“暑期院士专家系列讲坛”第七场活动“解读国内外最新科技进展”
港珠澳大桥正式通车运营、我国新一代百亿亿次超级计算机“天河三号”原型机首次亮相、“洞察”号无人探测器成功登陆火星……在2018年度中国/世界十大科技进展新闻中，这些突破性进展跃然榜上。科技创新发现，改变着人类的生活和对世界的认知，也不断证明人类思维的深刻和创造能力的无穷。
科技创新与科学普及，如同鸟之两翼、车之两轮。8月21日，“暑期院士专家系列讲坛”第七场活动“解读国内外最新科技进展”在开场前半小时已难寻一座，在这一热点汇聚的主题下，多位专家学者分别从空间与海洋、信息与网络、生物工程、材料制造等领域切入，为现场的一众科学迷带来了2018年国内外科技发展的新动态。
“遨龙一号”、RemoveDebris卫星净化太空环境
科幻电影《地心引力》中说，“太空碎片撞击了空间站，导致连锁破坏，摧毁了人类在绕地轨道上的所有基地。多如牛毛的碎片是宇航员的心头大患，还没办法清除这些垃圾悬浮物。将来凭借着新颖的设计，我们或能勉强管住它们。”
同济大学环境科学与工程学院的李光明教授从环境的视角解读了空间与海洋领域的科技进展。“据NASA统计，目前有近万吨太空垃圾围着地球飞行，并且每年以2%-5%的增速递增，这些太空垃圾对于卫星的运行或是信号都有一定程度的干扰。”从事污染预防与控制过程研究的李光明揭示了太空垃圾的危害性并予以数据佐证。一个重量仅为10克的太空碎片在运行中撞击所产生的能量，相当于一辆以每小时100公里速度行进的小汽车撞击所产生的能量，太空垃圾对太空航天器及地球上的生命体均会造成影响。如果撞击到航天器的表面，质量轻的可能会留下一些撞击的凹痕，重者可能会穿透航天器，造成部分航天器的失灵，甚至会造成航天器脱轨。李光明以1978年苏联的核动力卫星为例，其因太空碎片的撞击坠毁在加拿大，产生了严重的核污染，此次事件，不仅造成多人死亡，而且在公众中造成了巨大的恐慌。
同济大学环境科学与工程学院教授李光明
针对太空垃圾引发的安全问题，李光明分享了若干国内外的科技对策，他逐一介绍，中国除了在紫金山天文台成立“中国科学院空间目标与碎片观测研究中心”外，还研制出了太空清理飞行器——“遨龙一号”。它是一台空间碎片主动清理飞行器，已于2016年6月25日随“长征七号”成功发射。它的独特之处就在于它的机械臂可以抓取废弃卫星和太空碎片，并具有将它们带到大气层烧毁的能力。就像水族箱里的清道夫，可以吞食残饵、污物，从而起到净化环境的作用。太空环境的治理需要全世界的共同努力，英国萨里大学的萨里太空中心设计并生产了名为“清除残骸”（RemoveDebris）的卫星。测试中，研究团队首先放出一件金属物质，该卫星再在相隔6米的距离下，透过“主动清除残骸”（ADR）技术，射出5米长、状似星形的网子，成功包住了金属物质。被网子包住的金属物质会因重量在未来数月降落大气层，再被烧至灰飞烟灭。至今年7月，该卫星已成功完成三次实验。
太空清理飞行器——“遨龙一号”
中法海洋卫星、深海实时科学观测网获取同步海洋数据
陆源污染物如生活污水、化肥、塑料和微塑料等进入海洋，会对海洋环境遭受威胁。此外，海洋作为一种运输媒介，如在海洋中开发油气，进行工程设施时发生了事故，同样会对生态环境造成严重危害。如何通过高科技的监测保护和治理海洋环境？李光明介绍了中法航天合作的首颗卫星——中法海洋卫星。该卫星搭载两台海洋科学观测设备，海风观测载荷和海浪观测载荷，可以首次实现全球风浪同步观测。“该卫星还能观测陆地表面，获取土壤水分、粗糙度和极地冰盖相关数据。获得的探测数据将由中法两国科学家共享，拓展了两国在航天技术、海洋科学研究、全球气候变化等领域的合作。”
“海马”号4500米级深海遥控潜水器、作业能力达到水下4500米的“深海勇士”号载人潜水器、“向阳红01”科考船、国产大型水陆两栖飞机“鲲龙”AG600等等，李光明展示了近年来我国在海洋领域的一系列进步技术。“我国新一代海洋综合科考船‘科学’号在完成2017年西太平洋综合考察航次中，成功建成我国第一个深海实时科学观测网。依托这个观测网，西太平洋深海3000米范围内的温度、盐度和洋流等数据传输从‘录像转播’实现了‘现场直播’，能够1小时1次实时传输。这些连续和实时数据将为我国的气候预报和环境保障业务提供重要的基础支撑。”
2018年10月29日，我国成功发射中法海洋卫星
