尽管近几年人们惊呼美国正在失去它的技术活力，然而发展明显地适得其反。如果有任何情况不同的话，那就是革新的速度在加快。目前在美国的实验室里正在进行研究的广度和深度有力地说明了，技术可能正在复兴中。的确，这些新技术可能比电灯、无线电或飞机的发明对人们生活方式所产生的影响更有深远的影响。

这些技术有：

电子技术——对硅芯片展开新的竞争

微电子学革命已经以惊人的速度改变着实际生活的各个方面。这场革命似乎肯定将继续进行至少到二十世纪末。真的，现在熟悉的半导体芯片势必将越来越普遍。但是八十年代的希望不只是目前趋势的延伸。新技术包括光学电子计算机，它将处理可视图像而不是数字编码字符成串；超级电子计算机的速度要比今天功率最大的型号快一百倍之多以及新的芯片形式，这类新技术产品正在缓慢地进入市场，无疑地这将加速实现社会电子计算机化。

莫托罗拉公司半导体组负责技术和计划工作的副总经理小威廉·霍华德（William G. Howard）预言，即使今天推动电子学发展的力量在这十年留下的时间里将继续占着统治地位，到1990年，其成果将一样惊人。到那时，一个拇指甲大小的芯片所容纳的将不是六万五千位数据，而是一百万数据，这确实难以使人相信。他又说：“电子计算机尺寸将大约像一只篮球那样大，而它比今天最大的主机所做的工作要多。”

如要把芯片上的电路缩小到那样程度，将要求有惊人的微工程技艺。例如，有关目前连接半导体的有源晶体管式元件的电路线极少有小于几微米宽的（1微米约为0.00004英寸）。要把一百万只元件挤压在同一面积上，将需要大约十分之一微米宽的电路线——太细，甚至用光束都无法跟踪。这些电路线将必须用奥秘的设备来控制，它们能投射聚焦的电子束，或者在八十年代末期时，也许是X射线或离子束。莫特尔公司资历较深的副总经理莱斯利· 瓦达茨（Leslie L. Vadasz）又说，这项技术要到线路宽度小到百分之几微米时才能接近于自然极限。

速度还要快。加速芯片上有源元件的转换时间——即触发一只晶体管所发出一个输出脉冲所需要的时间一一是另一个重要的研究目标，因为它将使电子计算机能够加速工作。因为芯片是用最普通的半导体材料硅制成的，迄今所能达到的最迅速的转换时间大约为30微微秒，也就是几万亿分之一秒。许多研究人员正在推行替代的半导体材料，如砷化镓和有关的化合物，因为在这类材料里电子的运行速度要比在硅里的运行速度快。

麻省理工学院电子工程学教授保罗·彭菲尔德（Paul Penfield）爱好一种由镓、砷、铟和锑组成的化合物。他说：“然而我们的目标是为达到最高的速度”——比今天的芯片速度快十倍之多。贝尔实验室公司也在研究镓化合物，而固体电子学研究主任约瑟夫· 乔特梅因（Joseph A. Giordmaine）说，他对一种称为约瑟夫逊结的独特元件的印象比较深刻。他宣称：“约瑟夫逊结大约在八十年代末的电子计算机中问世。”

国际斯坦福研究所工业电子学规划主管人丹尼尔·希勒（Daniel Shearer）认为这种特殊的电路以一种超导模式进行工作，因此需要低温冷却，这种电路的问世日期在1986年。希勒说，据估计国际商用机器公司在研究和发展方面花费了大约五千万美元之后，“终于使基础技术有了相当迅速的发展”。尽管如此，希勒还预言，这种超导超级电子计算机最终被置于空间轨道，不再需要棘手的低温冷却。这些电子计算机所处理的大量的数据将通过地球——空间站往返传输。

尽管甚至连热情支持砷化镓芯片和约瑟夫逊结器件的人都承认这些技术主要由于成本较高而将只有很小的市场，然而有一项技术正在兴起，它可能会彻底改变硅的趋势，对此，一些电子学家正在热烈地引起争论。斯坦福研究所高级发展部助理主任理查德·诺克（Richard T. Knock）说：光逻辑或称光计算，是“继电子学之后的下一步”。他说明，光学纤维技术进入新的光子时代“只不过是第一步”，光子时代终将达到顶点，它将制造出比今天的电子计算机更迅速的光学计算机。

诺斯蒂克概念公司电子学专家比尔·沃尔什（Bill Walsh）说：“它已经开始问世。”他指出，有几家公司——其中有贝尔公司、美国无线电公司、罗克韦尔公司、休斯公司和威斯汀豪斯公司——目前正在作半导体装配设备生产电一光混合芯片实验。下一步将进行全光学芯片，时间大约在1990年左右，它的电路是由辐射可透过的光波导组成。沃尔什声明，2000年以后“光学电子计算机将开始取代电子计算机”，而且终究将成为主要的计算机技术。

