人类可以在最基本的避难所中穿行，可以从最简陋的成分中一起吃一顿饭。但没有干净的水，我们就无法生存。在缺水的地方 – 例如世界的沙漠 – 向人们供水需要工程和灌溉的壮举，这可能既麻烦又昂贵。

“我们想：’我们如何从周围的空气中收集水’”俄亥俄州立大学的机械工程教授Bharat Bhushan和俄亥俄州立大学机械工程教授Howard D. Winbigler说道。“所以，我们看着自然界已经做过的事情：仙人掌，甲虫，沙漠草。”

Bhushan的工作重点是寻找自然启发的社会问题解决方案。在这种情况下，他的研究小组向沙漠寻找生命，尽管获得水的机会有限。

仙人掌，甲虫和沙漠草都收集从夜间雾中凝结的水，从空气中收集水滴并将其过滤到根或水库，提供足够的水合作用以生存。

水滴在甲虫背上的无蜡，防水凸起上聚集，然后在凸起之间的平坦表面上朝向甲虫的嘴滑动。沙漠草在它们的尖端收集水，然后通过每个叶片中的通道将水引导到它们的根系。仙人掌在其带倒钩的尖端上收集水，然后将水滴向下引导到植物的基部。

Bhushan的团队研究了这些生物中的每一个，并意识到他们可以构建一个类似的 – 虽然更大的系统，允许人类从夜间雾或凝结中取水。

他们开始研究不同表面可能收集水的方式，以及哪些表面可能是最有效的。使用3D打印机，他们用凸起和倒钩构建表面，然后使用商用加湿器创建封闭的雾状环境，以查看哪个系统聚集了最多的水。

他们了解到锥形形状比圆柱形形状聚集更多的水 – “考虑到我们对仙人掌的了解，这是有意义的，”Bhushan说。他说，之所以发生这种情况，是因为称为拉普拉斯压力梯度的物理现象。水聚集在锥体的顶端，然后从锥体的斜坡向下流到底部，水库在那里等待。

凹槽表面比无凹槽表面更快地移动水 – “回想起来，这看起来很明显，因为我们对草的了解，”Bhushan说。在研究小组的实验中，沟槽表面聚集的水量是未开槽表面的两倍。

锥体的材料也是由重要的材料制成的。亲水性表面 – 那些允许水成珠而不是吸收水分的表面 – 聚集了大部分水。

“甲虫的表面材料是异质的，亲水斑点被疏水区域包围，这使得水更容易流入甲虫的嘴巴，”Bhushan解释说。

研究小组还对包含多个锥体的结构进行了实验，并了解到当水滴在相距1或2毫米的锥体之间聚结时会积聚更多的水。Bhushan说，团队正在继续这些实验。

到目前为止，这项工作仅在实验室层面进行，但Bhushan设想工作规模扩大，沙漠中的结构可以从雾或凝结水中收集水分。他认为，这些水可以在公共系统或水井中补充水，无论是逐个房屋还是在整个社区范围内。

这个想法有先例：在世界各地，包括智利的阿塔卡马沙漠，大型网络从雾中捕获水并将其收集在水库中供农民和其他人使用。Bhushan认为，这些网可能不是从空中利用水的最有效方式。

“供水是一个至关重要的问题，特别是对世界上最干旱地区的人们来说，”Bhushan说。“通过使用生物启发技术，我们可以尽可能有效地帮助解决向全球人民提供洁净水的挑战。”

经过几年的努力，德国汽车制造商的学徒已经成功地将最后一辆BMW 1600 GT敞篷车恢复到原来的状态。这款品牌令人惊叹的运动型轿跑车采用银色搭配红色发动机罩，受意大利车身设计师pietro frua的委托。1967年只制造了两辆，其中第一辆在试驾后发生事故后报废。

所有图片均由宝马集团提供

四座BMW 1600 GT敞篷车就是在德国dingolfing的生产大楼离开了当时BMW AG的主要股东herbet quandt。它留在了他的家庭多年，然后转嫁给其他私人业主，然后回到宝马作为收购。他们的计划将模型恢复为学徒培训的一部分，他们渴望成为车身和车辆制造机械师。七年后，宝马1600 GT敞篷车现在看起来就像51年前一样。

