麻省理工發(fā)布2018年全球十大突破性技術(shù)

自2001年起，我們每年都會選出我們眼中的“十大突破性技術(shù)”。

人們通常會問，你們所說的“突破性”指的是什么？這個問題問得合情合理：我們選出的技術(shù)中有些并沒有得到廣泛應(yīng)用，然而有些則即將實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。實(shí)際上，我們尋找的是即將對我們的生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的單項(xiàng)技術(shù)或者一系列技術(shù)。今年，人工智能領(lǐng)域一項(xiàng)被稱作GAN的技術(shù)正在賦予機(jī)器想象力；人造胚胎，盡管面臨棘手的倫理限制，但它正在重新定義生命產(chǎn)生的方式，為關(guān)于人類生命發(fā)展早期階段的研究打開了一扇窗戶。

在可預(yù)見的未來，天然氣很有可能是我們的主要能源來源之一，而一家位于德克薩斯州化工產(chǎn)業(yè)中心的實(shí)驗(yàn)性工廠正在嘗試?yán)锰烊粴鈦韯?chuàng)造清潔能源。這些，以及這份榜單上的其他技術(shù)，都值得我們密切關(guān)注。

01、3D金屬打印

入選理由：新型設(shè)備首次讓3D打印金屬零部件成為實(shí)用型技術(shù)

技術(shù)突破：3D金屬打印機(jī)實(shí)現(xiàn)了低成本快速金屬物體打印

重大意義：按需打印大型復(fù)雜金屬物體的能力將為制造業(yè)帶來變革

主要研究者：Markforged、Desktop Metal、GE等

成熟期：現(xiàn)在

雖然 3D 打印技術(shù)已經(jīng)存在了幾十年，但它之前仍然局限在業(yè)余愛好者和設(shè)計師的小圈子內(nèi)，只是用來制造一次性原型。而且，之前的 3D 打印技術(shù)使用任何非塑料材料（尤其是金屬）時，成本非常昂貴，速度也慢得讓人無法接受。不過現(xiàn)在，隨著成本越來越低，使用也越來越簡單，這項(xiàng)技術(shù)有望成為可用于零部件生產(chǎn)的實(shí)用技術(shù)。如果它被廣泛應(yīng)用，將有可能改變我們大規(guī)模量產(chǎn)產(chǎn)品的方式。

短期來看，有了這項(xiàng)技術(shù)后，制造商們將不再需要維持大量的庫存，他們可以按需地打印一個部件。

長期來看，那些大規(guī)模生產(chǎn)某一特定零部件的大工廠將會被產(chǎn)品線豐富的小工坊所取代。這些小工坊將能按照顧客的需求隨時打印出各種各樣的零部件。

這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢在于它可以生產(chǎn)出更輕、更堅固的金屬零部件，以及用傳統(tǒng)金屬加工方法無法制造出來的復(fù)雜形狀的零部件。它甚至還可以在制造過程中精確調(diào)控金屬的微觀結(jié)構(gòu)。2017 年，來自勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Livermore National Laboratory）的研究人員宣布他們研發(fā)出了一種 3D 打印不銹鋼零部件的方法，通過這種方法生產(chǎn)出來的零部件的強(qiáng)度是通過傳統(tǒng)方法生產(chǎn)出來的兩倍。

同樣在 2017 年，位于波士頓附近的 3D 打印初創(chuàng)公司 Markforged 發(fā)布了第一臺價格在 10 萬美元以下的 3D 金屬打印機(jī)。

而另一家位于波士頓地區(qū)的 3D 打印初創(chuàng)公司 Desktop Metal 也在 2017 年 12 月開始交付他們的第一臺 3D 金屬原型打印機(jī)。該公司還計劃推出體積更大的、用于工業(yè)制造的打印機(jī)，它們的速度將會比之前的 3D 金屬打印機(jī)快 100 倍。3D 金屬打印的操作如今也變得越來越容易。Desktop Metal 公司現(xiàn)在推出了一款用于 3D 金屬打印的軟件。使用者只要在軟件中輸入他們所要打印的物體規(guī)格，軟件就會生成一個適用于 3D 打印的計算機(jī)模型。

GE 公司長期以來一直將 3D 打印技術(shù)用于它的航空產(chǎn)品生產(chǎn)中。早在 2013 年“十大突破性技術(shù)”中就曾提到“增材制造”（Additive Manufacturing）。

