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2019年10项最新突破性技术

今日限免 JackLeon 3个月前 (03-19) 128次浏览 0个评论 扫描二维码

2019 年 10 项最新突破性技术

2019年10项最新突破性技术

从近期开始,新知周报会不定期更新一些特别期刊,本期分享的是MIT Technology Review盘点的他们认为的影响我们现在、未来的工作和生活方式的 10 项突破性技术。

1.更加灵巧的机器人

机器人正在学习教会自己处理物理的世界。

对于所有关于机器的讨论表明,机器人缺乏灵活性,依然笨重。机器人的优点在于它可以以及其的精准度重复的完成一项工作,而不会感到厌倦。但是机器人却很难根据实际情况灵活变通。但是现在,这个难题正在被突破。虽然机器人还不能像人类的手一样灵巧,仅仅通过编程和观察来掌握如何抓住并操作物体,但它现在可以通过虚拟的、反复的试验来学会如何灵活的操纵物体。

Dactyl 这样的一个项目,它是一个自学用手指翻转积木玩具的机器人。Dactyl 来自旧金山的非盈利组织 OpenAI,该机器人由一个机械手臂组成,周围围绕着一排灯和摄像机。所谓的强化学习,是利用神经网络软件学习如何在一个模拟环境中抓住并转动积木,然后再用机械手指实际操作。这个实验一开始是随机的,随着时间的推移,当神经网络越来越接近最终的目标时,加强网络内部的链接。

通过不可能将虚拟实践转移到现实生活中,因为不同材料的摩擦力不同,很难实现,所以 OpenAI 团队通过在虚拟训练中增加随机性来解决这个问题,给机器人一个能代表现实的模拟环境。

我们需要进一步突破才能掌握真正灵巧的、能被工厂所需要的机器人,如果研究人员能可靠的掌握这种学习方法,机器人会帮助我们组装工具,做家务、甚至帮助照顾老人。

重要性:如果机器人可有学会处理物理世界,那么他们意味着他们可以完成更多的任务。
主要参与者:OpenAI 卡内基梅隆大学 密歇根大学 加州大学伯克利分校
可用性:3~5 年

YouTube 视频 →
Learning Dexterity
OpenAI creates Dactyl robot hand with "unprecedented" dexterity

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2.新核反应堆有助于阻止气候变化

先进的核聚变和裂变反应堆正逐渐接近现实。

在过去一年里势头强劲的新核设计有望使这种能源更安全、更便宜。其中包括对传统设计进行改进的第四代裂变反应堆;小型模块化反应堆;核聚变反应堆,这是一项似乎永远遥不可及的技术。第四代裂变设计的开发商,如加拿大的陆地能源公司和总部位于华盛顿的 TerraPower 公司,已经与公用事业公司建立了研发合作关系,目标是在 2020 年之前实现电网供应(可能有点乐观)。

小型模块化反应堆的发电能力通常为数十兆瓦(相比之下,传统的核反应堆的发电能力约为 1000 兆瓦)。像俄勒冈州的 NuScale 这样的公司说,微型反应堆可以节省资金,降低环境污染和成本。

尽管没有人预计在 2030 年之前能交付使用,但通用核聚变(General Fusion)和麻省理工学院(MIT)下属的联邦核聚变系统(Commonwealth Fusion Systems)等公司正在取得一些进展。许多人认为核聚变只是一个白日梦,但由于反应堆不会熔化,也不会产生长期的、高水平的废物,它应该比传统的核能面临的公众阻力要小得多。(比尔·盖茨是 TerraPower 和 Commonwealth Fusion Systems 的投资者。)

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3.预测早产儿

简单的验血可以预测孕妇是否有过早分娩的风险。我们的遗传物质主要存在于细胞内,但是少量的“无细胞( “cell-free” )”DNA 和 RNA 也漂浮在我们的血液中,通常由垂死细胞释放。在孕妇中,无细胞材料是来自胎儿、胎盘和母亲的核酸汤。

