未来世界的100种变化-第3章
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起来，它们可以相互验证，从而按照具体情况计算出正确的结果。导航系统属于车辆的计算中心，那里配有用作存储器的硬盘。
问题和解决方案
从技术角度上讲，数字地图纯粹是一个阅读存储器。它们含有路段情况、街道名称以及火车站、街道和体育场所等公共地点的信息。数字地图也包含一些附加数据，如速度限制或禁止超车的路段等。这些信息可以与自动限速器结合起来。驾驶员只需启动它就可使行驶速度不会超过规定的界限。未来的导航系统甚至能把这些信息与相应的路段挂钩，将此应用到经常行驶的路段上，如在上班时要经过的被限速的高速公路段，是非常有实用价值的。
所谓的弯路预警器也使用数字地图。该系统能计算出州级公路的弯路形状。该系统可从弯路的曲率半径计算出相应的最高允许行驶速度。如果导航系统确认车辆行速太高，那么它将对驾驶员发出视觉和声音的警告信号。
重要意义
从车辆电子角度来看，数字地图是一个附加传感器，它可提供独特的信息，使驾驶更加安全。
前景预测
与远程地平线技术和数字地图紧密相关地，在可见的未来将出现第二个远程技术成员，使“无事故驾驶”的梦想变成现实。这第二个成员便是车辆之间的相互通信。有朝一日，车辆之间可互换行车地点、路况或交通状况的信息，这样驾驶员便可直接从其他驾驶员的“经验”中受益。
第三部分：交通与运输未来交通工具的系统诊断
有关机动车辆的技术发明中有80％与电子系统有关。每辆车都有——取决于车型——超过50台的控制装置，它们多方面地调控着车辆的功能，有超过600种不同的信息流过车中的电缆。数据流之所以没被阻塞，是因为使用了可靠的软件。如果车辆要送到车间去维修，会出现什么情况呢？软件与螺钉不一样，人们看不见它，不知道其是否松动或丢失。为此人们开发出了所谓的系统诊断装置。借助它，车辆维修人员可快速可靠地排除故障。
关键技术
系统诊断的核心是对车辆数据的汇编。汽车就像一台移动的计算机，它在行驶过程中会记录对以后的维修有用的数据。在出现故障时，造成故障的原因将被诊断系统以“快拍”的方式存储起来，这样在以后的维修中便能很容易地找出故障原因来。
问题和解决方案
现代的机动车辆均使用高度发达的计算机。车辆中数据网络的复杂度和功能的多样性要求人们使用功能强大的诊断系统，以便能快捷地检测出故障和干扰来。根据航空航天技术的模型知识，人们也将特殊的诊断系统引入到车辆中。车辆在行驶时车内的诊断系统监视着所有的控制装置。在出现故障时，它会自动给出所有可能的故障原因，1400个电器或电子元件都会被检查一遍。当维修人员把检测仪器连接到车辆的诊断插口上后便可准确地知道需要维修的部件。
重要意义
与个人计算机相比，在车辆中使用的软件必须满足各式各样的安全措施的需要，因为机动车辆具有高度复杂以及与很多网络连接的系统，各种功能必须相互配合才能使驾驶者和其他的交通参加者获得最大的安全保障。
在未来人们把什么样的车辆送到维修车间，对修理者来说并不重要。所有的车辆均采用相同的诊断与维修系统。这样维修车间将会容易制定维修计划，因为维修车间只需要一种标准诊断及维修系统，这样就无需购买各式各样的工具及系统，也可以节省相应的培训费用。
第四部分：新材料花艺处理后的自洁表面（图）
史塔的提炼实验技术 千年以来，在亚洲文化中，莲花被视为圣洁无瑕的象征，它即使是在污泥中也能够保持无瑕，虽然许多灰尘、细菌、真菌和自黏结物质吸附在它表面。雨滴能够携带这些沉积物像珍珠一样地滚落。这里就孕育着技术的转化。
几年前，植物学教授巴特罗特发现这种现象在昆虫的表面也
存在。重要的是，它是疏水型的，其微细的结构按确定的尺寸存在，这样就导致接触空间很小——类似于一个钢币平躺在衣刷的刷毛上。巴特罗特将这种现象命名为莲花效应，为此他多次被工业界所奖励。这种持久的无瑕表面创造了神奇的前景，经济化的洁净水只是一个方面。这种概念可引用到自洁的汽车漆、门面彩绘、玻璃盘片甚至塑料胶片。但是它的一个不足就是这种方法产生的结构现在还很敏感，在机械载荷条件下几乎会失效。
塑料的莲花效应
但是在这种塑料的表面会留下什么呢？一个例子就是超疏水性，也就是强烈的疏水塑料材料表面。这就是“AEROXIDELE1”将来所定位的市场。目前已有克里夫斯技术及创新公司和德国德固赛股份公司的多学科研究小组从事这方面的工作。他们已经研究开发了一条生产具有莲花效应的聚合物表面的工艺生产线。