該公司現(xiàn)在也正在測試一款新型 3D 金屬打印機(jī)，該打印機(jī)打印速度很快，可用于大型零部件的生產(chǎn)。而 GE 計劃在 2018 年開始銷售該 3D 金屬打印機(jī)。

02、對抗性神經(jīng)網(wǎng)路

入選理由：兩個 AI 系統(tǒng)通過玩“貓捉老鼠”游戲來獲得想象力

技術(shù)突破：兩個 AI 系統(tǒng)可以通過相互對抗來創(chuàng)造超級真實(shí)的原創(chuàng)圖像或聲音，而在此之前，機(jī)器從未有這種能力

重大意義：這給機(jī)器帶來一種類似想象力的能力，因此可能讓它們變得不再那么依賴人類，但也把它們變成了一種能力驚人的數(shù)字造假工具

主要研究者：Google Brain、DeepMind、英偉達(dá)、中科院自動化所、百度、阿里巴巴、騰訊、商湯科技、曠視科技、深蘭科技、依圖科技、云從科技等

成熟期：現(xiàn)在

人工智能識別物體的能力已經(jīng)越來越強(qiáng)了：給它看一百萬張圖片，它就可以用驚人的準(zhǔn)確度來告訴你究竟哪張里面有個行人在過馬路。但是 AI 幾乎不可能獨(dú)自生成行人的圖片。

如果它可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，它將可以創(chuàng)造大量看似真實(shí)的合成圖片，把行人放在各種環(huán)境下。而自動駕駛系統(tǒng)或許足不出戶就能使用這些圖片進(jìn)行訓(xùn)練。

但問題在于，從無到有創(chuàng)造一個東西需要想象力，而這正是人工智能技術(shù)一直難以實(shí)現(xiàn)的能力。

直到 2014 年，當(dāng)時還是蒙特利爾大學(xué)博士生的 Ian Goodfellow 在酒吧里與友人進(jìn)行學(xué)術(shù)辯論時，他突然想到了這個問題的答案。這種名為“對抗式生成網(wǎng)絡(luò)”（GAN）的手段會使用兩個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（一種簡化人腦數(shù)學(xué)模型，是現(xiàn)代機(jī)器學(xué)習(xí)基石），然后讓這兩者在數(shù)字版的“貓捉老鼠”游戲中相互拼殺。

這兩個網(wǎng)絡(luò)會使用同一個數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練。其中一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)叫生成網(wǎng)絡(luò)，它的任務(wù)就是依照所見過的圖片來生成新的圖片，比如一個多長一條手臂的行人。而另外那個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)叫判別網(wǎng)絡(luò)，它的任務(wù)則是判斷它所見得圖片是否與訓(xùn)練時的圖片相似，還是由生成模型創(chuàng)造出來的“假貨”，比如，判斷那個長著三個手臂的人有沒有可能是真的？

慢慢的，生成網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造圖片的能力會強(qiáng)到無法被判別網(wǎng)絡(luò)識破的程度。基本上，經(jīng)過訓(xùn)練之后，生成網(wǎng)絡(luò)學(xué)會了識別并創(chuàng)造看起來十分真實(shí)的行人圖片。次項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成為了在過去十年最具潛力的人工智能突破，幫助機(jī)器產(chǎn)生甚至可以欺騙人類的成果。

目前，GAN 已被用于創(chuàng)造聽起來十分真實(shí)的語音，以及非常逼真的假圖片。就拿9月22日全球機(jī)器學(xué)習(xí)大會上一個例子來說，深蘭科學(xué)院的博士分享了他們團(tuán)隊(duì)人員訓(xùn)練出的一個GAN系統(tǒng)，而這個系統(tǒng)可以生成很多張根本不存在、但看起來十分真實(shí)的人臉照片，如下圖四組不同人物生成照片:

而國外的一些研究者在這一塊也有突破，他們在進(jìn)一步訓(xùn)練后，GAN 可以對圖片進(jìn)行各種修改，比如把油畫和照片互相切換，把馬變成斑馬，駿馬變斑馬，冬天變夏天等。

但是 GAN 的成果并非完美：它們可能生成有兩套把手的自行車，或者眉毛錯位的臉。但由于有些圖片與聲音實(shí)在太逼真了，一些專家相信，GAN 在某種程度上已經(jīng)開始理解它們所見到，所聽到的世界的底層結(jié)構(gòu)。

