的因素或个人层面的特征,然后预测那些可能对人们有益的食物和饮食模式。所有数据收集工作将于2026年夏季完成。我们预计论文将在2025年初提供对数据的初步了解。   Leanne Redman是美国路易斯安那州立大学系统彭宁顿生物医学研究中心的生理学家。 3. CBD预防精神病   Philip McGuire:我领导了一项名为“早期精神病的分层和治疗”(STEP)的研究,该研究使用一种CBD产品,该产品已被批准用于治疗严重癫痫。STEP包括三项临床试验,涉及11个国家的30个地点。这些试验将评估大约1,000名精神病患者在接受CBD治疗前后的情况,使用一系列神经成像技术,如磁共振成像和光谱学,以阐明CBD的作用方式。该研究还使用临床、数字、认知、神经成像和血液测量来尝试识别可用于预测治疗成功的生物标志物。每项试验都包括处于不同精神病阶段的参与者。第一项试验涉及精神病风险较高的人,旨在测试CBD是否能阻止他们发展为全面疾病。第二项试验涉及最近患上精神病的人,第三项试验涉及对治疗有抵抗力的人。2025年,我们将获得CBD在精神病中的疗效、安全性和耐受性的首批结果。我们还希望这项研究能阐明我们是否可以使用CBD预防精神疾病。   Philip McGuire是牛津大学精神病学系的精神病学教授,也是英国牛津健康NHS基金会研发副主任。 4. 镰状细胞病的碱基编辑   David Liu:碱基编辑在体外和体内临床试验中都取得了成功,因此业界期待着针对造血干细胞(HSC)的首个碱基编辑临床试验的结果。这些细胞对于治疗血液病至关重要,因为我们所有的血细胞包括免疫细胞,最终都来自HSC。几年前,Beam Therapeutics启动了BEACON试验,这是一项开放标签、单组、多中心、1/2期研究,旨在评估自体碱基编辑CD34+ HSC和祖细胞(BEAM-101)对严重镰状细胞病患者的安全性和有效性。HSC在体外进行碱基编辑,以模仿遗传性胎儿血红蛋白持续存在的人所见的单核苷酸多态性。这些编辑应该可以提高胎儿血红蛋白的水平并改善症状。无论是在这次临床试验中,还是在任何一次临床试验中,患者死亡都是一个令人悲伤的消息。白消安是一种用于在移植前在骨髓中创造空间的药物,是目前镰状细胞病的标准治疗方法之一。看来,在这次试验中死亡的患者死于肺损伤,这是白消安已知的副作用,而不是碱基编辑的后果。在临床试验结果出来之前就采取行动永远不是明智之举,但我希望临床碱基编辑能够在HSC中发挥作用,因为已经有另外三项碱基编辑临床试验取得了积极的临床结果。   David Liu是美国Merkin医疗变革技术研究所所长、Broad研究所副主任和哈佛大学自然科学教授。 5. 冷却屋顶以预防与热有关的疾病   Aditi Bunker:我们的团队在世界各地开展务实的现实试验,以测试各种气候变化适应干预措施,重点是改善人口健康和环境与经济成果。我们目前正在研究的干预措施之一是使用“凉爽屋顶”,这是一种高反射性的屋顶涂层,通过反射太阳辐射并防止热量传递到建筑物中来帮助降低室内温度。这些屋顶易于实施且价格合理,并且具有立竿见影的效果,这使它们成为受极端高温影响的脆弱社区的理想选择,例如西非等地区,那里的高温正在导致死亡和疾病。我们正在与当地社区合作,雇用和培训当地人为社区成员安装凉爽屋顶。我们在西非布基纳法索开展的试验包括来自25个村庄600户家庭的1,200名参与者;该试验最近结束,我们正在分析结果。我们随机分配这些家庭使用或不使用凉爽屋顶,并在2年内跟踪结果,重点关注心率作为主要指标,因为它对热暴露敏感。我们测量的次要结果包括血压、体温、血糖、脱水和压力。我们还探讨了心理健康、睡眠质量甚至基于性别的暴力,因为高温对人们的健康有广泛的影响。目标是确定降温屋顶干预措施与人类健康状况改善之间是否存在因果关系。通过使用客观指标(如生物标记数据)和参与者报告体验的主观指标,我们旨在全面了解高温如何影响健康,以及此类干预措施如何有效缓解这些影响。这项试验将帮助我们确定这些干预措施是否应在当地推广。我们相信这项工作有可能改善世界上一些受高温影响最严重的地区人民的生活。   