关键技术
这里的主要角色是来自德固赛阿诺斯尔产品系列烟法二氧化硅。烟法的意思是通过火焰工艺制造精细的二氧化硅，对湿度吸收、机械稳定性和塑性进行调整，使其不仅仅在密封胶和汽车漆上得到应用使用。人们通过化学改性工艺将塑料镀膜，这样就使其表面具有像莲花叶子一样的作用。这也基于一种纳米结构，其敏感程度依赖于超疏水性微粒的大小和形状。
重要意义
目前，具有莲花效应的上市产品仅限于彩绘应用方面。在几年后，具有自洁表面的产品肯定会进入我们的日常生活。污染低和只需很少清洁工作的产品出现的可能性都会很大。
前景预测
“AEROXIDELE1”将首先作为纸箔和喷塑的涂层使用，进一步的使用只是时间问题而已，因为在不同领域大批量生产的前提就是要可按工业标准生产的基底材料的出现。
纳米微粒杀死肿瘤
基于纳米技术的新型材料为医疗技术开辟了一条新的道路。如果人们将金属、玻璃或者陶瓷加工成纳米颗粒，那么它将呈现新的特性，如金属将变成半导体或者颜色色料，陶瓷将变得透明，玻璃可以弯曲。萨布吕肯的新材料研究所自1990年以来一直致力于新型纳米材料的研究开发和工业应用。
学纳米技术的一个亮点是新
型的智能的癌症治疗，对肿瘤细胞进行渗透和杀死。乔丹博士于10多年前在柏林夏里特医院发明了所谓的磁流体超热技术，并从此自6年来与萨布吕肯的新材料研究所合作。其目标是：在不感染健康组织的前提下，将肿块进行加热，从而使其自动消减。这种技术在动物实验上已经实现，恶性肿瘤在几周后便可消失。
关键技术
可能的方法是通过由氧化铁制成的纳米天线对肿瘤进行选择渗透，并通过一个磁场对肿瘤加热。这就需要该磁场具有超准性，穿过特殊氨基酸分子在外层的遮盖。并要具有超准磁场性。在与乔丹多年的合作中，新材料研究所开发了这种微粒，这种纳米天线无毒性副作用，自身在复杂的生物环境中非常稳定，以致当它与周围环境和自身的凝聚块反应时也不能渗透到细胞组织的膜层。这种化学奇迹使治疗处理的介入有了可能。
问题和解决方案
传统的肿瘤治疗对特殊种类的肿瘤，如大脑中过量的恶性肿瘤，是不能处理的。纳米治疗却是直接向肿瘤注入的，因此具有选择性。利用磁场控制，对在肿瘤细胞中的物质分子进行每秒钟千百次的磁化反转，就可以对肿瘤进行加热。
重要意义
从2003年6月开始，柏林夏里特医院在人身上进行了临床实验，主要集中在还没有治疗手段的致死脑肿瘤和复发的肿瘤上。医生的下一个目标是对前列腺癌进行处理。
前景预测
在萨尔布吕肯的新材料研究所，这种磁纳米技术目前还在进一步地研究开发。现在可以借助类似的微粒和智能外层将水中的重金属成分分离，以达到饮用水的标准。或者是将聚合物快速聚合。也可根据需求再解开。这种原理与其他的15种技术一起构成了极具潜力的技术平台。
第四部分：新材料问题和解决方案
磁技术
——硬盘上更大的存储容量
1992年IBM推出了磁阻阅读传感器，它基于各向异性的磁阻效应。它导致电脑硬盘存储密度以每年60％的幅度上升，可以预见的是异磁阻传感器不久就会达到其极限。这样所谓的巨磁阻（GMR）效应应运而生。
关键技术
巨磁阻效应存在于磁膜层的堆垛中，它由铁磁体（如钴）和介磁体（如铜组成）每层几纳米厚。
问题和解决方案
巨磁阻效应出现时，膜层电阻上升，铁磁体膜层周围的磁场由介磁体膜层分隔，将非平行地对齐。我们将R表示测量值，R↑↑表示平行阻抗，R↑↓ 表示不平行于磁场方向阻抗，于是GMR值可表示为DR/RR↑↑ =（R…RR↑↑ ）/R↑↑ 。在非平行方向上，即使R=R ↑↓ ，则DR/R ↑↑的相对值增加。在多如30层膜的条件下，它可以进一步提高100％。在膜堆中如果有两种铁磁体膜层（FM1；FM2），则就可获得以前最大值的20％。
在硬盘驱动器中，人们可以接受的是10％，这样还可以对其他的材料特性进行优化。与之相比，AMR效应的相对阻抗变化只有3％。
硬盘磁场区域的信息同链及定位的磁场方向都被保存着。它在硬盘上产生散射场，导致阅读头的磁场方向发生改变，从而引起阻抗的改变，最终能够阅读信息。
在零场内产生自由场和耦合场正交方向的特殊性对许多应用都有意义，由于这里没有场变化，所以可以实现极大的敏感度。借助最初的天然膜层和合成的介磁体，可以向特定的方向调整。
带有中间层隔离器的巨磁阻效应与隧道磁阻效应对快速存储器（磁随机存储器）有非常重要的意义，它应该能够替代当今的动态随机存储器。这样，即使在关机时也不会丢失数据。
