世界最大的全太阳能远洋船“图兰星球太阳”号
为了回答这个问题，英国《新科学家》杂志听取了来自纳米技术、材料学、网络基础设施、能源、机器人、传感学以及海洋学等领域的专家们的意见，为我们列出了如下5大极富想象力和创造力的新科技。
“迷你”实验室将揭示海洋生物的秘密
能够行进到海洋深处并连续工作几个月的自动实验室很快将能为我们提供海洋生命的生活细节，其详细程度将前所未有。很多科学家正着力打造的这些“罐子中的实验室”将彻底改变我们对海洋生物学的理解。
机器人实验室单芯片技术已经改变了分子生物学的面貌，然而，迄今为止，这些技术对海洋科学的帮助一直有限，因为海洋学研究领域面临的最大障碍是获得样本。自动潜水艇能收集样本并将其带回到岸边，但是这样的工作可能会耗时几个月；配备了实验室的研究船舶当然也能在海洋中漫游，但其过于昂贵，一艘研究船舶的操作成本每天高达5万美元。
有鉴于此，研究人员正在美国加州蒙特雷湾深海研究所主席克里斯·斯科林的领导下，研制一种“环保的基因组传感器”，一旦将该设备安装在自动水下机器中，它就会收集样本，快速对样本进行分析，而且，每当其漂浮到海面时，就会通过无线电信号，将分析结果快速传送到实验基地。
斯科林一直通过在1米高的圆柱内建立自动的水下实验室来测试这个想法。这些水下实验室能收集样本并对其进行过滤以便隔离出海洋微生物。接着，这些设备会对细胞进行分解以便获得并分析细胞的RNA、DNA和蛋白质；另外，该设备也能将样本存储起来以便以后检查使用。
但是，这些极度耗能的机器通常需要安置在海岸附近，以便同电网连接。为此，斯科林计划将实验室的大小缩小到仅为一个足球那么大，这样，它就能被一个小型潜水艇所携带并由电池提供电力。
完成这个任务面临着诸多挑战。这些设备必须在恶劣的海洋环境中工作几周甚至几个月，而且处理样本也非常需要技巧。斯科林说：“我们正在寻找的样本被稀释得很厉害，我们需要过滤很多升水才能得到一个样本，解决这个问题非常需要技巧。”
尽管面对的挑战可能非常大，但这些“迷你”实验室最终有可能提供的信息非常多而且极有价值。提升我们对海洋理解的关键是知道海洋生物如何起作用以及它们对不断变化的环境因素如何作出反应，而这些因素会随着时标的不同而不同。例如，二氧化碳会在几分钟内溶解；植物和藻类对太阳的光合作用则需要几个小时；而在水中上下游动的浮游生物所进行的碳和能量的转换则需要几天甚至几个月。
要想理解这些过程，唯一的方法是在很多地方测量这些活动如何随时间而变化。斯科林强调说：“以前从来没有人做到这一点，但现在，我们希望能做到。”他的设备能快速地对样本进行分析，这意味着这些设备应该能够探测出哪种基因何时被表达。斯科林希望在4年内做出一套设备样本。
美国南佛罗里达大学的海洋学家约翰·保罗表示，海洋正在经历巨变。海水吸收的二氧化碳正在改变海洋的酸碱度；海水的温度也在不断变化，而且，在某些地方，正在融化的冰川改变了海水的盐度。保罗说：“斯科林团队的‘迷你’实验室进行的现场测量非常有价值，我们现在并不知道它们会给我们提供什么信息，但毫无疑问，它们将改变我们对海洋的理解。”
海底网络让所有人与海洋“亲密接触”
在陆地上，科学家们能持续不断地对物体进行监测，从生态系统和火山的变化情况到大气的特征等包括在内。而在海面下，科学家们能够监测的事物有限。现在，美国华盛顿大学的海洋学家约翰·德兰尼决定改变这一点。
德兰尼试图将美国西北海岸附近的胡安·德·富卡海峡构造板块用网络连接起来以持续监测太平洋变化的情况。他表示：“可以毫不夸张地说，这将改变我们对所处星球的理解。”