而這意味著，隨著人工智能開始獲得想象力，它們也可能開始理解它在這世界上所看到的東西。Ian Goodfellow發(fā)明出GAN后，獲得Facebook首席科學(xué)家Yann LeCun、NVIDIA創(chuàng)辦人黃仁勛、Landing.ai創(chuàng)辦人吳恩達(dá)等大牛的贊賞，吸引了諸多的機(jī)構(gòu)及企業(yè)開始研究。

在中國部分，學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)致力于研究GAN理論的近一步改良及優(yōu)化，像是中科院自動化所研究人員受人類視覺識別過程啟發(fā)，提出了雙路徑GAN（TP-GAN），用于正面人臉圖像合成，而商湯－香港中大聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室在國際學(xué)術(shù)大會上發(fā)表多項(xiàng)GAN相關(guān)研究成果。

中國企業(yè)界則是更傾向于把技術(shù)應(yīng)用在服務(wù)中，相關(guān)案例不勝枚舉，比如，百度使用GAN構(gòu)建語音識別框架，科大訊飛通過GAN與傳統(tǒng)深度學(xué)習(xí)框架的結(jié)合在語音合成領(lǐng)域獲得了很大的進(jìn)展，深蘭科技則通過GAN訓(xùn)練來讓機(jī)器設(shè)計服裝。

03、完美網(wǎng)絡(luò)隱私

入選理由：原本為加密貨幣的交易過程開發(fā)的一種工具，現(xiàn)在能讓你在上網(wǎng)時避免透露任何非必要信息

技術(shù)突破：計算機(jī)科學(xué)家正在完善一款加密工具，可以在不透露非必要信息的前提下完成驗(yàn)證

重大意義：如果你需要透露個人信息以在網(wǎng)上完成某件事，這個方法可以讓你在免除隱私泄漏或身份被盜竊風(fēng)險的同時輕松實(shí)現(xiàn)

主要研究者：Zcash、摩根大通、荷蘭國際集團(tuán)等

成熟期：現(xiàn)在

多虧一款新工具的出現(xiàn)，真正的互聯(lián)網(wǎng)隱私終于可以實(shí)現(xiàn)了。

舉個例子，該工具可以讓你不用透露出生日期就能證明自己年滿 18 歲，或者不用透露自己的銀行余額或其他細(xì)節(jié)，就能證明自己在銀行有足夠的存款可以完成金融交易。

這樣就大大降低了隱私泄漏或身份盜用的風(fēng)險。這款工具是一種叫做“零知識驗(yàn)證”（zero-knowledge proof）的新密碼協(xié)議。

盡管研究人員已經(jīng)研究了幾十年，但直到去年人們對零知識驗(yàn)證的興趣才開始暴增，某種程度上，這要得益于人們對加密貨幣日益增長的熱情，以及大多數(shù)加密貨幣都為機(jī)構(gòu)所擁有的的現(xiàn)實(shí)。

同時，很大一定程度上也得益于 2016 年末建立的電子貨幣——Zcash 把零知識驗(yàn)證應(yīng)用于實(shí)際。Zcash 的研發(fā)人員使用一種叫做 zk-SNARK（簡明非交互零知識驗(yàn)證）的方法讓用戶進(jìn)行匿名交易。通常，這在比特幣以及其他公共區(qū)塊鏈系統(tǒng)中是不可能實(shí)現(xiàn)的，比特幣以及其他公共區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的交易對所有人都是公開透明的。

盡管理論上來說，這些交易都是匿名的，但通過與其他數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合，還是可以追蹤到甚至識別出交易人。世界第二大區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)以太坊創(chuàng)始人 Vitalik Buterin 將 zk-SNARK 稱為一項(xiàng)“徹底改變游戲規(guī)則的技術(shù)”。

去年，摩根大通將 zk-SNARK 添加到自己基于區(qū)塊鏈的支付系統(tǒng)中。不過盡管 zk-SNARK 承諾種種好處，但計算量大，運(yùn)行緩慢。

同時，zk-SNARK 需要“信任安裝”，所生成的密鑰如果落入壞人之手就可以破壞整個系統(tǒng)。不過，研究人員正在努力研究替代方案，希望可以更加高效地部署零知識驗(yàn)證，同時不需要上述密鑰。

