你或許錯過了這場低調不張揚的瑞士2022頂級發明盛宴

由洛桑聯邦理工學院(EPFL)的研究人員開發研製的“智慧型麥克風”(smart mic)，能夠利用人工智慧來錄製和識別動物發出的叫聲。截至目前，該設備已分別在瑞士阿爾卑斯山脈地區的野狼和南非地區的大象身上成功進行了測試。 synature / epfl.ch

可生物分解的紙質電池、能探測野狼蹤跡的人工智慧麥克風、由學生自行建造的電動飛機……這些都是在過去的2022年雖低調神秘、並未引人注意，卻實力超群的瑞士發明與創新。

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瑞士當屬世界上最具創新性的國家之一，多年來始終在全球科學與技術領域享有盛譽。根據2019年公佈的數據，瑞士僅2019年用於研究和開發(即研發)的開支就佔年度國內生產總值的3.15%，從而確保自身在全球各國分配給研發的資金比例排行榜上穩居第七位。這個阿爾卑斯國度目前擁有包括聞名海外的洛桑聯邦理工學院和蘇黎世聯邦理工學院在內的12所公立大學、9所應用科學大學(又被稱為“高等專業學院”，內含藝術與音樂學院)，以及數十所從事尖端科學研究的科技研究中心。

讓我們與你攜手回顧2022年誕生於瑞士這片土壤、非同凡響的八項研究項目和發明成果。

紙質電池

瑞士聯邦材料測試與開發研究所(EMPA)的科學家們為幫助解決報廢電池的問題，探索出了一條絕妙而新穎的解決之道。他們發明了一種由紙製作而成的電池，這款電池由鹽(分散在紙中)和含有石墨、鋅和碳的油墨提供電能，只需加入幾滴水，它便能在20秒內被啟動。這種紙質電池所採用的基本組件與標準普通電池別無二致，但組裝方式卻截然不同。在嘗試製作了數百個模型之後，該研究團隊決定採用易於備製、廉價且具有良好導電性的石墨油墨來製作電池的負極(陰極)組件，正極(陽極)組件的材料則採用含鋅粉的油墨，沾染了氯化鈉鹽的紙被用來生成電解質。一旦被幾滴水啟動，這款紙質電池便能產生1.2伏特的穩定電壓。預計在未來兩到五年之內，該技術可應用於醫療診斷設備、智慧型包裝等低功率拋棄式電子產品。

能察覺野狼蹤跡的“智慧型麥克風”

由於近年來野生動物種群數量不斷增長的同時，既有的觀測技術已日漸陳舊過時，因此，針對野狼等野生動物的監測工作變得越來越困難。洛桑聯邦理工學院(EPFL)的研究人員們發明出一種設備，能夠利用人工智慧來錄製和識別那些在夜間徜徉漫步於阿爾卑斯山區的動物們發出的長笛般的鳴聲、嘶吼嗥叫聲以及其他聲音。這些被記錄下來的聲音數據，會通過移動電話網絡被自動傳輸到一台計算器服務器上，進而在這台服務器上進行壓縮和進一步分析。這款“智慧型麥克風”設備能夠精準地識別出方圓500米範圍內狼的叫聲。和傳統的隱蔽觸發式照相機相比，這款新型設備能有效節省狩獵保護區管理員的時間，而且還能覆蓋更大的監測區域。不僅如此，它和現有觀測技術相比耗資更低，新機研製過程中按設計圖樣製造的第一批供試驗或量產原型的樣機，價格僅為450瑞郎(約合3322元人民幣)。迄今為止，在瑞士境外，這一發明還在南非地區的野生大象身上成功完成了測試，且目前進一步的試用工作正在印度大象身上進行。

Keystone

能檢測空氣中病毒傳播的探測器

蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)和瑞士聯邦材料測試與開發研究所(EMPA)的科學家們長期以來始終致力於研究能夠“直觀觀察”和“可靠感知”經空氣傳播的病毒的傳感器。 2020年初，他們曾一度將研究重點聚焦於研製可偵測空氣中新冠病毒並發送警報的設備。 2022年秋天，他們宣布已成功研製出一款名為“CAPS”的傳感器，這是一套用於“對室內區域進行定量病毒檢測”的生物傳感器系統，它可以為那些在醫院或養老院中面臨新冠病毒感染高風險的醫護人員提供有效的幫助。為了對經空氣傳播的病毒進行探測，CAPS會首先採集空氣中所含氣溶膠，然後將採集到的氣溶膠以濃縮的方式收集到液體溶液中。生物傳感器會隨即對溶液展開分析，並對具有新型冠狀病毒特異性的核糖核苷酸數量進行測定。該系統已經證明了它與目前通行的PCR核酸檢測(即逆轉錄聚合酶鏈反應測試)具有同等檢測性能。測定結果中也包含了對新冠病毒感染風險的評估，可以立即發送到醫護人員手中。研究人員希望他們的這項發明能夠被利用部署到火車站等人流量密集的場所，從而檢測出公共場所的空氣中可能存在的高濃度病毒。