在对海洋进行研究时，大多数时候，海洋学家必须将研究船只行驶到特定地方，以收集与海洋有关的数据，这一过程一般会耗时几周，接着，船只会返回到岸边，研究人员再对获得的数据进行研究，这可能会花费很长时间。美国海洋观测计划（OOI）的负责人蒂姆·考尔斯指出：“即使这样，我们获得的信息也非常有限。”
OOI计划由美国自然科学基金资助，该计划正在搭建6个网络，以将大西洋和太平洋分隔开。德兰尼的网络与其他网络完全不同，因为其完全由光缆组成。去年，他的团队在海底铺设了长达880公里的电缆和光纤光缆，这些设施能提供10千伏的能量，数据传输率达10GB/秒。
2012年年底，该研究团队将开始在已搭建的电网内安装电力设备和数据处理设备。包括安装一个海底停靠站以为自动潜艇提供电能和数据下载设备，增加潜艇在海底的停留时间，这样，潜艇就能停泊在海底，收集海底样本的上下移动情况并记录下特定水域的温度、盐度和化学组成。安装的传感器将测量所有事物——从海洋洋流到海底的运动情况再到微生物群落的变化等；地震仪和摄像机将实时监测海底火山和生态系统的变化。
德兰尼团队正在对其中的一些技术进行测量。在接下来的几个月内，研究人员将在美国俄勒冈州和华盛顿州的海岸附近测试自动水下滑翔机。到9月底，他们希望有6支滑翔机投入使用。他们的最终目的是让800个传感器同光纤网络连接在一起，持续不断地从海底传回数据。
德兰尼将网络看成是下一代海洋学的助推力量，他认为其会赋予下一代海洋学非常巨大的机会。他说，该网络会延伸到胡安·德·富卡海峡的山脊，此处的板块活动制造出了海底；而且也会扩展到1000米高的轴向海山火山。“这个网络将首次对海洋和海底火山的爆发之间的相互作用进行量化。” 德兰尼说，“我们正在超越极限。”
胡安·德·富卡网络坐落于加拿大“海王星”海底观测网南部几百公里处。加拿大“海王星”海底观测网是全球首个深海海底大型联网观测站，位于东太平洋的胡安·德·富卡板块最北部。它以板块构造运动、海底下的流体、海洋生物与气候、深海生态系统为科学目标，通过海底光缆连接安装在海底的仪器设备，进行实时、连续的观测，并通过光电缆将观测信息传回陆地实验室。此外，加拿大“海王星”海底观测网还具有崭新的管理运行形式和开放的数据管理模式。
由于胡安·德·富卡网络将同国际互联网相连，因此学龄儿童就有机会观察到高清的海洋图像。它也可以让全球的科学家们获得构造板块及其上水域的情况，以便对其进行监督，这可是前所未有的事情。
太阳能快艇征服全球
随着目前世界上第一艘、也是现时世界上最大型的全太阳能远洋船“图兰星球太阳”号结束其全球巡航，它将和泰坦尼克号一样载入史册。这艘巨轮耗资1250万欧元，“图兰”一名来源于托尔金的小说《指环王》，意为“太阳的能量”。当然，这艘船在完成环游世界的创举后，并不会像其他“实验品”一样被放到博物馆去供人观赏；反而，它将会拥有“第二生命”——用作商业用途，接载乘客往返各地。
这艘太阳能巨轮的船身长31米，可容纳40名乘客。船上太阳能板的总面积约为536平方米，能够产生90千瓦的能量，为一个与螺旋桨相连接的电动马达提供电力。另外，这艘快艇还携带有10吨重的锂离子电池以存储电力。根据船身的大小来看，电池板提供的能量可以使该船的最大速度达到14海里/小时。这艘快艇于2010年9月27日从摩洛哥开始其首航，2012年5月初结束全球巡航。
“建造这艘巨轮的目的旨在证明，太阳能技术能在海上等最需要的环境下工作，这艘船也很好地证明了这一点。”这艘船的联合建造者、大气科学家帕斯卡·高乐皮耶说。
