2019年全球十大突破性技術(shù)

自 2001 年起，《麻省理工學(xué)院技術(shù)評論》每年都會發(fā)布“全球十大突破性技術(shù)”，關(guān)注技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用潛力以及對人類社會和生活的重大影響，實(shí)用型量子計(jì)算機(jī)、可回收火箭、對抗性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、石墨烯晶體管、精確編輯植物基因等技術(shù)曾出現(xiàn)在近幾年的榜單中——也因此，這個榜單被認(rèn)為是投資和技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的風(fēng)向標(biāo)。今年，比爾·蓋茨則受邀發(fā)表了他的技術(shù)選擇?！拔蚁Ｍ疫x擇的這些技術(shù)不僅會在2019年成為熱點(diǎn)，也會在技術(shù)史上成為非常重要的里程碑?！?/p>

當(dāng)麻省理工學(xué)院技術(shù)評論邀請我成為其10個突破性技術(shù)的第一位客座策展人時(shí)，我感到非常榮幸。我希望我選擇的這些技術(shù)不僅會在2019年成為熱點(diǎn)，也會在技術(shù)史上成為非常重要的里程碑。

靈巧的機(jī)器人

機(jī)器人正在教自己認(rèn)知并接觸物質(zhì)世界。

目前關(guān)于機(jī)器人的討論大多是批判工業(yè)機(jī)器人笨拙且缺乏靈活性：機(jī)器人可以以驚人的精度重復(fù)拾取裝配線上的部件而不會感到厭倦，但是如果將物體移動半英寸或者用略微不同的東西替換它，機(jī)器將變得手足無措。

雖然機(jī)器人還不能通過編程來確定如何抓住任何物體，但是它現(xiàn)在可以像人們一樣通過虛擬試驗(yàn)和修正錯誤，學(xué)會自己操縱物體。

比如Dactyl，它是一個機(jī)器人，它教會自己用手指翻轉(zhuǎn)玩具積木。Dactyl來自非營利組織OpenAI，它由一個現(xiàn)成的機(jī)器人手組成，周圍環(huán)繞著一系列燈光和照相機(jī)。它使用所謂的強(qiáng)化學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來學(xué)習(xí)如何模擬用手抓住并轉(zhuǎn)動模擬環(huán)境中的物體。

通常這種類型的虛擬實(shí)踐不可能轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實(shí)世界，因?yàn)橹T如摩擦或不同材料的不同屬性之類的東西很難模擬。OpenAI團(tuán)隊(duì)也在試圖通過向虛擬訓(xùn)練中添加隨機(jī)性來解決這個問題。

核能發(fā)電

BOB MUMGAARD/等離子體科學(xué)與融合中心/麻省理工學(xué)院

先進(jìn)的聚變和裂變反應(yīng)堆正在接近現(xiàn)實(shí)。

在過去一年中被重新設(shè)計(jì)的核能發(fā)電裝置有望使這種電源更安全，更便宜。其中包括第四代裂變反應(yīng)堆、小型模塊化反應(yīng)堆，而聚變反應(yīng)堆這種技術(shù)仍然沒有辦法實(shí)現(xiàn)。第四代裂變反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)開發(fā)商有很多，如加拿大的Terrestrial Energy和華盛頓的TerraPower，他們已經(jīng)與公用事業(yè)單位建立了聯(lián)合研發(fā)的伙伴關(guān)系，目標(biāo)是在2020年之前實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)供應(yīng)。

小型模塊化反應(yīng)堆通?？梢援a(chǎn)生數(shù)十兆瓦的電力（傳統(tǒng)的核反應(yīng)堆產(chǎn)生約1,000兆瓦的電力）。俄勒岡州的NuScale公司表示，小型化反應(yīng)堆可以節(jié)省資金并降低環(huán)境污染和金融風(fēng)險(xiǎn)。

預(yù)測早產(chǎn)兒

簡單的驗(yàn)血可以預(yù)測孕婦是否有過早分娩的風(fēng)險(xiǎn)。

我們的遺傳物質(zhì)主要存在于細(xì)胞內(nèi)，但是少量的“無細(xì)胞”DNA和RNA也漂浮在我們的血液中，通常由垂死細(xì)胞釋放出來的。在孕婦的血液中，無細(xì)胞DNA是來自胎兒、胎盤和羊水。

斯坦福大學(xué)的生物工程師斯蒂芬雷克斯已經(jīng)找到了一種方法來解決醫(yī)學(xué)界最棘手的問題之一：嬰兒過早出生！——你要知道大約十分之一的嬰兒都會出現(xiàn)這樣的問題。