Aditi Bunker是一位流行病学家,负责协调德国海德堡大学气候变化与健康干预工作组。 6. 前列腺癌放射性药物   Oliver Sartor:使用Lu-177治疗表达前列腺特异性膜抗原(PSMA)细胞的想法可以追溯到15年前,但该领域真正的进展是最近才出现的。在诺华收购专注于放射性配体疗法的生物制药公司Endocyte后,事情才真正开始有了进展。随着美国FDA批准Lu177-PSMA-617疗法(市售商品名为Pluvicto)用于治疗已接受雄激素受体途径抑制剂和紫杉烷类化疗治疗的PSMA阳性转移性去势抵抗性前列腺癌(mCRPC)成年患者,有相当多的人支持将Lu-177疗法提前用于前列腺癌的治疗模式。目前有几项试验正在探索这一点,例如PSMAfore,它招募了未接受化疗的mCRPC患者;我在2023年欧洲肿瘤内科学会大会上介绍了这项试验。目前该药物正在接受FDA的审批,预计将于2025年做出决定。如果获得批准,Pluvicto将进入更早期的治疗领域,而不是像在VISION试验中那样仅在化疗后使用,Pluvicto正是为此获得了FDA的批准。PSMAddition试验由我和康奈尔大学肿瘤学家Scott Tagawa设计,针对1,126名未经治疗或仅接受过最低限度治疗的PSMA阳性转移性激素敏感性前列腺癌患者,比较了Lu177-PSMA-617加标准治疗与单独标准治疗的治疗效果。激素疗法可能会改变PSMA的表达和放射敏感性,从而影响Lu177-PSMA-617的疗效。主要终点是放射学无进展生存期。主要影响在于Lu177-PSMA-617是否获得FDA批准用于治疗激素敏感性患者。这可能会改变全球数十万前列腺癌患者的治疗格局。但是,Pluvicto的价格很高,这可能会限制其全球供应。   Oliver Sartor是美国梅奥诊所肿瘤科肿瘤内科的医生。 7. 聊天机器人协助宫颈癌筛查   Farida Selmouni:法国已将30-65岁未在诊所接受筛查的女性自行采样HPV纳入其全国宫颈筛查计划,但研究表明,这些女性中只有不到20%参与了筛查。为了解决这个问题,我的团队开发了基于网络的工具,旨在鼓励女性,特别是教育水平较低和来自贫困地区的女性,在家中进行自我检测。筛查计划的高参与率非常重要,以降低宫颈癌的发病率和死亡率。我们的多语言决策辅助工具专为受教育程度较低的女性设计,可通过基于人工智能的聊天机器人通过多种智能手机渠道访问。我们对女性进行了定性研究,以评估她们的知识并确定她们在宫颈癌和智能手机使用方面的需求,并与医疗保健专业人员一起收集开发教育工具的建议。在此研究的基础上,我们改进了聊天机器人的第一个原型,并将其展示给研究参与者和医疗保健专业人员,以获得他们的改进反馈。结果表明,女性对这款聊天机器人很满意,并发现它能快速准确地回答她们的问题。一项随机对照试验正在进行中,预计将于2025年结束,旨在评估聊天机器人在提高女性参与基于HPV检测的宫颈癌筛查护理途径方面的有效性。   Farida Selmouni是法国里昂国际癌症研究机构的一名科学家。 8. 心理健康移动工具包   Keng?Yen Huang:肯尼亚等中低收入国家的青少年面临着发展、性和生殖健康等方面的挑战,包括遭受多维度暴力。筛查和赋能青少年生活的移动健康工具包(mSELY)研究将通过研究数字工具包对青少年及其父母的有效性,解决肯尼亚青少年心理健康障碍的负担。青少年版旨在帮助他们在与青少年同龄人建立联系的同时,自我评估和管理自己的心理健康需求。家长版旨在帮助他们学习心理健康策略,并提供更好的育儿资源。这项研究将有助于阐明这些数字干预措施在肯尼亚众多社区组织进行的随机对照试验中的有效性。我们正在探究导致行为暴力的根本原因,其中很大一部分原因是缺乏自信和缺乏解决问题的能力。为了帮助参与者了解自己的个人发展,我们将数据反馈给他们,以便他们更加了解需要关注的各个领域。我们还希望家长数字工具能够强化家长需要与孩子进行公开交流的事实。   Keng?Yen Huang是美国纽约大学医学院人口健康和儿童及青少年精神病学副教授。 