你想在2019年改变生活的哪个领域没有比自然界最伟大的礼物更好的地方了：水。根据我们的研究，随着海洋污染的引起全世界的关注，海洋活动已经发生了新的转变。塑料的威胁是真实存在的，你可以通过这种方式获得改变生活方式的动力。

不是海草，海马现在紧紧抓住棉签

曾几何时，塑料只是意味着“柔韧，容易塑造”。一种一次性材料，开启了“一次性生活”的新曙光。今天生产的塑料每年约有4.48亿吨的大约40％是一次性的，大部分用作购买后几分钟内丢弃的包装。现在它是一种叫做聚合物的大量材料，它们构成了现在窒息海洋的塑料废物的很大一部分。一旦被扔掉，塑料就会发现自己正在进行一次全球性的探险活动，将毒素分散，等待被海洋生物吃掉，甚至可以将它放在盘子上，然后最终进入你的肚子。

海洋塑料收集器是解决塑料污染的最前沿

潮流正在塑造，你可能想知道如何最好地驾驭不断变化的海洋对非传统的想法持开放态度。有创新的塑料制造，再利用和回收方式，这些方式将改变我们与这种非凡材料的关系。生物塑料是每个人口中的词：由植物作物而不是化石燃料制成，科学家正在开发可用于目前由合成塑料制成的大量一次性产品的材料。在2018年，乐高用甘蔗制成的塑料制作了植被图案，锐步推出了以生物塑料鞋底为特色的玉米+棉质运动鞋，设计师为运动员能量凝胶制作了一种可食用的生物塑料。

随着大品牌和广大国家期待逐步淘汰塑料，这种变化正在酝酿中……但这还不够吗据最近报道，世界上塑料的90.5％从未被回收。以及改变对废物处理的态度，我们需要修改塑料的使用。肯尼亚最近加入了越来越多的国家，这些国家禁止使用塑料袋，对违规者征收高额罚款和监禁。法国承诺到2020年禁止使用塑料板和杯子。在英国，美国和加拿大，化妆品中塑料微珠的禁令已经生效。与此同时，可口可乐，pepsico，amcor和联合利华已承诺到2025年将100％的可重复使用，可回收或可堆肥的包装转换为100％。

未来城市街景，展示海平面上的步行区

人们对海洋中塑料含量不断上升的担忧不会随处可见。意识的增强和海洋塑料设计的增加。据监护人报告，包括gucci，stella mccartney和adidas在内的品牌越来越多地与海洋等组织合作- 这提升了人们对海洋塑料破坏性影响的认识。设计师们甚至开始想象一个城市整个城市基础设施都是由这个日益严重的问题所定义的世界……所有这些都标志着塑料生产和污染下一章的强大转折点！

这张照片显示的是一片看似大片的雪 – 这是冬季旅游爱好者的梦想。然而，对于最后一刻的冬季度假来说有点太遥远了：这个被称为Korolev陨石坑的特征在火星上被发现，并且在这里以火星快车所见的美丽细节展示。

ESA的火星快车任务于2003年6月2日启动，六个月后到达火星。该卫星于12月25日发射了主发动机并进入红色星球轨道，使本月成为航天器入轨15周年和新的科学计划的开始。

这些图像是对这一里程碑的极好庆祝。由火星快车高分辨率立体相机（HRSC）拍摄，这个Korolev 火山口的视图包括五个不同的“条带”，它们组合成一个单一的图像，每个条带聚集在不同的轨道上。火山口也以透视，背景和地形视图显示，所有这些都提供了火山口内和周围地形的更完整视图。

科罗廖夫火山口位于火山北部低地82公里处，位于火山北部低地的一大块沙丘地带的南部，环绕着地球北极地帽的一部分（称为奥林匹亚冰山）。这是一个保存完好的火星陨石坑的例子，它不是由冰块填充，其中心一年四季都有1.8公里厚的水冰。