用好旁路攻击，设计出防偷拍的安全二维码
“你可以隐藏信息，但你永远隐藏不了承载信息的载体所带的物理信息”。上海交通大学教授薛广涛从旁路攻击的概念说起，分享了新型信道通讯与感知技术的研究进展。在密码学中，旁道攻击又称侧信道攻击、边信道攻击，是一种攻击方式，它基于从密码系统的物理实现中获取的信息而非暴力破解法，例如时间消耗、功率消耗、电磁辐射、甚至是光、声音之类的侧信道信息泄露而对加密设备进行攻击的方法。这类新型攻击的有效性远高于密码分析的数学方法，因此给密码设备来带了严重的威胁。
“利用视觉光学仪器如高清相机、摄像机等设备捕捉隐私数据，比如在室内环境中捕捉因人讲话时所产生的空气振动。又比如，捕捉用户在敲打键盘时所产生的声学信号在推断用户所键入的内容等等。但因旁路攻击依赖于定制化传感器或者高精度传感器，且攻击场景具有很强的假设性，在实际生活中很难进行系统部署与实现。”作为上海计算机学会副理事长兼秘书长的薛广涛指出了旁路攻击的局限性。
上海交通大学教授薛广涛
微信和支付宝的普及，使得人们已习惯了扫码支付，但这中间会不会存在安全隐患呢？随着科技的进步，一些不法分子会专门开发一些APP，远距离拍摄用户手机上打开的付款二维码，以至于瞬间就可以利用这个二维码进行网上转账等，那么能否设计出防偷拍的安全二维码？薛广涛介绍了其研究团队制作的一个硬件“mQRCode”，它基于空间频率在叠加时会产生非线性效应（摩尔纹），利用显示器和手机摄像头本身的物理特性，对原始二维码进行加密和解密，从而达到安全通信的目标。
从薛广涛现场的视频展示中可以看到，一旦拍摄超过有效距离，二维码就完全消失了，同时当拍摄角度偏离10度或者5度以上，二维码也完全拍不出来。“旁路攻击不仅能够对密码系统进行攻击，同时它也是一种新型的通讯方式，能够有效地实现普通智能手机、智能设备所无法取得的信息，我们可以利用旁路攻击的方式做更有效的事情，用好科技好的一面。”
人工创建单条染色体的真核细胞，打开“改造生命”的大门
“酿酒酵母对大家而言并不陌生，日常做啤酒、做面包都离不开它，它本有16条染色体，现在出现了只有单条染色体的酿酒酵母。”中科院生化细胞所研究员吴家睿带来了生物工程领域的科技进展。“每一种类型的生命其实都像一本书，写在DNA上。当发生基因突变时，或通过转基因技术，在某个生物体DNA上接入外来基因时，都意味着这本‘生命之书’的重排或改写。从阅读生命、改编生命、合成生命再到创造生命，生命之书已从0.0版进化到了3.0版。”去年，中科院植物生理生态研究所在国际上首次人工创建了单条染色体的真核细胞。在吴家睿看来，这是合成生物学领域具有里程碑意义的突破，打开了“改造”生命的大门。
人造酒酿酵母
2010年，美国科学家J.Craig Venter团队在《科学》上报道了世界上首个“人造生命”——含有全人工化学合成的与天然染色体序列几乎相同的原核生物支原体，引起轰动。而这一次，以覃重军研究组为主的研究团队完成了将单细胞真核生物酿酒酵母天然的16条染色体人工创建为具有完整功能的单条染色体。这意味着，天然复杂的生命体系可以通过人工干预变得简约，自然生命的界限可以被人为打破，甚至可以人工创造全新的自然界不存在的生命。该研究成果是通过经典分子生物学“假设驱动”与合成生物学“工程化研究模式”来探索解析生命起源与进化中重大基础科学问题的一个新范例。对天然复杂的酵母染色体实施人工改造，赋予其全新的简约化形式，这是继原核细菌“人造生命”之后的一个重大突破。
吴家睿指出，单染色体酵母的“诞生”，意味着中国学者再一次利用合成科学策略，回答生命科学领域一个重大的基础问题，即建立原核生物与真核生物之间基因组进化的桥梁，为人类对生命本质的研究开辟了新方向。
中科院生化细胞所研究员吴家睿
这些科技发展之路上的惊鸿一瞥，带来的已是若大的震撼。如“文化自觉”要求对其文化有“自知之明”，得知其来历、形成过程与发展趋向。理解科技才能更好地利用科技，实现让生活更美好的愿景。在迈向科技强国的路上，也唯有融合科技创新和科学普及，才能“落霞与孤鹜齐飞，秋水共长天一色”。
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作者：袁琭璐
编辑：袁琭璐
责任编辑：李念
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