自由浮動的DNA和RNA可以提供以前需要侵入細(xì)胞才能抓取的細(xì)胞信息，例如對腫瘤進(jìn)行活組織檢查或刺穿孕婦的腹部以進(jìn)行羊膜穿刺術(shù)。但是現(xiàn)在檢測和測序血液中的少量無細(xì)胞遺傳物質(zhì)變得更容易了。在過去的幾年里，研究人員已經(jīng)開始開展癌癥血液檢測（通過從腫瘤細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)明顯的DNA）以及產(chǎn)前篩查唐氏綜合癥等疾病。

這些測試都依賴于DNA中的基因突變，同時(shí)RNA是調(diào)節(jié)基因表達(dá)的分子。通過對母親血液中自由漂浮的RNA進(jìn)行測序，Quake發(fā)現(xiàn)了七個基因表達(dá)的波動，而這些基因與早產(chǎn)相關(guān)，這讓他可以提前識別可能有早產(chǎn)癥狀的女性。一旦被警告，醫(yī)生可以采取措施避免早產(chǎn)，以給予孩子更多的生存機(jī)會。

藥丸狀的腸道探針

一個小型的、可吞咽的設(shè)備可以捕獲腸道的詳細(xì)圖像，無需麻醉，即使對嬰兒和兒童也有奇效。

環(huán)境腸道功能障礙（EED）可能是你從未聽說過的疾病之一，但它極其昂貴。這種疾病主要是由發(fā)炎的腸道所導(dǎo)致的營養(yǎng)不良，在貧窮國家普遍存在，這也是許多人營養(yǎng)不良、發(fā)育遲緩、從未達(dá)到正常身高的原因之一——沒有人確切知道導(dǎo)致EED的原因以及如何預(yù)防或治療EED。

檢測它的實(shí)際狀況有助于醫(yī)務(wù)人員知道何時(shí)進(jìn)行干預(yù)以及如何進(jìn)行干預(yù)，治療方法已經(jīng)可用于嬰兒。以往，診斷這些幼兒的內(nèi)臟疾病往往需要麻醉并將一個稱為內(nèi)窺鏡的管插入喉嚨。它不僅昂貴，不舒服，而且還不實(shí)用。

因此波士頓馬薩諸塞州綜合醫(yī)院（MGH）的病理學(xué)家和工程師Guillermo Tearney正在開發(fā)小型設(shè)備，可用于檢查腸道是否有EED跡象，甚至可以進(jìn)行組織活檢。與內(nèi)窺鏡不同，它們在初級護(hù)理訪問時(shí)使用簡單。

Tearney的可吞咽膠囊包含微型顯微鏡，它們附著在一個靈活的繩狀繩索上，提供電源和光線，同時(shí)將圖像發(fā)送到帶監(jiān)視器的公文包式控制臺。這使得醫(yī)務(wù)人員可以將膠囊暫停在感興趣的點(diǎn)并在完成后將其拉出，從而使其可以進(jìn)行消毒和重復(fù)使用。它還可以呈現(xiàn)在單個細(xì)胞的分辨率下，對消化道的整個表面成像或捕獲三維的技術(shù)橫截面。

該項(xiàng)技術(shù)有多種應(yīng)用場景，在MGH，它被用于篩查Barrett食道，這是食道癌的前兆。對于EED，Tearney的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種更小的版本，用于無法吞服藥丸的嬰兒，并在EED很普遍的巴基斯坦青少年中進(jìn)行了測試。

定制癌癥疫苗

科學(xué)家正處于第一個個性化癌癥疫苗商業(yè)化的沖刺階段。如果按預(yù)期完成工作，疫苗可以通過其獨(dú)特的突變觸發(fā)人體免疫系統(tǒng)識別腫瘤，可以有效地治愈多種類型的癌癥。

通過使用身體的天然防御來選擇性地僅破壞腫瘤細(xì)胞，這充分利用了疫苗與傳統(tǒng)的化學(xué)療法的不同，疫苗可以限制對健康細(xì)胞的損害。在初始治療后，攻擊性免疫細(xì)胞也可以發(fā)現(xiàn)任何雜散癌細(xì)胞。

在人類基因組計(jì)劃完成的五年后，當(dāng)時(shí)遺傳學(xué)家發(fā)現(xiàn)了第一個癌細(xì)胞序列。不久之后，研究人員開始將腫瘤細(xì)胞的DNA與健康細(xì)胞和其他腫瘤細(xì)胞的DNA進(jìn)行比較。這些研究證實(shí)，所有癌細(xì)胞都含有數(shù)百種或者千種的特定突變，其中大部分都是特定腫瘤所獨(dú)有的。

幾年后，一家名為BioNTech的德國初創(chuàng)公司提供了令人信服的證據(jù)，證明含有這些特定的疫苗可以催化機(jī)體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生T細(xì)胞，這些T細(xì)胞可以尋找、攻擊和摧毀所有攜帶它們的癌細(xì)胞。