Keystone / Gaetan Bally

太陽能淨水器

截至目前在世界各地，清潔的水對很多人來說依然是無法企及和享受的“奢侈品”，尤其是在偏遠地區。洛桑聯邦理工學院(EPFL)的科學家們已發明出了一款構造簡易、高效能、利用太陽能來製造潔淨用水的淨水過濾器(如下圖所示)。該團隊通過將二氧化鈦納米線與碳納米管交織在一起，創造出了一種複合過濾材料。而當用這種複合過濾材料做成的濾光片接觸到紫外線時，就會產生一組被稱為活性氧(ROS)的分子，其中包括過氧化氫(H2O2)、氫氧根(OH)和氧(O₂)-它們都是已知的有效病原體剋星。這組活性氧分子可以殺死流經過濾器的水中所含的細菌和大型病毒等人類病原體。

L. Forro, EPFL

由學生自行打造的電動飛機

“在校求學期間能夠建造一架飛機，然後親眼目睹它騰空翱翔於天際，這種感覺實在難以言喻，”蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)機械工程系的學生莫里斯·考利希(Maurice Kaulich)在談到e-Sling項目時如是說。一個由20名在校大學生組成的團隊花費了足足兩年時間，打造出一架完全由電池供電驅動的四座電動飛機，並於2022年9月下旬見證了首飛的完成。雖然這架單引擎飛機的外殼套件由南非的製造商提供，但蘇黎世聯邦理工學院的學生們自己動手，獨樹一幟地發明了一套電力推進系統，該系統依靠配備著獨特冷卻網狀設備的模塊化電池系統提供驅動力。該飛機可在中途停留期間更換電池。這架飛機發動機的重量只有42公斤，而兩側機翼中裝載的電池卻重達224公斤。目前，這架飛機的航程約為180公里，在天空中的航行時間可長達1小時左右。

二氧化碳暖氣供應系統

目前，一台利用二氧化碳(CO2)作為供暖管道內流體的熱力網絡系統原型樣機，正在瑞士進行測試工作。這套熱能暖氣容量可達到500千瓦(kW)的系統，目前就被安裝於瑞士南部地區錫永市的創新科技園“能源城”(Energypolis)的地庫內。該項目的設計師表示，有了這套系統，完全有可能利用更小型、更廉價的暖氣供應管道來輸送二氧化碳流體和蒸汽；暖氣供應所使用的二氧化碳流體與蒸汽，均源自可再生能源與廢熱；這些供暖管道可以把多幢建築物連接到一個供暖網絡系統中。該項目背後的支持者們相信，在未來兩三年內，一個實際應用的供暖網絡系統或許不再是紙上藍圖，能在現實中實現。

新型凝膠治療皮膚癌

伯恩大學(University of Bern)的科學家們已研發出一種皮膚癌治療方法，即利用水凝膠來對抗侵襲性惡性皮膚癌-黑色素瘤。只要把這種新型熱敏水凝膠直接塗抹在黑色素瘤所在的皮膚區域，它就能啟動人體自身的防禦系統來對抗這種惡性腫瘤。研究人員們採用了全世界應用最為廣泛、同時也能有效激發抗腫瘤免疫反應的疫苗-卡介苗(Bacillus Calmette–Guérin)-所含的生化成分，開發出了這款凝膠。該凝膠在室溫條件下是液體狀態，但在體溫條件下就會自行變成粘性凝膠。在此前進行的多輪實驗中，患有黑色素瘤的實驗老鼠經過該凝膠的治療後，存活時間獲得了顯著延長。這款技術的開發者們目前正計畫在患有黑色素瘤的病患身上進行臨床試驗，以進一步檢測這款凝膠的療效。

由平板電腦“操縱”神經中樞

三名曾因脊髓損傷而導致下肢完全癱瘓的患者，通過使用一套由觸屏平板電腦控制的神經刺激裝置，得以重新站立、行走、騎自行車、甚至游泳。這套裝置的開發者是洛桑聯邦理工學院(EPFL)領導的一支研究團隊。他們在患者體內植入了由人工智慧軟件遙控、可利用寬頻電場對人體背部和腿部的神經進行刺激的裝置。在裝置被植入後短短一小時之內，三名患者均自主站立起來，並且在有支撐物的幫助下邁出了他們癱瘓以來的第一步。在隨後的六個月裡，他們通過借助平板電腦自行控制神經刺激裝置，從而再度找回了包括步行、騎自行車和游泳這類進階活動的能力。

(譯自英文：張櫻)