04、零碳天然氣發(fā)電

入選理由：一種針對天然氣發(fā)電廠的新工程學(xué)方法，將二氧化碳回收再利用

技術(shù)突破：一家發(fā)電廠能夠以廉價高效的方式捕捉天然氣燃燒釋放的碳元素，避免了溫室氣體的排放

重大意義：天然氣發(fā)電為美國提供了近 32% 的電力，其碳排放量也達(dá)到電力部門總碳排放量的 30%

主要研究者：8 RiversCapital、Exelon 電力公司、CB&I等

成熟期：3-5 年

在可預(yù)見的未來，我們可能要一直將天然氣作為主要的發(fā)電能源之一。現(xiàn)成又便宜的天然氣發(fā)出的電占美國總發(fā)電量的 30%, 全世界發(fā)電量的 22%。天然氣雖然比煤炭清潔得多，仍造成了大量的碳排放。

在美國煉油工業(yè)區(qū)的中心休斯頓城外出現(xiàn)了一家前沿發(fā)電廠，他們正在測試一項(xiàng)可以實(shí)現(xiàn)清潔天然氣能源的技術(shù)。

這家公司擁有 50 兆瓦特的項(xiàng)目，他們就是 Net Power。該公司相信他們能捕獲天然氣發(fā)電過程中釋放的所有二氧化碳，同時又能夠以低廉的成本發(fā)電，至少和標(biāo)準(zhǔn)天然氣發(fā)電廠的成本相同。如果此舉真的可以實(shí)現(xiàn)，就意味著從此就可以以合理的價格從化石燃料中獲得零碳能源。這樣的天然氣發(fā)電必會改善能源供給的局面，因?yàn)樗炔幌窈四苣菢映杀靖咂螅膊幌窨稍偕茉茨菢庸┙o不穩(wěn)。

Net Power 公司是 8 Rivers Capital，Exelon 電力公司以及 CB&I 能源公司合作的產(chǎn)物。這家公司的發(fā)電廠已經(jīng)在試運(yùn)行且開始了初始測試，他們打算在未來幾個月內(nèi)就公布初次評估的結(jié)果。

這家發(fā)電廠將燃燒天然氣產(chǎn)生的二氧化碳放置到高壓高溫的環(huán)境中，并用合成的超臨界二氧化碳作為“工質(zhì)”，驅(qū)動一個特制的渦輪機(jī)。其中，大部分的二氧化碳都能被不斷地再利用，剩下不能利用的可以用一種低成本的方式捕獲。降低成本的關(guān)鍵在于出售部分二氧化碳。目前二氧化碳主要用于協(xié)助開采原油。這個市場容量有限，也并不環(huán)保。然而最終 Net Power 希望其他行業(yè)對二氧化碳的需求能夠漲起來，比如水泥制造業(yè)、塑料制造業(yè)及其他碳基材料行業(yè)。

Net Power 的科技并不能解決天然氣帶來的所有問題，尤其是開采方面的問題，但是只要我們還在使用天然氣，就應(yīng)該讓天然氣變的更清潔。

05、人造胚胎

入選理由：科學(xué)家們已經(jīng)開始通過干細(xì)胞制造胚胎

技術(shù)突破：在不使用卵細(xì)胞或精子細(xì)胞的情況下，研究人員僅從干細(xì)胞中就可以培育出類似胚胎的結(jié)構(gòu)，為創(chuàng)造人造生命提供了一條全新的途徑

重要意義：人造胚胎將為研究人員研究人類生命神秘起源提供更方便的工具，但該技術(shù)正在引發(fā)新的生物倫理爭議

主要研究者：劍橋大學(xué)、密歇根大學(xué)、洛克菲勒大學(xué)、中國科學(xué)院等

成熟期：現(xiàn)在

英國劍橋大學(xué)的胚胎學(xué)家們在一項(xiàng)重新定義了如何創(chuàng)造人造生命的突破性研究中，利用干細(xì)胞培育出了一種逼真的小鼠胚胎。該胚胎并不是由卵細(xì)胞與精子結(jié)合而來的，只使用了從另一個胚胎中得到的細(xì)胞。研究人員將這些細(xì)胞小心翼翼地放在三維支架上觀察，細(xì)胞隨后彼此開始聯(lián)結(jié)，并且排列成幾天大的老鼠胚胎獨(dú)有的子彈形狀，研究人員被這一景象吸引住了。