2017年12月，BioNTech與生物技術(shù)巨頭Genentech合作，開始對癌癥患者的疫苗進(jìn)行大規(guī)模測試。正在進(jìn)行的試驗(yàn)針對至少10種實(shí)體癌癥，目標(biāo)是在全球各地招募560名患者。

有肉味的蔬菜漢堡

實(shí)驗(yàn)室種植的植物替代品都接近真實(shí)肉類的味道，并具有相同的營養(yǎng)價(jià)值，而且沒有遭遇過任何的環(huán)境破壞。聯(lián)合國預(yù)計(jì)到2050年世界將有98億人口，而且這些人越來越富裕。這兩種趨勢都不利于氣候變化——特別是因?yàn)槿藗冏兏挥袝r(shí)往往會吃很多的肉。

到那時(shí)為止，根據(jù)預(yù)測，人類會比2005年消耗多70％的肉。而且事實(shí)證明，飼養(yǎng)動物供人類消費(fèi)是我們對環(huán)境做的最糟糕的事情。

根據(jù)測算，用西方工業(yè)化方法生產(chǎn)一磅肉蛋白質(zhì)需要比生產(chǎn)一磅植物蛋白質(zhì)多4到25倍的水、6到17倍的土地和6到20倍的化石燃料。目前最主要的問題是人們不太可能很快停止吃肉，這也意味著實(shí)驗(yàn)室種植的植物替代品可能是解決目前問題的最佳方式。

荷蘭馬斯特里赫特大學(xué)（Maastricht University）的研究人員正在努力大規(guī)模生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室種植的“肉類”，這些肉類里面包含從動物身上提取的肌肉組織，并且在明年將會有一個實(shí)驗(yàn)室種植的“肉類”漢堡。實(shí)驗(yàn)室種植肉類的一個缺點(diǎn)是，環(huán)境效益仍然是較差的。最近世界經(jīng)濟(jì)論壇的一份報(bào)告稱，實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)“肉類”的碳排放量僅比牛肉生產(chǎn)的碳排放量降低了7％左右。

二氧化碳“捕手”

如何經(jīng)濟(jì)實(shí)惠地從空氣中捕獲二氧化碳？——吸收過多的溫室氣體排放。

即使我們減緩二氧化碳排放，溫室氣體的變暖效應(yīng)也會持續(xù)數(shù)千年。為了防止氣溫升高，聯(lián)合國氣候小組現(xiàn)在得出結(jié)論，我們需要在本世紀(jì)內(nèi)從大氣中清除多達(dá)1萬億噸的二氧化碳。

去年夏天，哈佛大學(xué)氣候科學(xué)家大衛(wèi)凱斯（David Keith）在一項(xiàng)意外發(fā)現(xiàn)中計(jì)算出，通過稱為直接空氣捕獲的方法，理論上可以將吸收每噸二氧化碳的成本降低到不到100美元，這比先前的估計(jì)幾乎便宜了一個數(shù)量級。

但是一旦你捕獲了，你仍然需要弄清楚如何處理它。加拿大創(chuàng)業(yè)公司Keith于2009年創(chuàng)辦的碳工程公司計(jì)劃擴(kuò)大其試驗(yàn)工廠，以捕獲二氧化碳作為關(guān)鍵成分來提高其合成燃料的產(chǎn)量。

位于蘇黎世的Climeworks在意大利的直接空氣捕獲工廠將捕獲的二氧化碳和氫氣中產(chǎn)生甲烷，而瑞士的第二家工廠將向軟飲料行業(yè)銷售二氧化碳。

手腕上的心電圖

技術(shù)進(jìn)步使人們更容易通過可穿戴設(shè)備監(jiān)控他們的心臟。健身追蹤器不是精密的醫(yī)療設(shè)備，劇烈的鍛煉可能會弄亂讀取脈搏的傳感器。但對于心電圖——醫(yī)生用于診斷中風(fēng)或心臟病發(fā)作之前的材料則需要去診所就診，而且人們經(jīng)常無法及時(shí)接受檢查。

通過硬件及軟件創(chuàng)新支持的心電圖智能手表為可穿戴設(shè)備提供了更接近醫(yī)療設(shè)備精度的便利。來自硅谷創(chuàng)業(yè)公司AliveCor的Apple Watch可以檢測房顫，這是血栓和中風(fēng)的常見原因，并于2017年獲得了FDA批準(zhǔn)。去年，Apple發(fā)布了自己的FDA清除ECG功能，并嵌入到了設(shè)備里面。

