你或许错过了这场低调不张扬的瑞士2022顶级发明盛宴

由洛桑联邦理工学院(EPFL)的研究人员开发研制的“智能麦克风”(smart mic)，能够利用人工智能来录制和识别动物发出的叫声。截至目前，该设备已分别在瑞士阿尔卑斯山脉地区的野狼和南非地区的大象身上成功进行了测试。 synature / epfl.ch

可生物降解的纸质电池、能探测野狼踪迹的人工智能麦克风、由学生自行建造的电动飞机……这些都是在过去的2022年虽低调神秘、并未引人注意，却实力卓群的瑞士发明与创新。

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瑞士当属世界上最具创新性的国家之一，多年来始终在全球科学与技术领域享有盛誉。根据2019年公布的数据，瑞士仅2019年用于研究和开发(即研发)的开支就占年度国内生产总值的3.15%，从而确保自身在全球各国分配给研发的资金比例排行榜上稳居第七位。这个阿尔卑斯国度目前拥有包括蜚声海外的洛桑联邦理工学院和苏黎世联邦理工学院在内的12所公立大学、9所应用科学大学(又被称为“高等专业学院”，内含艺术与音乐学院)，以及数十所从事尖端科学研究的科研院所。

让我们与你携手回溯2022年诞生于瑞士这片土壤、非同凡响的八项研究项目和发明成果。

纸质电池

瑞士联邦材料测试与开发研究所(EMPA)的科学家们为帮助解决废旧电池的问题，探索出了一条绝妙而新颖的解决之道。他们发明了一种由纸制作而成的电池，这款电池由盐(分散在纸中)和含有石墨、锌和碳的油墨提供电能，只需加入几滴水，它便能在20秒内被激活。这种纸质电池所采用的基本组件与标准普通电池别无二致，但组装方式却截然不同。在尝试制作了数百个模型之后，该研究团队决定采用易于制备、廉价且具有良好导电性的石墨油墨来制作电池的负极(阴极)组件，正极(阳极)组件的材料则采用含锌粉的油墨，沾染了氯化钠盐的纸被用来生成电解质。一旦被几滴水激活，这款纸质电池便能产生1.2伏特的稳定电压。预计在未来两到五年之内，该技术可应用于医疗诊断设备、智能包装等低功率一次性电子产品。

能察觉野狼踪迹的“智能麦克风”

由于近年来野生动物种群数量不断增长的同时，既有的观测技术已日渐陈旧过时，因此，针对野狼等野生动物的监测工作变得越来越困难。洛桑联邦理工学院(EPFL)的研究人员们发明出一种设备，能够利用人工智能来录制和识别那些在夜间徜徉漫步于阿尔卑斯山区的动物们发出的长笛般的鸣声、嘶吼嗥叫声以及其他声音。这些被记录下来的声音数据，会通过移动电话网络被自动传输到一台计算器服务器上，进而在这台服务器上进行压缩和进一步分析。这款“智能麦克风”设备能够精准地识别出方圆500米范围内狼的叫声。和传统的隐蔽触发式照相机相比，这款新型设备能有效节省狩猎保护区管理员的时间，而且还能覆盖更大的监测区域。不仅如此，它和现有观测技术相比耗资更低，新机研制过程中按设计图样制造的第一批供试验或量产原型的样机，价格仅为450瑞郎(约合3322元人民币)。迄今为止，在瑞士境外，这一发明还在南非地区的野生大象身上成功完成了测试，且目前进一步的试用工作正在印度大象身上进行。

Keystone

能检测空气中病毒传播的探测器

苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)和瑞士联邦材料测试与开发研究所(EMPA)的科学家们长期以来始终致力于研究能够“直观观察”和“可靠感知”经空气传播的病毒的传感器。2020年初，他们曾一度将研究重点聚焦于研制可侦测空气中新冠病毒并发送警报的设备。2022年秋天，他们宣布已成功研制出一款名为“CAPS”的传感器，这是一套用于“对室内区域进行定量病毒检测”的生物传感器系统，它可以为那些在医院或养老院中面临新冠病毒感染高风险的医护人员提供有效帮助。为了对经空气传播的病毒进行探测，CAPS会首先采集空气中所含气溶胶，然后将采集到的气溶胶以浓缩的方式收集到液体溶液中。生物传感器会随即对溶液展开分析，并对具有新型冠状病毒特异性的核糖核苷酸数量进行测定。该系统已经证明了它与目前通行的PCR核酸检测(即逆转录聚合酶链反应测试)具有同等检测性能。测定结果中也包含了对新冠病毒感染风险的评估，可以立即发送到医护人员手中。研究人员希望他们的这项发明能够被利用部署到火车站等人流量密集的场所，从而检测出公共场所的空气中可能存在的高浓度病毒。