“我們知道干細(xì)胞有著極其強(qiáng)大的潛能，可以展現(xiàn)出近乎魔法般的能力。然而，我們沒有意識到，他們可以如此完美地實(shí)現(xiàn)自組織”，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人 Magdelena Zernicka -Goetz 表示。

Zernicka-Goetz 稱，她的“合成”的胚胎可能不會發(fā)育成老鼠。盡管如此，它們也意味著，我們很快就可以實(shí)現(xiàn)在沒有卵子的情況下育出哺乳動物。

但這并不是 Zernicka-Goetz 的最終目標(biāo)。她想研究早期胚胎的細(xì)胞是如何開始分化出其特殊作用的。她說，研究的下一步是使用人類胚胎干細(xì)胞生成人造胚胎，這也是密歇根大學(xué)和洛克菲勒大學(xué)正在進(jìn)行的研究。

人工合成的人類胚胎將是科學(xué)家們的福音，這可以讓他們梳理出胚胎在早期發(fā)展中經(jīng)歷的過程。而且，由于這些胚胎是從易操作的干細(xì)胞發(fā)展而來的，實(shí)驗(yàn)室將能夠使用各種工具，例如基因編輯技術(shù)，在它們生長的過程中對它們進(jìn)行研究。

然而，人造胚胎將會引發(fā)一些倫理問題。如果它們最終與真實(shí)的人類胚胎難以區(qū)分，我們該怎么辦? 在它們形成痛覺之前，它們能在實(shí)驗(yàn)室里成長多久? 生物倫理學(xué)家們說，我們需要在科學(xué)競賽愈演愈烈之前解決這些問題。

06、共享AI

入選理由：將機(jī)器學(xué)習(xí)工具搬上云端，將有助于人工智能更廣泛的傳播

技術(shù)突破：基于云端的人工智能正在降低這項(xiàng)技術(shù)的使用難度和價格

重大意義：目前，人工智能的應(yīng)用是受到少數(shù)幾家公司統(tǒng)治的。但其一旦與云技術(shù)相結(jié)合，那它將可以對許多人變得觸手可及，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的爆發(fā)式增長

主要研究者包括：亞馬遜、谷歌、微軟、百度、騰訊、阿里巴巴、科大訊飛、第四范式等

成熟期：現(xiàn)在

人工智能一直以來都只是亞馬遜、百度、谷歌和微軟等大型科技公司，以及少數(shù)初創(chuàng)公司的玩物。對于其他領(lǐng)域的眾多公司來說，人工智能太貴也太難，無法全面普及。

這個問題該如何解決？基于云端的機(jī)器學(xué)習(xí)工具正在將人工智能帶給更廣泛的群體。如今，亞馬遜旗下的 AWS 子公司幾乎統(tǒng)治了云 AI 市場。谷歌則試圖通過 TensorFlow 這款可以開發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開源人工智能框架來挑戰(zhàn)它的地位。而谷歌近日剛公開的 Cloud AutoML 也是一套經(jīng)過預(yù)先訓(xùn)練，可以讓人工智能變得更容易使用的系統(tǒng)。

以 Azure 平臺加入云服務(wù)大戰(zhàn)的微軟則選擇與亞馬遜合作，推出了一款開源深度學(xué)習(xí)框架 Gluon。在理論上，Gluon 可以讓創(chuàng)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——一款試圖復(fù)制人腦學(xué)習(xí)方式的重要人工智能技術(shù)——變得和開發(fā)手機(jī) APP 一樣簡單。

雖然我們不知道究竟哪家公司將會成為人工智能云服務(wù)市場的領(lǐng)頭羊，但贏家一定會獲得巨大的商業(yè)機(jī)會。

如果人工智能革命會擴(kuò)散至經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的各個角落，那么機(jī)器學(xué)習(xí)工具也將會隨之成為必需品。

如今的人工智能技術(shù)絕大多數(shù)僅用于科技行業(yè)，為這個領(lǐng)域帶來了效率的提升以及多種新的產(chǎn)品和服務(wù)。但是其他的公司與行業(yè)一直難以利用人工智能技術(shù)的發(fā)展。如果可以在醫(yī)療、制造以及能源等行業(yè)里更全面地推行人工智能技術(shù)，將極大提高各產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)力。