目前的可穿戴設(shè)備仍然只使用一個傳感器，而真正的心電圖有12個。而且目前并沒有可穿戴設(shè)備可以檢測到心臟病發(fā)作，但這可能會很快改變。

去年秋天，AliveCor向美國心臟協(xié)會提交了一個應(yīng)用程序和雙傳感器系統(tǒng)的初步結(jié)果，該系統(tǒng)可以檢測到某種類型的心臟病發(fā)作。

沒有下水道的衛(wèi)生設(shè)施

節(jié)能廁所可以在沒有下水道系統(tǒng)的情況下運(yùn)行，并在現(xiàn)場處理廢物。

全球大約有23億人沒有良好的衛(wèi)生條件。缺乏廢物處理的廁所鼓勵人們將糞便排放到附近的池塘和溪流中，傳播可導(dǎo)致腹瀉和霍亂的細(xì)菌、病毒和寄生蟲——要知道腹瀉導(dǎo)致全世界九分之一的兒童死亡。

現(xiàn)在，研究人員正致力于為發(fā)展中國家建造一種價(jià)格低廉的新型廁所，支持現(xiàn)場處理廢物。2011年，比爾蓋茨在這個領(lǐng)域創(chuàng)造了X獎——重塑廁所挑戰(zhàn)賽。自比賽開始以來，一些團(tuán)隊(duì)已將原型投入現(xiàn)場。所有這些都在當(dāng)?shù)靥幚韽U物，因此不需要用大量的水將其運(yùn)送到遠(yuǎn)處的處理廠。

大多數(shù)的廁所原型都是獨(dú)立的，不需要下水道，但它們看起來像傳統(tǒng)的廁所，安置在小型建筑物或儲存容器中。南佛羅里達(dá)大學(xué)設(shè)計(jì)的NEWgenerator馬桶用厭氧膜過濾掉污染物，其中厭氧膜的孔隙小于細(xì)菌和病毒。另一個來自康涅狄格州生物質(zhì)控制公司的廁所是一個大小與集裝箱相當(dāng)?shù)摹盁捰蛷S”：它加熱廢物產(chǎn)生富含碳的物質(zhì)，這些物質(zhì)可以使土壤肥沃。

一個缺點(diǎn)是廁所不能在各種通用場景下工作。例如，生物質(zhì)控制公司的產(chǎn)品主要是為數(shù)萬用戶設(shè)計(jì)的，這使得它不太適合小型村莊，杜克大學(xué)開發(fā)的另一個系統(tǒng)僅供附近的幾個家庭使用。因此，現(xiàn)在的挑戰(zhàn)是使這些廁所更便宜，更適應(yīng)不同規(guī)模的社區(qū)。

流暢的AI助手

捕獲單詞之間語義關(guān)系的新技術(shù)可以使機(jī)器更好地理解自然語言。我們已經(jīng)習(xí)慣了AI助手——Alexa在起居室里播放音樂，Siri在你的手機(jī)上設(shè)置鬧鐘，但他們并沒有真正實(shí)現(xiàn)所謂的“聰明才智”。他們原本應(yīng)該簡化我們的生活，但現(xiàn)在他們只能識別一系列狹窄的指令，且很容易被偏差絆倒。

但最近的一些進(jìn)展即將擴(kuò)展你的數(shù)字助理的功能。在2018年6月，OpenAI的研究人員開發(fā)了一種技術(shù)，可以在未標(biāo)記的文本上訓(xùn)練AI，以避免手動分類和標(biāo)記所有數(shù)據(jù)的費(fèi)用和時(shí)間。幾個月后，Google的一個團(tuán)隊(duì)推出了一個名為BERT的系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過研究數(shù)百萬個句子來學(xué)習(xí)如何預(yù)測遺失的單詞。在多項(xiàng)選擇測試中，它在填補(bǔ)空白方面與人類一樣好。

這些改進(jìn)加上更好的語音合成，可以讓簡單的AI助手轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲闹悄苤?，他們將能夠處理每日?xì)節(jié)，例如記筆記、查找信息或在線購物。

有些企業(yè)可以開始將它們應(yīng)用于生產(chǎn)，谷歌雙工（Google Duplex）是谷歌助手（Google Assistant）的類似于人類的升級版，它可以接聽你的垃圾郵件和電話推銷，它還可以打電話安排餐廳預(yù)訂或沙龍預(yù)約。在中國，阿里巴巴的AliMe已經(jīng)被廣大消費(fèi)者接受，它通過電話協(xié)調(diào)包裹遞送，并討論商品價(jià)格。

雖然人工智能程序在弄清楚你想要什么方面變得更好了，但他們?nèi)匀粺o法理解句子。但是，一旦我們跨過這個障礙，我們將看到另一個演變，可能從后勤協(xié)調(diào)員到保姆、老師甚至朋友？