2019年美國《麻省理工科技評(píng)論》發(fā)布“全球十大突破性技術(shù)”（上篇）

1、Top 10 Breakthrough Technologies in the WorldReleased by MIT Technology Review in 20192019年美國麻省理工科技評(píng)論發(fā)布“全球十大突破性技術(shù)”（上篇）2019年麻省理工科技評(píng)論評(píng)出的全球十大突破性技術(shù)榜單包括：靈 巧機(jī)器人、核能新浪潮、早產(chǎn)預(yù)測(cè)、腸道顯微膠囊、定制癌癥疫苗、人造肉 漢堡、捕獲二氧化碳、可穿戴心電儀、無下水道衛(wèi)生間、流利對(duì)話的AI助手共 十大突破性技術(shù)。以下是該份榜單詳細(xì)內(nèi)容及部分解讀節(jié)選，我們將分上下篇 在第1期和第2期雜志上陸續(xù)刊登靈巧機(jī)器人重大意義：機(jī)器正在通過自我學(xué)習(xí)學(xué)會(huì)應(yīng)對(duì)這個(gè) 現(xiàn)實(shí)世

2、界。如果機(jī)器人能學(xué)會(huì)應(yīng)對(duì)混亂的現(xiàn)實(shí)世界， 那么它們就可以勝任更多的任務(wù)。主要研究者：OpenAI （人工智能非營(yíng)利組 織）、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、密歇根大學(xué)、加州大學(xué)伯克 利分校成熟期：三至五年盡管人們一直在討論機(jī)器取代人類工作的話題， 但目前工業(yè)機(jī)器人仍然表現(xiàn)得較為笨拙且靈活性欠佳。 雖然機(jī)器人可以在裝配線上不厭其煩地重復(fù)著同一個(gè)動(dòng) 作，同時(shí)還能保持超高的精度，但哪怕目標(biāo)物體被稍微 移動(dòng)了一點(diǎn)，或?qū)⑵涮鎿Q成不同的零件，機(jī)器人的抓取 過程就會(huì)變得十分笨拙甚至是直接抓空。如今，雖然我們還無法讓機(jī)器人做到和人一樣，在 看到物體后就明白如何將其拿起，但現(xiàn)在它可以通過在 虛擬空間里進(jìn)行反復(fù)的試驗(yàn)，最終自主學(xué)

3、會(huì)處理眼前的 物體。位于舊金山的非盈利組織OpenAI就推出了這 樣一套AI系統(tǒng)Dactyl，并已成功操控一個(gè)機(jī)器手讓其 靈活地翻轉(zhuǎn)一塊積木。這套神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件能夠通過強(qiáng) 化學(xué)習(xí)，讓機(jī)器人在模擬的環(huán)境中學(xué)會(huì)抓取并轉(zhuǎn)動(dòng)積 木后，再讓機(jī)器手進(jìn)行實(shí)際操作。這套軟件開始時(shí)會(huì) 進(jìn)行隨機(jī)的嘗試，并在不斷地接近最終目標(biāo)的過程中 逐漸加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的連接。通常我們無法讓機(jī)器人將模擬練習(xí)中獲得的知 識(shí)應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)環(huán)境里，因?yàn)槲覀兒茈y模擬出像摩擦 力或是材料的不同性質(zhì)這樣的復(fù)雜變量。而OpenAI 團(tuán)隊(duì)則通過在虛擬訓(xùn)練中引入隨機(jī)性來克服了這個(gè) 問題?，F(xiàn)階段，我們還要取得更多的突破才能讓機(jī)器人 變得更加靈活。但如果研究人

4、員能夠很好地利用這種 學(xué)習(xí)方法，未來的機(jī)器人將有望能夠?qū)W會(huì)組裝電子產(chǎn) 品、將餐具擺入洗碗機(jī)里、甚至是能夠?qū)⑴P床的人從 床上扶起。核能新浪潮重大意義：先進(jìn)的核聚變和核裂變反應(yīng)堆正在走 進(jìn)現(xiàn)實(shí)。在減少碳排放和限制氣候變化的努力方面， 核能的作用似乎正變得越來越不可或缺。主要研究者：陸地能源（Terrestrial Energy）、泰拉能源（TerraPower）、紐斯凱爾 （NuScale）、General Fusion。成熟期：新型核裂變反應(yīng)堆到有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模 應(yīng)用；核聚變反應(yīng)堆仍需至少十年時(shí)間。在過去的一年中，新型核反應(yīng)堆發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁， 核能的使用將會(huì)變得更安全，成本也更低。新型反應(yīng) 堆的發(fā)展