可惜，絕大多數(shù)的公司依然缺乏了解如何使用云端人工智能的人才。所以，亞馬遜與谷歌也創(chuàng)辦了咨詢服務(wù)。

07、基因占卜

入選理由：大規(guī)模基因研究將讓科學(xué)家能夠預(yù)測普通疾病及人格特征

技術(shù)突破：科學(xué)家們現(xiàn)在可以利用你的基因組數(shù)據(jù)預(yù)測你患心臟病或乳腺癌的幾率，甚至你的智商也能被預(yù)測

重大意義：基于 DNA 的預(yù)測技術(shù)可能公共健康領(lǐng)域下一個重大突破，但它將增加歧視的風(fēng)險

主要研究者：Helix、23andMe、Myriad Genetics、UKBiobank 、Broad Institute、華大基因、奕真生物、WeGene等

成熟期：現(xiàn)在

將來有一天，嬰兒出生時就會得到一份 DNA 檢測報告。這些報告將提供嬰兒患心臟病或癌癥的幾率、是否對煙草上癮，以及是否比一般人更聰明的預(yù)測。由于大型基因研究（部分研究涉及人數(shù)超過 100 萬人）的開展以及科學(xué)進(jìn)步，這樣的報告很快就會從概念變成現(xiàn)實(shí)。

事實(shí)證明，最常見的疾病和人們的許多行為和特征，包括智力水平，都不是一個或幾個基因影響的結(jié)果，而是許多基因作用的結(jié)果。利用正在進(jìn)行的大型基因研究的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們正在創(chuàng)造他們所謂的“多基因風(fēng)險評分”指標(biāo)。盡管新的 DNA 測試只是提供了概率推斷，而不是直接得出診斷結(jié)論，但依然可以極大地造福醫(yī)學(xué)的發(fā)展。

例如，如果那些患乳腺癌幾率高的女性做更多的乳房 X 光檢查，而患病幾率低的女性做更少的乳房 X 光檢查，那么這些檢查可能會發(fā)現(xiàn)更多真正罹患癌癥的患者，也能降低假警報發(fā)生的幾率。

制藥公司還可以在針對阿爾茨海默病或心臟病等疾病的預(yù)防性藥物的臨床試驗(yàn)中使用這些分?jǐn)?shù)指標(biāo)。通過挑選患病風(fēng)險更高的志愿者，他們可以更準(zhǔn)確地測試藥物的效果。

問題是，這些預(yù)測遠(yuǎn)非完美。誰愿意知道他們未來可能會患上阿茲海默癥? 如果癌癥風(fēng)險指標(biāo)得分低的人推遲接受篩查，然后又患上癌癥怎么辦? 多基因檢查指標(biāo)評分也存在其他爭議，因?yàn)樗鼈儙缀蹩梢灶A(yù)測任何個體特征，不僅僅是疾病。

然而，家長和教育工作者應(yīng)該如何使用這些信息呢? 對此，行為遺傳學(xué)家 EricTurkheimer 表示，這項(xiàng)新技術(shù)“既令人興奮又令人擔(dān)憂”，因?yàn)榛驍?shù)據(jù)不僅可以造福我們，也有可能會被用于其他用途，產(chǎn)生不好的影響。

08、傳感城市

入選理由：Alphabet 旗下的 Sidewalk Labs 計劃創(chuàng)建一個高科技社區(qū)來重新思考到底應(yīng)該如何建設(shè)和運(yùn)營一座城市

技術(shù)突破：多倫多的一個街區(qū)有望成為全球首個成功將尖端城市設(shè)計與前沿科技融合在一起的地方

重大意義：智慧城市會讓都市地區(qū)變得更加可負(fù)擔(dān)、宜居、環(huán)保

主要研究者：Alphabet 旗下的 Sidewalk Labs、多倫多 Waterfront、阿里巴巴等

成熟期：項(xiàng)目 2017 年 10 月對外公布，預(yù)計在 2019 年開始施工建設(shè)

如今，全球很多智慧城市計劃都已擱淺，要么下調(diào)了曾經(jīng)雄心勃勃的目標(biāo)，要么因?yàn)樯畛杀驹虮谱吡顺壐缓乐獾钠胀ň用瘛６鄠惗嗟囊粋€叫 Quayside 的項(xiàng)目，卻希望從頭開始重新設(shè)計一個社區(qū)，用最新的數(shù)字技術(shù)將其重建，打破現(xiàn)有的失敗局面。