人工智能——电子计算机像专家一样思考

虽然微电子学的惊人进展将会继续下去，并使未来的电子计算机的体积变小，功率更增大，成本降低，这些高级系统仍将不过是笨的家伙——虽然是令人难以相信地快速计算的机器。但是人工智能的研究可以改变这一切，而且在这过程中非常可能对于商业和迄今所设计的任何技术社会产生最彻底的变革，甚至使电子计算机已经带来的巨大变化黯然无光。

许多研究人员认为，这样的发展终究将不可能避免。卡内基——梅隆大学心理学和电子计算机科学教授赫伯特· 西蒙（Herbert A. Simon）声明：“智能不是一个实体——或是原生质，或是玻璃，或是电线的问题，而是实体所采取的形式和其所经历的过程问题。”因而，他认为电子计算机所能达到的智能是无穷尽的。

人工智能在五十年代后期一度曾因为研究人员许诺过多而遭遇挫折，但是那些预言中目前正在成为现实。最近人工智能方面的工作已获得了惊人的丰收成果。

尽管人的神经系统的固体对应物，也就是人工智能研究人员称为一般智能系统——或许在本世纪还制造不出来，而已经有近十个专门的智能系统被工业，医学和学术界所使用，并且还有许多的专门系统正在制造中。

例如，斯坦福大学的人工智能小组研制成功了一种称为PUFF（即肺功能病诊断）的专家系统，旧金山太平洋医学中心用它来测定病患者的肺部情况。斯坦福大学电子计算机科学系系主任爱德华· 菲金鲍姆（Edward A. Feigenbaum）指出：PUFF系统的诊断有百分之八十五是毫无更改地为内科医师所接受。另一个系统是帮助遗传工程师们制订实验计划。

数字设备公司用卡内基——梅隆大学编制的一个专家程序为其顾客促使某些电子计算机系统构形。麻省理工学院，人工智能实验室高级研究员约翰· 布雷迪（John M. Brady）的电子计算机借助于一个专家程序自行进行设计的“自我陶醉”。卡内基——梅隆大学甚至有一个称作BACON的系统，它挑选了表面上似乎是任意数据，并且独立地“发现了”若干科学定律。

这些系统只仅仅是斯坦福大学的菲金鲍姆（Feigenbaum）预言将在八十年代出现的新“知识工程”工业的先兆而已。他预料将研制范围广泛的各种专家系统，其中有些系统将“装入一个成本不到一千美元的高度手提式的小型机器里”。洛杉矶系统识别公司总经理亚历山大 ·雅各布森（Alexander D. Jacobson）又说，从使用正常的英语而不是通常的电子计算机语言，如基本语言，这一意义上来说，这些系统将是“友好的”。

斯佩里公司的未来学家厄尔·约瑟夫（Earl C. Joseph）预言，到1990年，专家系统的体积不会大于一只电子计算器，它将起建筑师、律师和其他专业人员的“一个智能扩大器”的作用。他说：“它将像一部百科全书，但是按照设计，你可以与它谈话，他也可以回答你。”

人工智能研究人员预言，由于他们的工作，工厂将发生大的变化。当把专家程序与人工感觉系统结合在一起装到机器人上时，机器人将能够接受现在机器人所不能适应的批量制造的大部分艰巨任务。辛辛那提米拉克隆公司研究和发展副总经理理查德·梅辛杰（Richard C. Messinger）说，智能机器人将经济节约得多，因为现在它们不需要必不可少的那种支承系统来补偿机器人不能做弯曲动作这一不足之处。支承系统经常较机器人本身花的钱还要多。

康德克公司制造机器人的子公司乌里梅辛公司总经理约瑟夫·恩格尔伯杰（Joseph F. Engelberger）补充说，到八十年代后期，机器人也将进入家庭。他认为，机器人管理的餐厅将代替餐厅男管理员。机器女仆将不仅能够做一般的厨房工作，而且还会修理主要的家用电器。乌尼梅辛公司预料到1985年以前将会有做家务工作的机器人的原型问世。

材料——创造新的基本构件

按照目前材料研究方面的进展情况，到1990年它应该会在商业应用上获得大的效益。研究人员能够在探测物质最深部结构的出众的“微科学”设备的武装下，学习如何惊人精确地玩弄和修改周期表上的92种基本元素。