斯坦福大学的生物工程师斯蒂芬雷克斯已经找到了一种方法来解决医学界最棘手的问题之一:大约十分之一的婴儿过早出生。


自由浮动的 DNA 和 RNA 可以产生以前需要侵入性细胞抓取细胞的信息,例如对肿瘤进行活组织检查或刺穿孕妇的腹部以进行羊水穿刺术。改变的是,现在更容易检测和测序血液中的少量无细胞遗传物质。在过去的几年里,研究人员已经开始开展癌症血液检测(通过从肿瘤细胞中发现明显的 DNA)以及产前筛查唐氏综合症等疾病。

这些条件的测试依赖于寻找 DNA 中的基因突变。另一方面,RNA 是调节基因表达的分子 – 从基因中产生多少蛋白质。通过对母亲血液中自由漂浮的 RNA 进行测序,Quake 可以发现七个基因表达的波动,这些基因与早产相关。这让他可以识别可能过早交付的女性。一旦被警告,医生可以采取措施避免早产,并给予孩子更好的生存机会。

Quake 说,验血背后的技术快速,简便,每次测量不到 10 美元。他和他的合作者已经启动了一家创业公司 Akna Dx,将其商业化。- 邦妮罗奇曼

重要性:是每年有 1500 万婴儿过早出生;,它是五岁以下儿童死亡的主要原因。
主要参与者:AknaDx
可用性:5 年内可在医生办公室测试

斯坦福新闻 Predicting, preventing preterm births →
PREDICTING PREMMIES: THE TEST THAT COULD SAVE BABIES’ LIVES →
A simple blood test to predict premature births could save babies’ lives →

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4.肠道胶囊探测器


一个小型的。可吞咽的设备可以捕获肠道的详细图像,无需麻醉,及时在婴儿中也是可以做到。

环境肠功能障碍(EED)可能是你从未听说过的最昂贵的疾病之一。它的特点是肠道发炎,渗漏,吸收营养不良,在贫穷国家很普遍,这也是为什么那里的许多人营养不良,发育迟缓,从来没有达到正常身高的原因之一。没有人确切地知道需要是原因以及如何预防或治疗。

实际的检测将有助于医务工作者知道何时以及如何进行干预。目前已有针对婴儿的治疗方法,但要诊断和研究这些年幼儿童肠道内的疾病,往往需要对他们进行麻醉,并将一根称为内窥镜的管子插入喉咙。这是昂贵的,不舒服的,不实用的地区,在世界上的需求是普遍的。

因此,波士顿麻省总医院(Massachusetts General Hospital, MGH)的病理学家和工程师吉尔莫•特里尼(Guillermo Tearney)正在开发一种小型设备,可以用来检查肠道是否有加速生长的迹象,甚至可以进行组织活检。与内窥镜不同的是,它们在初诊时很容易使用。

特里尼的可食用胶囊中含有微型显微镜。它们被连接在一根灵活的绳状缆绳上,提供电力和光线,同时将图像发送到带有显示器的控制台。这样,医护人员就可以在感兴趣的地方暂停胶囊的使用,待胶囊用完后再取出来,这样就可以对其进行消毒并重复使用。(虽然这听起来令人作呕,但 Tearney 的团队已经开发出一种技术,他们说这种技术不会引起不适。)它还可以携带技术,以单个细胞的分辨率成像消化道的整个表面,或者捕捉几毫米深的三维截面。

该技术有多种应用;在 MGH,它被用于筛查巴雷特氏食管,一种食管癌的前兆。对于 EED, Tearney 的团队已经开发出一种更小的版本,用于不能吞咽药片的婴儿。该疫苗已在巴基斯坦的青少年身上进行了测试,而巴基斯坦的青少年普遍患有小儿麻痹症,预计将于 2019 年进行婴儿测试。

重要性:该设备可以轻松的筛查和研究肠道疾病,可以使贫穷国家的数百万儿童摆脱疾病的困扰
主要参与者:Massachusetts General Hospital
可用性:目前可以用于成人;婴儿测试将在 2019 年开始

