合成生物学为生命科学研究提供了新的范式(“构建以学”),开启了生物技术的未来征程(“构建以用”)。本文讨论了合成生物学使能技术主流中各种原理和技术的进展,包括基因组的合成与组装、DNA存储、基因编辑、功能蛋白的分子进化与从头设计、细胞与基因回路工程、无细胞合成生物学、人工智能辅助合成生物学以及生物铸造厂。我们还引入了定量合成生物学的概念,它正引导合成生物学走向更高的准确性和可预测性或真正的理性设计。我们得出的结论是,随着使能技术的迭代发展和核心理论的成熟,合成生物学将建立自己的学科体系。
摘要 数字孪生技术是一个新兴概念,已成为工业界和近年来学术界关注的焦点。工业 4.0 概念的进步促进了其发展,尤其是在制造业。数字孪生的定义很广泛,但最好将其描述为物理机器和虚拟机之间在任一方向上的轻松数据集成。本文介绍了人工智能、物联网 (IoT) 和数字孪生的挑战、应用和支持技术。对与数字孪生相关的出版物进行了回顾,对最近的论文进行了分类回顾。回顾按研究领域对它们进行了分类:制造业、医疗保健和智慧城市,讨论了一系列反映这些领域和当前研究状况的论文。本文对数字孪生的支持技术、挑战和开放研究进行了评估。
机器人技术的进步紧跟功能材料、传感、驱动和通信技术以及人工智能等领域的发展,这些技术共同使得机器人能够高度模仿生物系统的形态和功能。 [6] 例如,大面积触觉皮肤或电子皮肤 (e-skin) 的实现使得机器人能够像动物一样利用来自全身的触觉反馈在非结构化或杂乱的环境中工作。 [5,7] 同样,微型但功能强大的执行器和电子元件使得灵巧的手和敏捷机器人得以开发。 [8] 近年来,3D/4D 打印也为开发具有复杂形状和软结构的敏感机器人开辟了道路。 [9,10] 因此,机器人技术的进步紧跟电子硬件、先进材料和制造等其他领域的技术进步。然而,有一个关键领域,机器人技术似乎在很大程度上没有跟上技术趋势,即为机器人供电所需的能源。可靠的能源对于自主机器人的平稳运行至关重要,特别是在主电源不易获得的环境中。事实上,当今大多数应用都要求机器人具有自主性,因此,它们必须完全依靠电池作为电源。分析最新技术,我们注意到,尽管电池技术取得了重大进展,但在机器人采用先进能源解决方案方面并没有取得太大进展。[11]
由于化学提供了无与伦比的灵活性,分子自旋是未来量子技术的有前途的基石,这使得设计针对特定应用的复杂结构成为可能。然而,它们与外部刺激的相互作用较弱,因此很难在单分子水平上访问它们的状态,而单分子水平是它们在量子计算和传感等领域应用的基本工具。在此,我们预见到一种创新的解决方案,利用手性诱导的自旋选择性对电子转移过程的影响,利用手性和磁性之间的相互作用。设想使用一种自旋到电荷的转换机制,该机制可以通过将分子自旋量子比特连接到一个二元组来实现,其中电子供体和电子受体通过手性桥连接。通过基于实际参数的数值模拟,结果表明,即使在相对较高的温度下,手性诱导的自旋选择性效应也可以实现分子量子比特和量子点的初始化、操纵和单自旋读出。
由于化学提供了无与伦比的灵活性,分子自旋是未来量子技术的有前途的基石,这使得设计针对特定应用的复杂结构成为可能。然而,它们与外部刺激的相互作用较弱,因此很难在单分子水平上访问它们的状态,而单分子水平是它们在量子计算和传感等领域应用的基本工具。在此,我们预见到一种创新的解决方案,利用手性诱导的自旋选择性对电子转移过程的影响,利用手性和磁性之间的相互作用。设想使用一种自旋到电荷的转换机制,该机制可以通过将分子自旋量子比特连接到一个二元组来实现,其中电子供体和电子受体通过手性桥连接。通过基于实际参数的数值模拟,结果表明,即使在相对较高的温度下,手性诱导的自旋选择性效应也可以实现分子量子比特和量子点的初始化、操纵和单自旋读出。
关键使能技术 (KET) 因其多学科性质以及连接遥远知识领域的能力而受到科学和政策的关注,使其在重组创新过程中发挥核心作用。然而,关键使能技术是否通常比非关键使能技术对创新过程有更大的影响仍未得到充分研究。本研究使用倾向得分匹配和回归分析来解决这个问题。首先,通过将关键使能技术专利与来自可比环境的非关键使能技术专利进行匹配来创建平衡的数据集。随后,分析关键使能技术专利是否与非关键使能技术相比具有更高的正向引用频率。结果表明,关键使能技术平均获得更多的引用,但这种影响似乎是由少数非常有影响力的专利推动的。结果进一步表明,并非所有关键使能技术都对正向引用产生可衡量的影响,并突出了各个关键使能技术之间的异质性。这些发现要求对关键使能技术概念进行更严格的评估,并在研究和政策中采取细致入微的方法。
摘要:在过去十年中,制造流程发生了重大变化。大多数工厂活动都通过智能制造框架中内置的一组功能进行了转变。第四次工业革命带来的工具是这种变化和进步的关键推动因素。这篇评论文章描述了一系列工业革命,并在介绍各种使能技术之前探讨了传统制造业。对一些包含使能技术的传统生产线提供了见解。制造供应链被设想为通过整合来增强工业 4.0 的使能技术。进行了系统的文献综述,以评估每种使能技术和制造供应链并提供一些理论综合。同样,列出了在完全转向智能制造之前必须克服的障碍。简要讨论概述了第四次工业革命如何带来新颖的制造技术。同样,对第五次工业革命进行了回顾,并提出了这一发展的理由。
为了充分发挥频谱优势,海军部队(包括海军陆战队和海军)必须能够通过利用、欺骗或阻止敌人使用频谱来控制电磁频谱 (EMS),同时确保持续的海军 ISR 能力。敌方情报、监视和侦察 (ISR) 和 EW 能力在整个 EMS(DC 到白天)的进步,以及廉价、高效的处理器和收发器的普及,削弱了我们的优势,创造了一个充满争议和拥挤的作战环境,并削弱了我们的海军 ISR 能力。本次 EW 和监视 D&I BAA 征集寻求创新解决方案来克服这些技术挑战。白皮书和后续提案应解决以下一个或多个研究机会技术领域 1-7 中的技术发展。
摘要 辅助技术 (AT) 的使用受限是公认的全球性挑战。新兴技术有潜力开发新的辅助产品并弥补使用辅助技术方面的一些差距。然而,对这些技术在辅助技术领域的潜力的分析有限。本文介绍了一项旨在概述新兴技术发展及其在辅助技术领域的潜力的研究。它涉及进行灰色文献综述和专利分析,以概述可能促进新辅助技术产品和服务开发的新兴使能技术并确定新兴的辅助技术应用。分析确定了与辅助技术领域相关的七项使能技术。这些是人工智能、新兴的人机界面、传感器技术、机器人技术、连接和计算的进步、增材制造和新材料。虽然有超过 370 万项专利与这些使能技术有关,但其中只有一小部分——分析中确定了 11,000 项与辅助技术特别相关的专利(0.3%)。本文介绍了一些有希望的例子。总体而言,结果表明,利用新兴技术进步的新型 AT 解决方案具有巨大潜力。