国家科学基金会工程主任杰克·桑德森（Jack T. Sanderson）声明，在了解物质结构的难题方面正在取得这样大的进展，“八十年代肯定将会出现一个材料迅猛发展的时代”。通用汽车公司研究实验室执行主任约翰 ·卡普兰（John D. Caplan）说，八十年代的十年是“材料领域继续不断变革”的时期。麻省理工学院材料加工中心助理主任乔治 ·肯尼（Geo-rge B. Kenney）同意这一意见。他宣称：“八十年代是材料的年代。你将看到我们所使用的材料和我们制造这些材料的方法都将发生许多变化。”

改进陶瓷的效用无疑的是一种重要的研究推动力。康宁玻璃厂陶瓷产品部总经理罗杰· 阿克曼（Roger G. Ackerman）指出：“目前，高性能陶瓷的整个领域相当热门。”陶瓷是由金属氧化物制成的。而金属氧化物占地壳的百分之九十，因此，可以保证原料供应几乎是取之不竭的。一般来说，陶瓷是易碎的，笨重和惰性的。这些性能没有一种是未来的陶瓷所需要的。

例如，康奈尔大学材料学和材料工程副教授里什· 拉杰（Rishi Raj）已经断定，陶瓷在一定的高温条件下是不易破碎的。他预言，在1990年以前，制造者将“正如锻造金属”一样锻造陶瓷。在轻型陶瓷中，通用电话和电子公司的研究人员已生产了一种硝亚酸硅化合物，该公司声称，这一化合物大致会应用于汽车发动机和喷气机发动机方面，这种汽车发动机和喷气机发动机能够在较高的温度中运转，因此更可以有效地实施。通用电话和电子公司说，通用汽车公司“有一台试验发动机就是使用这种材料在运转的”。

急冷。大多数金属生产者都在做过冷实验——冷却熔融金属的速度极为迅速，以致来不及构成通常的晶体结构，代之以凝固成一种非晶态的，或玻璃状的金属。例如，美国铝公司正在研究一种“急冷”法，即把熔融铝投入到一个低温冷却面上，在百万分之一秒时间以内冻结成薄片。另一种可以随时实现商品化的快速冷却工艺是，耐蚀铝合金以超音速向空气中喷射热金属，并在空气中凝固成细粒粉，如“下雨”一样。这种粉末制成的部件的强度和耐蚀性至少提高百分之十五，在高温下的疲劳强度提高一倍。

通用电气公司的研究和发展中心，冶金主管人哈维· 谢德勒（Harvey Schadler）正在进行等离子体化学反应实验。通用电气公司通过一个电弧把金属颗粒投射入一只模子中，制造出大型铸件，这种铸件几乎不含有分子态的晶界。这种“缺点”是金属制品失败的一个主要原因。谢德勒（Schadler）认为等离子体工艺法“在冶金术中是无可匹敌的”。

赫克斯塞尔公司的结构产品部副总经理詹姆斯·内夫（James D. Neff）预言，纤维增强塑料的进展有刺激复合材料的发展和促使它们成为“二十年代时的铝”的可能。赫尔克里士公司的石墨纤维商业中心主任詹姆斯 · 诺克斯（James Knox）说：“在九十年代前，飞机的主要元件将是石墨。”

聚合物化学家正在寻找操纵分子数的新方法，创造性能总是超过天然材料的合成材料。例如，在这一链上加上某些杂质，就将能使塑料变成会导电的合成金属。罗姆-哈斯公司已经批准发明人艾伦·希格（AlanJ. Heeger）所创造的这一工艺方法。他指出，他的工艺方法能够生产高效电池，以供应消费者和工业上使用。而伯克利加利福尼亚大学的乔治·皮门特尔（George C. Pimentel）希望发展与半导体类似的各种有机导体。

麻省理工学院的肯尼（Kenney）乐观地认为，在材料方面所有这一切新的专门技术将使“我们夺回世界技术和经济领导地位所需的技术突破”，有可能。

表面——转变催化作用成为一门科学

科学家们正在应用微科学作为工具研究在分子水平上操纵现有材料表面的新方法。例如，通过调整一个部件表面的分子结构，有可能显著地改进它的抗腐蚀或磨损的性能。

过去曾任卡特总统的科学顾问的弗兰克·普雷斯（Frank Press）指出一项大有潜力可挖的节约措施：“在我国每年因腐蚀付出的费用使我们花费相等于进口石油那样多的钱——大约为700亿至900亿美元”。他认为，如果能在一种钢件的表面分子中“加晶种”，或植入一种抗腐蚀物质的原子类的技术，这一大笔费用是可以避免的。加利福尼亚理工学院应用物理学教授托马斯·麦吉尔（Thomas C. McGill）指出，把少量的铬原子发射到钢的表面，可能比电镀这一部件花费成本要低，并且较在全部产品生产流程中在一种合金中使用抗腐蚀的材料便宜得多。