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5.可定制的癌症疫苗

这种疗法通过识别每个肿瘤特有的突变,刺激人体的自然防御系统,以此来破坏癌细胞。

科学家们正处于首个个性化癌症疫苗商业化的风口浪尖。如果疫苗能如人们所希望的那样发挥作用,就能有效地阻止多种癌症的发生。这种疫苗能激发人体的免疫系统,通过其独特的突变来识别肿瘤。

与传统的化学疗法不同,这种疫苗利用人体的自然防御系统选择性地摧毁肿瘤细胞,从而限制了对健康细胞的损害。攻击免疫细胞也可以在初始治疗后警惕地发现任何游离癌细胞。

2008 年,在人类基因组计划完成 5 年后,遗传学家发表了第一个癌症肿瘤细胞序列,这种疫苗的可能性开始成形。

不久之后,研究人员开始比较肿瘤细胞和健康细胞以及其他肿瘤细胞的 DNA。这些研究证实,所有的癌细胞都含有数百种(如果不是数千种的话)特定的突变,其中大多数突变对每个肿瘤来说都是独一无二的。

几年后,一家名为 BioNTech 的德国初创公司提供了令人信服的证据,证明含有这些突变副本的疫苗可以催化人体免疫系统产生 T 细胞,这些 T 细胞可以寻找、攻击并摧毁所有隐藏它们的癌细胞。

2017 年 12 月,BioNTech 与生物技术巨头基因泰克(Genentech)合作,开始在癌症患者身上进行大规模疫苗测试。目前正在进行的试验目标是至少 10 种实体癌症,目标是在全球各地招募 560 多名患者。

这两家公司正在设计新的制造技术,以生产数以千计的个人定制疫苗,既便宜又快捷。这将是一个棘手的问题,因为研制疫苗需要对患者的肿瘤进行活组织检查,对其 DNA 进行测序和分析,并将这些信息迅速送到生产现场。疫苗一旦生产出来,需要立即送到医院;拖延可能是致命的。

重要性:常规化学疗法对细胞造成严重影响,并不总能有效对抗肿瘤
主要参与者:BioNTech  |  Genentech
可用性:在人体测试中

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6.没有牛肉的“牛肉汉堡”

在不破坏环境的情况下,实验室种植的和基于植物的替代品都接近真实肉类的味道和营养价值。

联合国预计到 2050 年世界人口将达到 98 亿,同时有些人会越来越富有。这两种趋势对于气候变化都不是好兆头——尤其是因为当人们摆脱贫困时,他们往往会吃更多的肉。

根据预测,到那时,人类的肉类消费量将比 2005 年增加 70%。事实证明,饲养供人类食用的动物是我们对环境做的最糟糕的事情之一。

根据动物的不同,用西方工业化方法生产一磅肉蛋白需要 4-25 倍的水,6-17 倍的土地,以及 6-20 倍的化石燃料。

问题是,人们不太可能很快停止吃肉。这意味着实验室种植和以植物为基础的替代品可能是限制破坏的最好方法。

制造实验室培育的肉类需要从动物身上提取肌肉组织,并在生物反应器中生长。最终的产品看起来很像你从动物身上得到的,尽管研究人员仍在研究味道。荷兰马斯特里赫特大学(Maastricht University)的研究人员正致力于大规模生产实验室培育的肉类。实验室饲养肉类的一个缺点是,其对环境的好处充其量也只是粗略的。世界经济论坛最近的一份报告称,实验室饲养肉类的排放量仅比牛肉生产的排放量低 7%左右。

对于像 Beyond Meat 和 Impossible Foods(比尔·盖茨是这两家公司的投资者)这样的公司来说,更好的环保理由是它们使用豌豆蛋白、大豆、小麦、土豆和植物油来模仿动物肉的质地和味道。

Beyond Meat 在加州新开了一家 2.6 万平方英尺(2400 平方米)的工厂,已经在 3 万家商店和餐馆售出了 2500 多万个汉堡。根据密歇根大学可持续系统中心的一项分析,超肉饼产生的温室气体排放量可能比传统的牛肉饼少 90%。