Alphabet 旗下位于紐約市的 Sidewalk Labs 將和加拿大政府進(jìn)行合作，讓這一高科技項(xiàng)目落地在多倫多 Waterfront 工業(yè)區(qū)。

該項(xiàng)目的目標(biāo)之一就是讓一切關(guān)于設(shè)計、政策以及信息科技的決策都以一個巨大的傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)。這個網(wǎng)絡(luò)將收集各種信息：空氣質(zhì)量、噪聲水平以及人們的行為等數(shù)據(jù)。

在該規(guī)劃中，一切車輛都是自動駕駛的共享車輛，地下也將跑著負(fù)責(zé)送快遞這種低級體力勞動的機(jī)器人。Sidewalk Labs 表示，他們計劃讓正在設(shè)計的軟件與系統(tǒng)開源，可以允許其他公司在其上創(chuàng)建服務(wù)，類似為手機(jī)開發(fā) APP 的做法。

該公司計劃密切監(jiān)視公共基礎(chǔ)設(shè)施，然而這卻引起了對數(shù)據(jù)管理與隱私的擔(dān)憂。但是 Sidewalk Labs 相信，它可以通過與社區(qū)和當(dāng)?shù)卣暮献鳎徑獠糠謸?dān)憂。

“在 Quayside 項(xiàng)目中，我們所做的最獨(dú)特的一點(diǎn)就是，這個項(xiàng)目不僅包含我們巨大的野心，也有著一定程度上的謙遜”，負(fù)責(zé)城市系統(tǒng)規(guī)劃的 Sidewalk Labs 高管 RitAggarwala 說道。

目前，北美已有多個城市正在爭取成為 Sidewalk Labs 的下一個標(biāo)的。據(jù)管理 Quayside 開發(fā)的某公共部門 CEO WillFleissig 表示：“舊金山、丹佛、洛杉磯以及波士頓都來聯(lián)系我們，就是為了獲得引薦。”

09、巴別魚耳塞

入選理由：雖然現(xiàn)有硬件并不那么好用，但谷歌 Pixel Buds 卻展示了實(shí)時翻譯的前景

技術(shù)突破：近實(shí)時翻譯適用于多種語言，而且使用起來很方便

重大意義：在全球化日益發(fā)展的今天，語言仍是交流的一大障礙

主要研究者：谷歌、科大訊飛、百度、騰訊、搜狗、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、蘇州大學(xué)等

成熟期：現(xiàn)在

在風(fēng)靡一時的科幻經(jīng)典《銀河系漫游指南》中，你把一條黃色的巴別魚塞到耳朵里，就可以聽到實(shí)時翻譯。

在現(xiàn)實(shí)世界中，谷歌已經(jīng)研究出了一個過渡性的解決方案：一副叫做 Pixel Buds 價值 159 美元的耳塞。這副耳塞可以在 Pixel 智能手機(jī)上通過谷歌翻譯應(yīng)用進(jìn)行實(shí)時翻譯。需要一個人佩戴耳塞，另一個人手持手機(jī)。

佩戴耳塞的人用自己的語言講話——默認(rèn)是英語——然后谷歌翻譯應(yīng)用就會對所講的話進(jìn)行翻譯，并在智能手機(jī)上大聲播放。手持手機(jī)的人回應(yīng)后，回答被翻譯，然后在耳塞中播放。

谷歌翻譯之前就已經(jīng)有了對話功能，其 iOS 和安卓版應(yīng)用都可以自動識別說話者的語言，然后自動翻譯。但背景噪音會增加應(yīng)用理解話語的難度，同時也會讓應(yīng)用很難判斷說話人何時停頓，何時開始翻譯。

Pixel Buds 有效解決了這些問題，因?yàn)榕宕魅丝梢栽谡f話的同時用手指點(diǎn)擊和長按右邊的耳塞。將交互分別放在智能手機(jī)和耳塞上，可以讓雙方都能控制麥克風(fēng)，幫助講者保持眼神交流，因?yàn)檫@樣就不用來回傳遞手機(jī)了。