这种冰冷的存在是由于一种被称为“冷阱”的有趣现象，顾名思义就是如此。火山口的地板很深，位于其边缘下方两公里处。

Korolev火山口最深的部分，那些含有冰的火山口，充当了一个天然的冷阱：在冰层上方移动的空气冷却下来并沉没，形成一层直接位于冰层上方的冷空气。

作为盾牌，这一层有助于冰保持稳定并阻止冰升温和消失。空气是一种不良的热量导体，加剧了这种影响并使Korolev火山口永久结冰。

火山口以首席火箭工程师和航天器设计师谢尔盖·科罗廖夫命名，后者被称为苏联太空技术之父。

科罗廖夫参与了许多着名的任务，包括Sputnik计划 – 1957年以及随后几年发射进入地球轨道的第一颗人造卫星，Vostok和Vokshod人类太空探索计划（Vostok是携带的宇宙飞船）第一个人类，尤里加加林，1961年进入太空）以及第一次到月球，火星和金星的行星际任务。他还研究了一些火箭，这些火箭是成功的联盟号发射器的先驱 – 仍然是俄罗斯太空计划的主力，并用于机组人员和机器人飞行。

火星地区也引起了其他任务的兴趣，包括欧空局的ExoMars计划，旨在确定火星上是否存在生命。

ExoMars跟踪气体轨道器上的彩色和立体表面成像系统（CaSSIS）仪器于2018年4月28日开始在火星上运行，也拍摄了科罗廖夫火山口部分的美丽景色 – 这是该航天器发送的第一批图像之一到达我们邻近的星球后返回地球。

CaSSIS成像了一个40公里长的火山口北缘边缘，整齐地展示了其迷人的形状和结构，以及明亮的冰冷沉积物。

在将光转换成电能的过程中，例如在太阳能电池中，大部分输入光能量会丢失。这是由于材料内部的电子行为。如果光照射到材料上，它会在能量将能量传递回环境之前，在几分之一秒内激发电子。由于飞秒的持续时间非常短 – 飞秒是一千万亿分之一秒 – 这些过程迄今为止几乎没有被探索过。基尔大学（CAU）实验与应用物理研究所的一个团队，在Michael Bauer教授和KaiRonagel教授的指导下，现在已经成功地实时研究了电子与环境的能量交换，从而进行了区分。个别阶段。在他们的实验中，他们用强烈的超短光脉冲照射石墨，并拍摄出对电子行为的影响。对于超快光电子器件的应用，全面了解所涉及的基本过程非常重要。研究小组已在当前版本的期刊上发表了这些研究结果物理评论快报。

材料的性质取决于其组成电子和原子的行为。描述电子行为的基本模型是所谓的费米气体的概念，以诺贝尔奖获得者恩里科费米命名。在该模型中，材料中的电子被认为是气态系统。通过这种方式，可以描述它们彼此之间的相互作用。为了在实时描述的基础上跟踪电子的行为，基尔研究小组开发了一个极端时间分辨率的研究实验：如果材料样品用超快光脉冲照射，电子被刺激一小段时间。第二个延迟光脉冲从固体中释放出一些这些电子。对这些的详细分析可以得出关于在第一次用光刺激之后材料的电子特性的结论。一个特殊的相机拍摄引入的光能如何通过电子系统分布。

凭借其超快光线，基尔系统是世界上速度最快，功能最强大的系统之一。
基尔系统的特点是其极高的时间分辨率为13飞秒。这使它成为世界上最快的电子相机之一。“由于所使用的光脉冲持续时间极短，我们能够实时拍摄超快速过程。我们的研究表明，这里发生了大量令人惊讶的事情，”CAU超快动力学教授Michael Bauer解释道。他与同步辐射固态研究教授KaiRonagel的工作组一起开发了该系统。

在他们目前的实验中，研究小组用一个持续时间仅为7飞秒的短而强烈的光脉冲照射石墨样品。石墨的特征在于简单的电子结构。因此，可以特别清楚地观察到基本过程。在实验中，撞击的光粒子 – 也称为光子 – 扰乱了电子的热平衡。该平衡描述了一种条件，其中电子中存在精确可定义的温度。然后，基尔研究小组拍摄了电子的行为，直到大约50飞秒后平衡恢复。

在这样做时，科学家观察到激发电子与撞击光子以及材料中的原子和其他电子的许多相互作用过程。在电影胶片的基础上，它们甚至可以区分这个超短时期内的不同阶段：首先，被照射的电子吸收了石墨中光子的光能，从而将其转化为电能。然后，在将能量传递到周围原子之前，能量被分配到其他电子。在该工艺中，电能源最终永久转换成热量; 石墨升温了。