重要性:畜牧业生产导致灾难性的森林砍伐,水污染和温室气体排放
主要参与者:Beyond Meat  |  Impossible Foods
供货情况:栽培中,实验室培养的预计在 2020 年

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7.捕捉二氧化碳

通过经济且实用的方法捕获空气中多余的二氧化碳,可以减少的温室气体排放

即使我们减缓二氧化碳的排放,温室气体的变暖效应也会持续数千年。联合国气候小组现在得出结论,为了防止气温上升危险,本世纪全球将需要从大气中清除多达 1 万亿吨的二氧化碳。

去年夏天,哈佛大学(Harvard)气候科学家戴维•基思(David Keith)得出了一个惊人的发现。他计算出,理论上,通过一种被称为直接空气捕捉的方法,机器可以以每吨不到 100 美元的价格实现这一目标。这比先前的估计便宜了一个数量级,这使得许多科学家认为这项技术过于昂贵而不予考虑——尽管成本要降至接近这一水平仍需数年时间。

即使捕获了二氧化碳,你仍然需要考虑如何处理掉它。

加拿大初创企业碳工程(Carbon Engineering)于 2009 年与人共同创办,该公司计划扩大其试点工厂,以提高其合成燃料的产量,使用捕获的二氧化碳作为关键成分。(比尔·盖茨是碳工程投资者。)

总部位于苏黎世的 Climeworks 在意大利的直接空气捕捉工厂将从捕获的二氧化碳和氢气中生产甲烷,而瑞士的第二家工厂将向软饮料行业销售二氧化碳。纽约的 Global Thermostat 公司也将如此。该公司去年在阿拉巴马州建成了第一家商业工厂。

尽管如此,如果它被用于合成燃料或苏打水中,二氧化碳最终大部分会回到大气中。最终目标是将温室气体永远封存。有些可以嵌套在碳纤维、聚合物或混凝土等产品中,但更多的则需要埋在地下,这是一项成本高昂的工作,似乎没有任何商业模式能够支持。

事实上,从工程学的角度来看,从空气中提取二氧化碳是应对气候变化最困难和最昂贵的方法之一。但是考虑到我们减排的速度是如此之慢,我们已经没有好的选择了。头脑寺

重要性:减少大气中的二氧化碳可能是最后一个可以阻止灾难性气候的方法
主要参与者:Carbon Engineering  |  Climeworks  |  Global Thermostat
可用性:5-10 年


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8.手腕上的心电图

监管机构的批准和技术的进步使人们更容易通过可穿戴设备持续监测自己的心脏。

健身追踪器并不是真正的医疗设备,剧烈的运动或松松垮垮的腕带会干扰读取你脉搏的传感器。但是,心电图是医生用来在引起中风或心脏病发作前诊断异常的一种方法,而这一检查需要去诊所或医院,而人们往往不能及时参加检查。由于新的监管规定和软硬件的创新,支持心电图功能的智能手表为可穿戴设备提供了便利,其精确度更接近医疗设备。

2017 年,硅谷初创公司 AliveCor 推出的一款苹果手表兼容的腕带获得了 FDA 的批准。这款腕带可以检测心房纤颤,这是导致血栓和中风的常见原因。去年,苹果公司发布了自己的内置在 Apple watch 上的、通过 fda 检测的心电图功能。

不久之后,健康设备公司 Withings 也宣布了一款配有心电图的手表的计划。目前的可穿戴设备仍然只使用一个传感器,而真正的心电图只有 12 个传感器。目前还没有一种可穿戴设备能够在心脏病发作时检测到它。但这种情况可能很快就会改变。去年秋天,AliveCor 通过一个应用程序和两个传感器系统向美国心脏协会(American Heart Association)提交了初步结果。