橡树岭国立实验室，激光器给半导体材料打入十亿分之一秒的高能光脉冲。表皮的极薄一层被熔化后，立即再凝固，显示出一些极为少有的性能，其结果可能成为成本较低的太阳能电池。物理学家理查德·伍德（Richard F. Wood）说：表面的半微米“是全部作用之处”，这一过程仍然创造“一种实质上的新材料”。

许多研究人员特别热衷于催化作用表面科学的潜力。催化作用在很大程度上是一项凭感官判断的技术。特拉华大学催化科学技术中心主任詹姆斯· 卡特泽（James Katzer）说：“现在，我们正处在能够把催化工艺转变成一门科学的边缘”，在十年以内这门科学将对工业有深远的影响。他指出，材料感受能力表面上是微小的变化，但却能使催化反应的效率提高几百倍，或者甚至几千倍。国际商用机器公司副总经理兼首席科学家刘易斯·布兰斯科姆（Lewis M. Brans Comb）说：“表面科学教给我们许多东西，使我们现在能够发展一些预测催化作用的结果和节省巨大的能量的理论了。”

催化作用另一种长远的潜在力量是用氢气和一氧化碳生产燃料。倘若科学家们能够了解添加一种催化剂后所发生的情况，然后构成若干催化剂，使其能够以很特殊的方式起作用的话，康奈尔大学应用物理学教授索尔· 罗丁（Thor N. Rhodin）认为，氢气和一氧化碳反应能产生燃料的长烃链。他说：“这并不是不可能的，确实值得一试。”

地质学——不用钻探可以探测资源

虽然目前正在进行的大多数研究的最终成果是新产品，一种不是最小的，但完全同样积极的努力目的在于发挥更好的办法寻找生产那些产品所必要的能源和原料。地质学家们正在用岩石锤子换取卫星、电子计算机以及甚至人工智能计算机，并且他们正在把这一技术应用于勘测新的矿源和能源，这样既省钱，又大大提高效率。

最重要的是，地质学家们正在改进他们对地表下的探测能力和鉴定新资源的能力一一所有这一切甚至都不需要钻一个孔。他们可以借助医学科学的一页，正在创造地球内部的三维图像。康奈尔大学地质学教授布赖恩· 艾萨克（Bryan Isacks）说：“它正像用计算机辅助测试扫描装置摄制人体图像那样。”

电子计算机已经使地质学发生了急剧变化——地震学是用声波测绘地表下岩石层图——现在地震学是继联邦政府之后的第二个最大的用户。但是这一新技术将要求甚至更大的计算机。科诺科公司勘测研究经理考密克（R. K. Cormick）说，大规模的三维图像摄制所需的计算功率“大约是我们目前所拥有的功率的五倍——而且三年以后，我们将需要它”。

与发展速度较快的译解数据的电子计算机相适应，首先需要发展收集数据用的新的尖端设备。在常规地震学上，各个传感器——称为地震检波器——沿地面排列成一串，用电缆把它们连结起来，但是菲利普斯石油公司已研制成一种“灵敏的”地震检波器，内装有一只微处理机，使之有可能有以前五倍之多的数据。

地质学家们还在增加利用卫星上发回的数据。陆地卫星，两颗测地卫星和磁场卫星发回了地球表面反射的阳光、地心吸力和地球周围磁场的强度的测量数据。地质学家们通过对比已知矿藏的特点与有希望开采出新矿藏的地点来找出新矿藏。

明年还将有来自空间的帮助。科学家们希望发射一颗将会分析地球辐射热的卫星。地球辐射热是地质学家将希望揭示目前所不能辨别得出的地球特征的一种光谱。真的，最近从飞机上试验的测绘装置探出了一个大家知道的油田的植物被的微小变化。菲利普斯石油公司地质科学和技术研究中心经理比尔· 汤普森（Bill M. Thompson）说：“目前，卫星摄像是最前沿的。”

加强对地壳板块的研究也能提供矿藏形成的线索。科学家们期望在地壳板块互相滑动的海洋区和大陆架与深洋之间的所谓大洋边缘钻深孔以获得更有揭露性的资料。地质学家们认为大多数未发现的矿藏和能源储存在那里。

由于新资料大量地增加，科学家们确信，在强有力的电子计算机分析工具的帮助下，他们将能探测到仍蕴藏在地球内部价值数十亿美元的矿藏和烃类燃料。“当你解决这一问题取得一个答案的唯一方法就是去钻探时”，考密克说：“这一新技术将使我们对地下情况会有一个更正确的了解。”

[Businessweek，1981. 年7月6日]