这首快艇重达95吨，采用双体船而非传统的单体船设计，这主要是为了将水中和空气中的阻力减到最低，是航行效率最高的方案。船身的设计也经过了多重的水池和风洞测试，确保每部分都符合流体动力学。而且，引擎和螺旋桨的设计都使得整个航行非常宁静，完全不会产生噪音。另外，船体由重量较轻的碳纤维制成，因此能耗较低。
这些太阳能电池板由1200多个电连接器相连，而且只有5个连接器因为腐蚀失效。盐和沙也会覆盖在太阳能电池板上并让其性能受损。高乐皮耶说：“如果不下雨，我们每两周就需要给太阳能电池板洗一次澡。”
高乐皮耶表示，这艘太阳能巨轮将帮助厘清在海面上使用太阳能时可能会面临什么样的挑战。
英国帝国理工学院的电化学家格雷戈里·沃弗并没有参与该项目，他表示，航运是最节能的运货方式，全球大约90%的货物运输都采用航运进行。
尽管海洋柴油引擎在全负载的情况下燃油效果很高，但在半负载的情况下，比如当驶入港口时，其效率可能会大打折扣。而且，它们也会排放出大量的二氧化硫和一氧化亚氮等温室气体。沃弗表示，全球最大的15艘巨轮排放出的二氧化硫总量相当于7.6亿辆汽车的排放总量。显然，航运业的节能减排存在着巨大的改进空间。
在整个全球巡航中，这艘快艇的温室气体排放量差不多为零。并且，它一直表现良好，只有3块太阳能电池板因人为因素受损。
沃弗指出，这个项目展示了零排放交通所蕴藏的巨大潜力和无限的可能性。他说：“太阳能将会改变海洋运输的面貌，而这艘太阳能快艇的建造者们已经证明了这一点。”
海水活化电池为潜艇“助威”
一种创新性的、利用了锂金属和海水之间的化学反应的电池，可能很快可以为包括自动潜艇、深海传感器等在内的各种海洋工作设备提供电力。
锂已经被广泛地用于电池中，因为其很轻便，而且电化学潜能高。这些优势使其能产生3伏以上的电力；而铅酸蓄电池只能产生2伏电力；锌碳电池只能产生1.5伏的电力。
现在的锂电池所含的能量非常丰富，根据其重量不同，其所含的能量也不同。每公斤金属锂约含有400瓦时的能量；而同质量的碱性电池所含的能量仅为100瓦时；铅酸电池更低，仅为40瓦时。
目前使用的电池的电极主要由包含锂离子的材料制成，因为金属锂的化学活性很高，不耐腐蚀而且在与水接触时会发出火焰。然而，从理论上而言，使用金属原料锂代替锂化合物可能会使电池的表现更好。位于美国加州伯克利的新兴公司polyplus公司经过多年研究，目前已经知道了如何安全地利用金属锂的这种潜能。
这家公司一直专注于研制锂—硫电池，但他们发现，硫很容易同锂发生反应并破坏电极。polyplus公司的联合创办人、电化学家斯蒂芬·威士高表示：“我们想出了一个解决办法，那就是，使用一个锂离子能够通过的薄膜来保护电极。”
在此思路的指导下，威士高团队采用一种固体陶瓷薄膜将锂包裹，锂离子可以通过该薄膜，但液体和气体则无法通过，因此，从化学上而言，这种固体电解质就让锂与其他材料隔离开来，但同时让锂仍具有活跃的电化学性能。
威士高没有使用硫作为第二个电极，而是决定在水中测试受到保护的锂电极的性能。在测试中，锂离子穿过了薄膜，然后环绕通过一个外部电流周围的电子则同水中的氢和氧发生了反应，生成了氢氧化锂，这样，他们就制造出了一款电池，其每公斤的存储能量超过1300瓦时。
蒙特雷湾深海研究所的首席技术官詹姆斯·贝灵哈姆认为这种电池将“大大改变水下应用设备的性能，它将让自动潜艇能操作更长时间或携带更多设备。”
威士高希望在12个月内对这种锂—海水电池进行试生产并制造出样本，1年后再对其进行商业化生产。目前，这些电池只能使用一次，但polyplus公司正在研究可充电的锂—空气版电池。