重要意义
这种新型的、基于堆垛效应的阅读头和硬盘膜层已经在许多重要的相关经济领域中得以应用。进一步的应用，如磁随机存储器，将很快进入市场。
前景预测
可预见的目标是旋度电子学的发展和基于可升级全固态系统自旋级别的量子信息处理的实现。
‘一次拉伸5000公里光纤
20世纪90年代光纤技术的快速发展导致价格以平均每年18％的幅度递减。供应商要在这种环境中生存，只有降低成本。成本降低的一个很直接的表征就是光纤预制棒尺寸的上升。由贺利氏特立伏公司提出的合成圆柱棒的质量和纯度是生产长度可达5000公里的大型光纤预制棒的关键。
问题和解决方案
目前，制造基于外套管的光纤预制棒和光纤的标准生产工艺包含了太多的工序，因此在将来并不具备竞争力，其光纤预制棒的长度最多只能达到600公里。由贺利氏特立伏公司开发的核棒技术（圆柱棒中棒）使得圆柱棒的直接应用取代了外套管技术，这样就可以在一次工艺中生产大约5000公里长的光纤。它包含两种不同的方案：离线核棒工艺，即由圆柱棒取代外套管，在此省去了拉伸管。这个圆柱棒由核棒融合而成，其典型的横截面为150平方毫米，长度可达2～3米。同时拉伸获得预制棒，该拉伸过程是必需的，预制棒需要通过拉纤塔台上的熔炉，这时候其典型的横截面会变小到如100平方毫米。另一个更先进的方案是在线核棒技术，核棒向圆柱棒导入，基于这种架构，光纤可直接拉伸。在核棒的拉制工艺中，圆柱棒在拉纤熔炉上时可直接塑造。
重要意义
核棒技术的成本优势是明显的。圆柱棒的材料成本非常低，与外套管相比，其制造成本和材料损耗可以忽略不计。它的超大尺寸导致光纤制造成本大幅降低。它的中间停顿状态明显比标准的产品低。除了对已知的几何参量的改善以外，在线工艺提供最少的工序，这给降低成本带来了极大的潜力。通过这种方案，传统的中间产品光纤预制棒将不再存在，因此在线工艺只是光纤生产商感兴趣的内容，而预制棒生产商仅限于离线工艺，两种工艺给两种情况下的用户提供了明显的竞争优势。
前景预测
离线的核棒工艺已经在标准的生产线中被采用，在线的核棒工艺在2003年才进入产品的试制阶段，它会在将来占据主导地位。
第四部分：新材料神奇的碳纳米管
人 造 肌 肉
未来机械和适应技术的目标是将机械和电子在最小的空间内结合起来。除了微电子电路和传感器，所有的调制器的首要问题是能将控制命令转化为机械负荷。一种全新的、非常具有前景的微观和宏观调制器材料可满足这项需求，这就是由弗劳恩霍夫技术开发组与弗劳恩霍夫界面和生物工艺技术研究所合作开发并优化的碳纳米管。
神奇的碳纳米管
1991年里基玛在他的流体物质与平向球光栅研究工作中偶然发现了碳纳米管。由于它的直径仅有1纳米，长度在厘米范围以及其他一些独一无二的材料特性，使其开创全新应用具有一定程度的可能性。例如，碳纳米管具有金刚石的硬度和高达2800℃的热稳定性。目前正在讨论的应用非常多，如等离子显示器的场发生器、晶体管或者压缩器、纳米天线、热稳定的填充剂、过滤器、存储介质、触媒物质等。
自我发展
1999年堡夫曼和同事第一次描述了碳纳米管现象。仅在接下来的一年内，弗劳恩霍夫技术研究开发组就实现了车刹的碳纳米管调制器。
就在世界各地的科学家还在研究原理的时候，劳恩霍夫技术研究开发组已经目标明确地开始进行技术和经济应用的工作。这种材料展示了独一无二的调制特性。它可以在1伏的电压下，自身伸展1％，这与其他的系统如压电陶瓷或者聚合物调制器相比，显得非常突出。它可承受20牛顿/平方毫米的压力载荷和1千赫兹的时间调制，使许多新的应用变得可能。
挑战：宏观的调制器
在对这种卓越材料的性能的不断探索中，也存在着技术上的困难需要克服。为了能得到可使用的、大尺寸的碳纳米管，目前最重要的是它与纸的生产类似的层化工艺，即所谓的“栅格纸”分离，或者形成长的“带状”结构。两种方法都有明显的缺点，会大幅降低调制特性。其中的原因现在正在研究，以完善这种生产工艺。
结论和展望
碳纳米管作为调制材料还处在研究的开始阶段。然而1伏电压下主动伸展的生物兼容碳纤维给了这个常被引用的术语“人造肌肉”一个及其重要的意义。现正在期待更令人兴奋的应用。
长度与横截面比可达15 000 000 的管状碳分子的六面体网络化照片
栅格纸的扫描电镜图片
第五部分：虚拟企业 生产 服务生产过程的自动一体化（图）
在安乐国的生活和工作 当今生产过程的优化已经不局限于企业内部，而是扩展到了顾客和供货厂商那里， 其目的就是充分利用