9. 个性化乳腺癌筛查   Suzette Delaloge:“我的个人乳腺癌筛查”(MyPeBS)试验通过从一刀切的方法转向更加个性化、基于风险的策略,解决了乳腺癌筛查中的一个重大空白。目前,筛查主要基于年龄,大多数国家通常从50岁开始,但这种方法有局限性。乳腺癌筛查仅将死亡率降低了约20%,过度诊断和不必要治疗的比例很高。每位女性罹患乳腺癌的风险各不相同,这取决于许多因素,如遗传、生活方式或激素水平。更个性化的方法可以调整参加筛查计划的年龄,并确定女性是否需要更频繁或更少的筛查。对于高风险女性,可以引入更密集的风险降低措施,而低风险女性可以从较少的X光检查中受益,从而减少不必要检查带来的危害。据我们所知,我们的试验是同类研究中规模最大的一项全球性研究,在六个国家开展,共有53,000多名女性参与。这项随机对照研究将比较两组女性:一组将遵循目前的标准乳腺癌筛查;另一组将遵循个性化的基于风险的筛查策略。一半的参与者将通过唾液样本接受DNA检测。我们将使用来自乳腺癌筛查联盟的多基因风险评分,结合其他风险因素。这种方法使我们能够高精度地评估风险,尽管我们意识到了挑战,特别是在种族多样性方面以及这些工具在不同人群中的表现如何。试验的主要终点是4年内2期或更高阶段乳腺癌的发病率。如果试验表明基于风险的筛查效果与标准筛查一样好甚至更好,那么它可能会彻底改变乳腺癌预防方式。我们预计这种方法可以改善高风险女性的预后,同时将低风险女性的不必要伤害降至最低。   Suzette Delaloge是一名乳腺癌专家,也是法国古斯塔夫鲁西研究所癌症医学系的肿瘤医学副教授。 10. 家庭园艺可解决气候相关营养不良问题   Ina Danquah:ALIMUS是一项多中心、集群随机对照试验,在肯尼亚东南部和布基纳法索农村地区开展,旨在研究气候变化对营养的影响,特别是对依赖玉米、小麦和高粱等主食作物的人群。由于气候变化,这些作物越来越受到锌、铁、硒和蛋白质等营养素含量下降的影响。这种营养素的减少对5岁以下儿童和育龄妇女构成了特别威胁。ALIMUS项目侧重于家庭园艺,结合营养和健康咨询。该项目的目标是增加饮食多样性,以抵消主食作物的营养损失。两国家庭都被鼓励在家附近种植蔬菜和水果。这些菜园的设计参考了当地人的意见,当地人表示他们更喜欢特定的作物,比如红薯和速生水果。值得注意的是,园丁们只使用有机方法,避免使用化学肥料和杀虫剂。该试验于2020年启动,但因新冠疫情而推迟,基线数据收集于2021年。目前,该项目已进入最后阶段,涉及每个国家300个干预家庭和300个对照家庭。主要测量结果是儿童的身高年龄分数,因为它是营养状况的长期指标。我们考虑了其他指标,例如体重年龄比,但得出的结论是,身高年龄比将提供有关干预对整体营养影响的最可靠数据。预计结果将于2025年中期公布,我们希望研究结果能够为解决营养不良问题的未来战略提供参考,特别是在气候变化情景下。如果成功,该模型可以在面临类似气候相关挑战的地区更广泛地应用。该项目还旨在将其方法整合到当地卫生和农业部的日常实践中,确保试验后的可持续性。   Ina Danquah是德国波恩大学专攻流行病学的营养科学家。 11. 适合自闭症儿童的学习游戏   Dennis P. Wall:美国3-17岁的未成年人中约有17%被诊断患有发育或精神疾病。由于农村地区和少数族裔人口诊断不足,实际患病率可能更高。自闭症儿童在社交沟通和兴趣受限方面存在困难,但可以通过早期干预克服这一困难。我们设计了一款手机游戏,可供各种受众广泛使用,并能有效地提供治疗,增加社交眼神交流、动机和注意力,同时减少兴趣受限和焦虑。这款游戏在照顾者和孩子之间建立了强大的社交同步,有望减轻父母的压力,同时消除对孩子社会融合产生负面影响的自闭症症状。重要的是,它在游戏过程中收集数据,可以跟踪进度,训练旨在理解自闭症信号的人工智能工具,并个性化体验,以增加参与度和影响力。为了测试这款游戏,我们招募了2-8岁的自闭症儿童参加临床试验。   Dennis P. Wall是美国斯坦福大学医学院儿科和生物医学数据科学教授。