基尔研究小组的实验也首次证实了理论预测。它们为研究课题提供了新的视角，这在很短的时间内几乎没有被研究过。“通过我们新的技术可能性，这些基本的，复杂的过程可以直接第一次被观察到，”鲍尔说。这种方法也可以在将来应用于调查和优化的光搅拌超快运动的电子在材料有希望的光学特性。

网络安全研究人员和分析师都理所当然地担心，一个新类型的计算机，基于量子物理而不是更标准的电子产品，可能会打破最先进的加密技术。其结果是将通信视为不安全，就像它们根本没有编码一样。

幸运的是，迄今为止的威胁是假设的。目前存在的量子计算机不能破坏任何常用的加密方法。根据美国国家科学院的一份新报告，在能够打破互联网上广泛使用的强大代码之前，需要取得重大的技术进步。

仍然有令人担忧的原因。支持现代互联网通信和电子商务的密码学有朝一日可能会屈服于量子攻击。要了解风险以及可以采取的措施，重要的是要更加密切地关注数字密码术及其使用方式 – 并将其打破。

密码学基础知识

从最基本的角度来说，加密是一种获取原始信息的行为 – 例如一条消息 – 并按照一系列步骤将其转换为看起来像胡言乱语的东西。

今天的数字密码使用复杂的数学公式将明确的数据转换为安全加密的信息，并将其转换为安全加密的信息。计算根据数字键而变化。

有两种主要的加密类型 – 对称，其中相同的密钥用于加密和解密数据; 和非对称或公钥，它涉及一对数学链接的密钥，一个公开共享，让人们为密钥对的所有者加密消息，另一个私有地由所有者私下解密消息。

对称加密比公钥加密快得多。因此，它用于加密所有通信和存储的数据。

IBM量子计算机的内部。

公钥加密用于安全地交换对称密钥，以及对公钥与其所有者身份配对的消息，文档和证书进行数字身份验证（或签名）。当您访问使用HTTPS的安全网站时，您的浏览器使用公钥加密来验证网站的证书，并设置对称密钥以加密与网站之间的通信。

这两种类型的加密的数学计算是完全不同的，这会影响它们的安全性。因为几乎所有互联网应用程序都使用对称和公钥加密，所以两种形式都需要是安全的。

打破密码

破解代码最直接的方法是尝试所有可能的密钥，直到你得到一个有效的密钥。传统的计算机可以做到这一点，但这很困难。例如，在2002年7月，一个小组宣布它已经找到了一个64位的密钥 – 但是这项努力在超过四年半的工作中花费了超过30万人。密钥长度的两倍，即128位，可能有2 12’个可能的解决方案 – 超过300十亿，或者一个3后跟38个零。即使是世界上最快的超级计算机也需要数万亿才能找到合适的钥匙。

然而，一种称为Grover算法的量子计算方法加速了这一过程，将该128位密钥转换为64位密钥的量子计算等价物。然而，防守是直截了当的：让钥匙更长。例如，256位密钥具有与量子攻击相同的安全性，因为128位密钥具有针对传统攻击的能力。

处理公钥系统

然而，由于数学运算的方式，公钥加密会带来更大的问题。今天流行的算法，RSA，Diffie-Hellman和椭圆曲线，都可以从公钥开始，并在不尝试所有可能性的情况下以数学方式计算私钥。

例如，对于RSA，可以通过将一个数字作为两个素数的乘积来计算私钥 – 因为3和5是15。

一对密钥可以帮助陌生人交换安全消息。图片来源：DavidGthberg/ Wikimedia Commons
到目前为止，通过使用非常长的密钥对（例如2,048位），公钥加密已经无法破解，这对应于长度为617十进制数的数字。但是，使用Shor算法的方法，足够先进的量子计算机可以在短短几个小时内破解甚至4,096位密钥对。

这是未来理想的量子计算机。到目前为止，在量子计算机上考虑的最大数字是15 – 只有4位长。

美国国家科学院的研究指出，现在运行的量子计算机处理能力太强，而且容易出错，无法破解当今强大的代码。未来破坏密码的量子计算机将需要100,000倍的处理能力，错误率比现在最好的量子计算机要好100倍。该研究并未预测这些进展可能需要多长时间 – 但它并未预期这些进展会在十年内发生。

然而，潜在的伤害是巨大的。如果这些加密方法被破坏，人们将无法信任他们通过互联网传输或接收的数据，即使它是加密的。攻击者将能够创建虚假证书，对在线任何数字身份的有效性提出质疑。