Keystone / Gaetan Bally

太阳能净水器

截至目前在世界各地，清洁的水对很多人来说依然是无法企及和享受的“奢侈品”，尤其是在偏远地区。洛桑联邦理工学院(EPFL)的科学家们已发明出了一款构造简易、高效能、利用太阳能来制造洁净用水的净水过滤器(如下图所示)。该团队通过将二氧化钛纳米线与碳纳米管交织在一起，创造出了一种复合过滤材料。而当用这种复合过滤材料做成的滤光片接触到紫外线时，就会产生一组被称为活性氧(ROS)的分子，其中包括过氧化氢(H2O2)、氢氧根(OH)和氧(O₂)-它们都是已知的有效病原体克星。这组活性氧分子可以杀死流经过滤器的水中所含的细菌和大型病毒等人类病原体。

L. Forro, EPFL

由学生自行打造的电动飞机

“在校求学期间能够建造一架飞机，然后亲眼目睹它腾空翱翔于天际，这种感觉实在难以言喻，”苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)机械工程系的学生莫里斯·考利希(Maurice Kaulich)在谈到e-Sling项目时如是说。一个由20名在校大学生组成的团队花费了足足两年时间，打造出一架完全由电池供电驱动的四座电动飞机，并于2022年9月下旬见证它完成了首飞。虽然这架单引擎飞机的外壳套件由南非的制造商提供，但苏黎世联邦理工学院的学生们自己动手，独树一帜地发明了一套电力推进系统，该系统依靠配备着独特冷却网状设备的模块化电池系统提供驱动力。该飞机可在中途停留期间更换电池。这架飞机发动机的重量只有42公斤，而两侧机翼中装载的电池却重达224公斤。目前，这架飞机的航程约为180公里，在天空中的航行时间可长达1小时左右。

二氧化碳供暖系统

目前，一台利用二氧化碳(CO2)作为供暖管道内流体的热力网络系统原型样机，正在瑞士进行测试工作。这套热能供暖容量可达到500千瓦(kW)的系统，眼下就被安装于瑞士南部地区锡永市的创新科技园“能源城”(Energypolis)的地库内。该项目的设计师表示，有了这套系统，完全有可能利用更小型、更廉价的供暖管道来输送二氧化碳流体和蒸汽；供暖所使用的二氧化碳流体与蒸汽，均源自可再生能源与废热；这些供暖管道可以把多幢建筑物连接到一个供暖网络系统中。该项目背后的支持者们相信，在未来两三年内，一个可投入使用的供暖网络系统或许不再是纸上蓝图，能在现实中实现。

新型凝胶治疗皮肤癌

伯尔尼大学(University of Bern)的科学家们已研发出一种皮肤癌治疗方法，即利用水凝胶来对抗侵袭性恶性皮肤癌-黑色素瘤。只要把这种新型热敏水凝胶直接涂抹在黑色素瘤所在的皮肤区域，它就能激活人体自身的防御系统来对抗这种恶性肿瘤。研究人员们采用了全世界应用最为广泛、同时也能有效激发抗肿瘤免疫反应的疫苗-卡介苗(Bacillus Calmette–Guérin)-所含的生化成分，开发出了这款凝胶。该凝胶在室温条件下是液体状态，但在体温条件下就会自行变成粘性凝胶。在此前进行的多轮实验中，患有黑色素瘤的实验小鼠经过该凝胶的治疗后，存活时间获得了显著延长。这款技术的开发者们目前正计划在患有黑色素瘤的病患身上进行临床试验，以进一步检测这款凝胶的疗效。

由平板电脑“操纵”神经中枢

三名曾因脊髓损伤而导致下肢完全瘫痪的患者，通过使用一套由触屏平板电脑控制的神经刺激装置，得以重新站立、行走、骑自行车、甚至游泳。这套装置的开发者是洛桑联邦理工学院(EPFL)领导的一支研究团队。他们在患者体内植入了由人工智能软件遥控、可利用宽频电场对人体背部和腿部的神经进行刺激的装置。在装置被植入后短短一小时之内，三名患者均自主站立起来，并且在有支撑物的帮助下迈出了他们瘫痪以来的第一步。在随后的六个月里，他们通过借助平板电脑自行控制神经刺激装置，从而再度找回了包括步行、骑自行车和游泳这类高级活动的能力。

(译自英文：张樱)