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9.没有下水道的卫生马桶

节能厕所可以在没有下水道系统的情况下运行,并就地处理垃圾。大约有 23 亿人没有良好的卫生条件。由于缺乏合适的厕所,人们会将粪便倾倒到附近的池塘和小溪中,传播细菌、病毒和寄生虫,从而导致腹泻和霍乱。全球每九个儿童中就有一个死于腹泻。现在,研究人员正致力于建造一种新型厕所,这种厕所对发展中国家来说足够便宜,而且还可以处理垃圾。

2011 年,比尔·盖茨创造了这个领域的大奖——彻底改造厕所挑战。自比赛开始以来,已有几支队伍将原型机投入了该领域。所有的废物都是在当地处理的,所以不需要大量的水把它们送到遥远的处理厂。大多数原型机都是独立的,不需要下水道,但它们看起来就像传统的厕所,安装在小型建筑或储物箱中。这个由南佛罗里达大学设计的新型发电马桶,利用一层比细菌和病毒还小的厌氧膜过滤污染物。康涅狄格州生物质控中心的另一个项目是一个集装箱大小的炼油厂;它将废物加热,产生一种富含碳的物质,这种物质可以给土壤施肥。

缺点之一是,这些厕所并不是每一个规模都能使用。例如,生物质控制产品主要是为每天成千上万的用户设计的,这使得它不太适合较小的村庄。杜克大学开发的另一套系统只能供附近几户人家使用。所以现在的挑战是让这些厕所更便宜,适合不同规模的社区。南佛罗里达大学的副教授丹尼尔·叶(Daniel Yeh)领导了这个新发电机团队,他说:“建造一两个这样的装置很棒。”“但要想真正对世界产生技术影响,唯一的方法就是批量生产。”

重要性:23 亿人缺乏安全的卫生设施,许多人因此而死亡
主要参与者:Duke University  | University of South Florida  |  Biomass Controls  |  California Institute of Technology
可用性:1-2 年

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10.能语义识别的 AI 助手

捕捉单词之间语义关系的新技术(语义识别)正在使机器更好地理解自然语言。、

我们已经习惯了人工智能助手,使用 alexa 在客厅里播放音乐,用 Siri 在你的手机上设置闹钟…但他们并没有真正实现他们所谓的聪明才智。他们本应该简化我们的生活,但他们似乎没有取得任何进展。它们只识别很小范围的指令,并且很容易出现偏差。

但最近的一些进步将扩大你的数字助理的服务范围。2018 年 6 月,OpenAI 的研究人员开发了一种技术,可以训练人工智能处理未标记的文本,以避免人工分类和标记所有数据的花费和时间。几个月后,谷歌的一个团队发布了一个名为 BERT 的系统,该系统通过学习数百万个句子来预测单词的缺失。在多项选择题测试中,它在填补空白方面表现得和人类一样好。

这些改进,加上更好的语音合成,正让我们从给人工智能助手简单的命令,转向与他们对话。他们将能够处理日常琐事,如做会议记录、查找信息或网上购物。

有些已经在这里了。谷歌 Duplex 是谷歌 Assistant 类似人类的升级版,它可以接听你的电话,屏蔽垃圾邮件发送者和电话推销员。它还可以打电话给你预定餐厅或沙龙。

在中国,消费者正逐渐习惯阿里巴巴的 AliMe,它通过电话协调包裹递送,并通过聊天讨论商品价格。

但是,尽管人工智能程序在某些方面可以帮你做的越来越好,但它们仍然很好的理解一句话。代码是通过脚本编写或统计生成的,反映出向机器灌输真正的语言理解是多么困难。一旦我们跨越了这个障碍,我们将看到另一个进化,AI 语音助手可以成为我们的保姆、助理、朋友或老师。

重要性:AI 助手不仅可以做简单指令式任务,不仅后 AI 可以基于语义识别执行会话任务。
主要参与者:Google  | Alibaba  | Amazon
可用性:1-2 年

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最后引用美院在未·未来全球教育大会中的一句 slogan

未知,预知。未来,以来

The unknown,will be known.The future,is here.


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