藻类、仿生学和颜色:利用光学特性实现可再生能源
减少对化石燃料依赖的要求是明确的。仿生学通常是可持续性的代名词,因此,剑桥大学的研究人员研究了海洋世界物种的光合作用过程,作为增强光合作用仿生材料 (BEEP) 项目的一部分。
蝴蝶翅膀和孔雀羽毛等材料的鲜艳色彩并不是由于颜料的存在而产生的,相反,它们的颜色是从其复杂的内部结构中获得的。当光入射到这些材料上时,特定频率的光会被表面的纳米结构反射,从而产生颜色的感觉。
“对微观尺度海洋生物的研究可能会在宏观尺度上影响我们世界的可持续性。”
参与 BEEP 项目的研究人员研究了具有这些特殊纳米结构的海洋藻类物种,这些藻类可传输特定波长的光并发生结构变化以允许光进入细胞。虽然这些结构的具体功能仍不清楚,但科学家推测它们可以增强能量收集潜力。随着进一步的了解,为仿生系统和生物光反应器设计新材料的范围是无限的。
随后开发了一种原型生物光反应器,由生物相容性水凝胶组成,可促进结构彩色细菌和微藻的生长。这些生物体之间相互作用的好处是双重的——生物量和微藻生长都增加,这可能对替代的、更可持续的能源生产(即生物燃料工业)产生积极影响。
剑桥大学 BEEP 博士研究生 Maria Murace 表示,对导致颜色感知的结构的全面理解也可以导致开发工业中使用的“传统油漆和有毒染料”的“绿色和可持续替代品”。总之,对微观尺度海洋生物的研究可能会对宏观尺度上世界的可持续性产生巨大影响。
黎明、毒品和数字孪生;用于可持续解决方案的超级计算机
“使用人工智能可以缓解“装瓶明星”的一些困难”
英国最强大的超级计算机“黎明”在剑桥建成。这台超级计算机是剑桥开放 Zettascale 实验室与英特尔、英国原子能管理局 (UKAEA) 和英国研究与创新等科技公司合作的成果,被用来创建清洁能源和个性化医疗等领域的解决方案。
清洁能源:
如果太阳中的氢聚变可以在地球上进行模拟,那么(理论上)这将提供近乎无限的清洁能源供应。因此,科学家们正在利用 Dawn 来设计一座聚变能源发电厂。利用未来二十年收集的数据,Dawn 将被用来创建一个“数字双胞胎”来模拟氢聚变。 UKAEA 计算项目主任 Rob Akers 博士认为,通过使用人工智能和超级计算,“装瓶明星”的一些困难将得到缓解。也许聚变发电厂的存在比人们普遍认为的更接近。
个性化医疗:
“数字双胞胎”建模和模拟的概念也在医学背景下进行了探索,这次是与人类有关。科学家相信,通过创建一个人的虚拟克隆,整合 DNA、器官和细胞,可以在短时间内测试药物与身体的相容性。进一步预测,还可以研究生活方式改变对长期健康的影响。在人类“数字双胞胎”发展的同时,也出现了不可忽视的伦理问题,这也可能阻碍该领域的进步。然而,利用超级计算机进行医疗应用的好处是无可争议的,伦敦大学学院计算科学中心主任 Coveney 教授认为,Dawn 还可以用来加快评估治疗新冠肺炎等疾病的候选药物的过程。 19.