目前，Pixel Buds 因?yàn)榈陀谛袠I(yè)平均水準(zhǔn)的設(shè)計而備受抨擊。耳塞看起來很不智能，也不是很貼合耳朵，而且很難與手機(jī)進(jìn)行適配。不過硬件笨拙還是有計可施的。Pixel Buds 讓大家看到了近實(shí)時翻譯跨語言障礙自由溝通的曙光，而且你還不用把一條巴別魚塞到耳朵里。

在中國，有許多公司也積極投入發(fā)展，科大訊飛、百度、搜狗可以說是這個領(lǐng)域的領(lǐng)先者，除了提供智能語音、翻譯等服務(wù)外，也將技術(shù)引入硬件中，不過，相較于外國業(yè)者偏好以耳機(jī)作為切入點(diǎn)，中國企業(yè)則選擇翻譯機(jī)，像是科大訊飛推出曉譯翻譯機(jī)，百度則有共享 WiFi 翻譯機(jī)。

10、材料的量子飛躍

入選理由：研究者們最近開始使用量子計算機(jī)對簡單分子進(jìn)行建模，而這僅僅是開始

技術(shù)突破：IBM 采用 7 量子比特的量子計算機(jī)對小分子的電子結(jié)構(gòu)成功地進(jìn)行彷真計算

重大意義：借助該技術(shù)，科學(xué)家能了解分子的各個方面信息并以此開發(fā)出更有效的藥物以及更高效生成或傳輸能源的新材料

主要研究者：IBM、Google、哈佛大學(xué) Alán Aspuru-Guzik 教授、中國科技大學(xué)、中國科學(xué)院、浙江大學(xué)、阿里巴巴等

成熟期：5 到 10 年

新型量子計算機(jī)功能強(qiáng)大，不過它的發(fā)展道路上依然籠罩著一層迷霧：量子計算機(jī)有著當(dāng)今計算機(jī)無法比擬的計算力，但是我們至今尚未弄清楚這種能力能被用來做什么。

一個前景無限的應(yīng)用方向正在向量子計算機(jī)招手：精確分子設(shè)計。多少年來，化學(xué)家都夢想著能設(shè)計出新型蛋白質(zhì)，用于研制更有療效的藥物，或是設(shè)計出新型高效電池中的電解質(zhì)、直接將太陽能轉(zhuǎn)化為液態(tài)燃料的神奇化合物以及更高效的太陽能電池。

然而，這些技術(shù)中的材料分子都難以在計算機(jī)上建模和彷真，遑論設(shè)計和合成了。即使彷真一個簡單分子的電子形態(tài)這樣的任務(wù)，都會復(fù)雜到讓現(xiàn)有的計算機(jī)敗下陣來。不過，這對于量子計算機(jī)而言就是小菜一碟了。

相比傳統(tǒng)計算機(jī)那樣采用“1”或“0”的數(shù)字比特（Digital Bits）作為計算和存儲單元，量子計算機(jī)采用量子系統(tǒng)的量子比特（Qubits）作為運(yùn)算單元。

最近，IBM 的研究者應(yīng)用 7 量子比特量子計算機(jī)針對一個三原子分子進(jìn)行了彷真實(shí)驗(yàn)。

如今，科學(xué)家正在打造具有更多量子比特的量子計算機(jī)，量子算法也在提升，我們更感興趣的大分子精確彷真計算也將成為可能。

實(shí)際上，中國在量子計算方面也有相當(dāng)明顯的成長，雖然目前的技術(shù)層次還無法與前面幾家大企業(yè)相提并論，但是在產(chǎn)業(yè)、學(xué)術(shù)界，以及政府的通力合作之下，也正一步步追趕上領(lǐng)先者的腳步。

2017 年 5 月，中國科學(xué)院宣布由中科大、中國科學(xué)院──阿里巴巴量子核算實(shí)驗(yàn)室、浙江大學(xué)、中科院物理所等單位或公司聯(lián)合研製的光量子電腦正式誕生。

另外，同年 10 月 11 日，由中科院與阿里云合作發(fā)佈量子計算云平臺，量子計算的商業(yè)化已經(jīng)近在咫尺，速度毫不遜色于歐美的腳步。

然而，量子計算還有不少需要突破的地方，首先，量子計算的精度相當(dāng)?shù)?，雖然用在深度學(xué)習(xí)等精度需求不高的計算上相當(dāng)合適，但要處理傳統(tǒng)計算機(jī)的通用計算工作，可能就力有未逮了。