美国开发出太阳热能储存新材料
据美国《连线》杂志7月19日报道，日前美国研究人员开发出一种新材料，能够按需储存和释放热能。以这种材料制成的储热设备不但能量存储密度大，还具有成本低、运输方便、储能时间长的特点，有望开创一种捕获和存储太阳能的全新方式。相关论文发表在《纳米快报》杂志上。
自20世纪70年代以来，科学家们就在寻找一种能以化学形式储存太阳能而非将其转化为电能的材料。但相关研究直到近年才取得了一些进展：2010年，美国麻省理工学院的杰弗里·格罗斯曼揭示了二钌富瓦烯的独特性质，并提出了液态储热材料设想。
二钌富瓦烯分子在被阳光照射时，内部结构会发生改变并将能量存储起来，形成一种亚稳定结构。当需要时，这些热量又能在特定催化剂的作用下被释放出来，同时其分子也会恢复为放热前的形态。这一过程可以不断重复。通过这种方法可在甲地存储热量，乙地释放热量；也可以用产生的热量驱动蒸汽发电机发电。
但这种材料的缺点在于，所含的钌元素稀有且昂贵，且由其制成的储热设备在能量密度上还不及传统锂离子电池。这使这项技术一直无法获得大规模应用。
日前，格罗斯曼和他的同事艾拉克斯·库帕克借助碳纳米管对这一技术进行了完善，制造出了一种可取代二钌富瓦烯的新材料。这种材料由偶氮苯和碳纳米管组成，除了具备二钌富瓦烯的优点外，还有价格低廉、热稳定性好的特点，在能量密度上更是超过了锂离子电池。
研究人员将偶氮苯分子“捆绑”在碳纳米管上，形成一种碳纳米管化合物，实验显示该材料的能量差（基能态到高能态之间的差值）和活化能（分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量）都较为理想。实验显示，新材料在能量密度上可达690瓦小时/升，超过了传统锂离子电池（200—600瓦小时/升），相对于仅采用偶氮苯的能量密度（90瓦小时/升），也获得了极大的提升。
格罗斯曼说：“这种材料非常有效，便宜却仍具有较高的能量密度，其优势在于将能量捕获和存储集成到了一个步骤当中，用一种材料就能同时完成转化和存储两项任务。其缺点是只能提供热能而非电能，但这可以通过热电装置或蒸汽发电机来弥补。”
北卡罗来纳大学化学系助理教授金井洋介说，通过化学键来实现太阳能可逆存储近年来广受关注。新研究的创新之处在于，它创建了可以用碳纳米管来制造这种材料的纳米模板，这为今后采用其他材料进行类似的研究铺平了道路。 （王小龙）
机器人模拟出基因数百代进化结果
据美国物理学家组织网5月4日（北京时间）报道，最近，瑞士洛桑联邦理工大学和洛桑大学合作，使用机器人模拟生物基因在数百代间的进化，阐明了生物学界持久争论的难题，也为汉米尔顿亲缘选择规则提供了数量证据。该研究将于下周发表在开放杂志《科学公共图书馆·生物学》上。
汉米尔顿亲缘选择规则于1964年由生物学家W·D·汉米尔顿提出。该规则认为，如果一个家庭成员和其余家庭成员共享食物，会增加家庭成员把基因流传下来的机会，许多基因是整个家族中所共有的。也即一个生物是否和其他个体共享其食物，取决于它和其他生物基因的相似性。但验证这一规则的活体生物试验需要跨越上百代，数量过于庞大，几十年来实验几乎不可能进行，汉米尔顿规则因此长期备受争议。
洛桑联邦理工大学的机器人技术教授达里奥·弗洛里诺小组设计了一种机器人，模拟基因和基因组的功能迅速完成进化，使科学家能分析检测与基因特征相关的成本与收益效果。
此前合作小组也作过类似实验，是用觅食机器人执行简单的任务，如推动如种子似的物体到达目的地，将此过程多代进化。那些不能把种子推到正确位置的机器人不能留下它们的程序编码，而较好执行任务的机器人能将自身程序编码复制、变异，并与其他机器人传给下一代的编码重新结合——这是自然选择的迷你模型。
在新实验中，研究小组又增加一个新维度：一旦某个觅食机器人把种子推到了正确目的地，还要决定是否与其他机器人共享它。他们还在机器人世界里创造了兄弟姐妹、堂表兄妹、非亲戚关系等社会群体。进化实验持续了500代，不断重复着利他主义相互作用的各种场面：共享多少和个体成本，这些共享现象按照汉米尔顿规则发生。
实验结果的数量和按汉米尔顿规则预测的数量惊人地相符。虽然汉米尔顿的最初理论并未考虑基因的相互作用，而在觅食机器人中模拟基因运行，增加了一个基因和多个其他基因结合的综合效果，而汉米尔顿规则仍然成立。试验证明，汉米尔顿规则很好地解释了一个利他基因何时能被传到下一代，何时不能。
这一发现同样适用于蜂群机器人。“从这一实验中我们能提出运算法则，而这种法则可以被用在任何类型机器人的进化合作中。”弗洛里诺解释说，“用这种利他主义算法，还能改进飞行机器人的控制系统，让它们更有效地合作，在群体飞行中更加成功。”
总编辑圈点
清代小说《镜花缘》勾画了一个君子国，其中的人们不关心自己，只关心他人。以今天常人的眼光审视，该国诸君的生存策略是难以恭维的。按照汉米尔顿的亲缘选择规则，在一般情况下，利他主义行为的发生是与受益者的亲近程度成正比的，由共同祖先所得到的相同基因越多，动物行为的利他主义性质也越强。所以，利他性的合作将更多地出现在亲族之间的交往之中。上述模拟实验佐证了这一规则，而无私的母爱则是对这一规则最生动的诠释。