量子抗性密码学

幸运的是，研究人员一直致力于开发公钥算法，这些算法可以抵御量子计算机的代码破解工作，保留或恢复对证书颁发机构，数字签名和加密消息的信任。

值得注意的是，美国国家标准与技术研究院已经在评估其所谓的“ 后量子密码学 ”的69种潜在新方法。该组织预计到2024年将有一个标准草案（如果不是之前的话），然后将其添加到网络浏览器和其他互联网应用程序和系统中。

原则上，对称密码术可用于密钥交换。但是这种方法取决于受信任的第三方保护密钥的安全性，不能实现数字签名，并且难以在互联网上应用。尽管如此，它仍在整个GSM蜂窝标准中用于加密和认证。

用于密钥交换的公钥加密的另一种替代方案是量子密钥分发。这里，发送器和接收器使用量子方法来建立对称密钥。但这些方法需要特殊的硬件。

坚不可摧的加密并不意味着安全

强大的加密技术对整体个人和社会网络安全至关重要。它为安全传输和数据存储以及验证人员和系统之间的可信连接提供了基础。

但密码学只是一个更大的馅饼的一部分。使用最佳加密技术不会阻止用户点击误导性链接或打开附加到电子邮件的恶意文件。加密也无法抵御不可避免的软件缺陷，或者滥用其数据访问权限的内部人员。

即使数学是牢不可破的，密码学的使用方式也可能存在缺陷。例如，微软最近确定了两个无意中向公众透露其私有加密密钥的应用程序，这使得它们的通信不安全。

如果强大的量子计算到来，它会带来很大的安全威胁。由于采用新标准的过程可能需要数年时间，因此现在规划量子抗性密码学是明智之举。

一种新型学校课桌，带有旋转板，学生可以根据自己的需要移动。很轻，可以生产多种颜色，如果需要，学校可以选择双色组合。座椅具有圆锥形状，因此可以放在其他座椅的顶部进行存放，并且靠背上还有一个挂钩，这样使用者就可以将书包挂在上面。座位下方的口袋允许学生存放书籍和学习用品。

工程师们开发了一个自主群体机器人网络，其本能就是形成没有指令的结构和形状。这些生物启发的机器人像身体中的细胞一样连接，在本地通信并自动集中在不同的地方。

机器人根据他们发送给彼此的信号聚集并分支到不同的方向。这一发展可能会训练机器人网络建立桥梁或其他结构，还可以帮助救灾工作。

群体机器人通过发出仅达到约10厘米的短程红外信号来工作。这个信号告诉其他机器人它们含有多少被称为“morphogen”的模拟物质。morphogen是生物信号分子的虚拟版本，作为机器人代码的一部分。

在实验中，群体松散，每个人指示只寻找一个所谓的“图灵斑点”，定义为高形态发生素浓度的区域。结果，那些具有更多量的形态发生素的机器人成为其他人迁移的枢纽。除了创造一些有趣的形状，研究人员记录了看到个别机器人远离群集，也许是为了寻找天空中伟大的形态发生素群。研究人员希望有朝一日能够开发出一批机器人，这些机器人可以像生物细胞一样形成三维结构，形成组织和器官。

中国科学院（CASHIPS）的合肥物理科学研究所的科学家们已经开发出一种核聚变反应堆，在今年为期四个月的实验中，核反应堆的核心等离子体达到了1亿摄氏度。绰号为“中国人造太阳”，实验先进的超导托卡马克（EAST）可以达到比真实太阳的核心温度高七倍的温度，即大约1500万摄氏度。

EAST是世界上第一个具有非圆形截面的全超导托卡马克，由中国设计和建造，重点关注与聚变能应用相关的关键科学问题。中国科学家与国内外同行合作，开展了等离子体平衡和不稳定性，限制和传输，等离子体壁相互作用和高能粒子物理实验，以证明长期稳态H模式操作，杂质控制良好，核心/边缘MHD稳定性，以及使用类似ITER（国际热核实验反应堆）钨偏滤器的排热。实验表明，中国在以托卡马克为基础的聚变能生产方面取得了重大进展，可为无限的清洁能源提供基础。

图。1 2018年EAST上等离子体电子温度超过1亿度（图片来自EAST团队）