5、包括：顛覆了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的第四代核裂變反應(yīng) 堆、小型模塊化反應(yīng)堆，以及似乎永遠(yuǎn)也無法實(shí)現(xiàn)的 核聚變反應(yīng)堆。第四代核裂變反應(yīng)堆的開發(fā)者，比如 加拿大的Terrestrial Energy和總部位于華盛頓的 泰拉能源（TerraPower），已經(jīng)開始與電力公司建 立研發(fā)合作關(guān)系，力爭(zhēng)在2。2。年代之前實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā) 電（這個(gè)估計(jì)可能有些樂觀）。小型模塊化反應(yīng)堆可以產(chǎn)生的電力，通常為數(shù) 十兆瓦（相比之下，傳統(tǒng)核反應(yīng)堆可以產(chǎn)生約1000 兆瓦的電力）。像俄勒岡州的NuScale這樣的公司 表示，小型化的反應(yīng)堆可以節(jié)約資金成本，并降低環(huán) 境和金融風(fēng)險(xiǎn)。核聚變方面也有進(jìn)展。雖然沒人指望可控核聚變 技術(shù)會(huì)在2030

6、年以前實(shí)現(xiàn)交付，但像General Fusion 和 Commonwealth Fusion Systems這樣的來自麻省 理工學(xué)院的初創(chuàng)企業(yè)，正在取得一些積極進(jìn)展。許多 人認(rèn)為可控核聚變只是黃粱美夢(mèng)，然而，由于核聚變 反應(yīng)堆不會(huì)出現(xiàn)堆芯熔毀，也不會(huì)產(chǎn)生衰變期長(zhǎng)、 放射性高的核廢料，它所可能面臨的公眾抵制應(yīng)該 會(huì)比常規(guī)核反應(yīng)堆少很多（比爾蓋茨是泰拉能源和 Commonwealth Fusion Systems 的投資方）。早產(chǎn)預(yù)測(cè)重大意義：每年有1500萬嬰兒過早出生，這是五 歲以下兒童死亡的主要原因主要研究者：Akna Dx成熟期：可在五年內(nèi)進(jìn)入臨床測(cè)試。簡(jiǎn)單的驗(yàn)血可以預(yù)測(cè)孕婦是否有過早分娩

7、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。在孕婦中，這些游離的遺傳物質(zhì) 碎片來自胎兒、胎盤和母親的細(xì)胞。斯坦福大學(xué)的生 物工程師S tephen Quake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：大約十分之一的嬰兒過早 出生。自由漂浮的DNA和RNA攜帶者以前需要侵入性 細(xì)胞抓取細(xì)胞的信息，例如對(duì)腫瘤進(jìn)行活組織檢查或 刺破孕婦的腹部進(jìn)行羊膜穿刺術(shù)。不一樣的是現(xiàn)在更 容易檢測(cè)和分析血液中無細(xì)胞遺傳物質(zhì)。在過去幾年中，研究人員開始通過從血液中檢測(cè) 腫瘤細(xì)胞的DNA，以及通過血液檢測(cè)對(duì)孕婦進(jìn)行唐氏 綜合癥等疾

8、病的產(chǎn)前篩查。這些檢測(cè)依賴于尋找DNA 中的基因突變。另一方面，RNA是調(diào)節(jié)基因表達(dá)的 分子物質(zhì)，能夠決定從基因中產(chǎn)生多少蛋白質(zhì)。通過對(duì)母親血液中的自由漂浮的RNA進(jìn)行測(cè) 序，Quake篩選出與早產(chǎn)有關(guān)的七種基因表達(dá)的波 動(dòng)。這讓他可以識(shí)別可能過早分娩的女性。一旦被警 告，醫(yī)生可以采取措施避免早產(chǎn)，并給予孩子更好的 生存機(jī)會(huì)。Quake說，血液檢測(cè)所運(yùn)用的技術(shù)，快速，簡(jiǎn) 便，每次測(cè)量不到10美元。他和他的合作者已經(jīng)創(chuàng)辦 了一家創(chuàng)業(yè)公司Akna Dx將其商業(yè)化。腸道顯微膠囊重大意義：一種小型的、可吞咽的設(shè)備，不使用 麻醉也可以捕捉到腸道的詳細(xì)圖像，甚至在嬰兒和兒 童體內(nèi)也可以。這一設(shè)備使腸道疾病

9、的探測(cè)和研究變 得更為容易，其中包括使貧困地區(qū)的數(shù)百萬兒童發(fā)育 不良的一種疾病。主要研究者：麻省總醫(yī)院成熟期：目前在成人體內(nèi)使用；嬰兒試驗(yàn)將于 2019年進(jìn)行。環(huán)境性腸功能障礙（EED）可能是你從未聽說過 的花費(fèi)昂貴的疾病之一。以腸道發(fā)炎、腸道泄露和營(yíng) 養(yǎng)吸收不良為特征，這一疾病在貧窮國家廣泛傳播， 這也是這些地區(qū)許多人營(yíng)養(yǎng)不良、發(fā)育遲緩、未能達(dá) 到正常身高的原因之一。沒有人知道引起EED的具體原因是什么，也沒有 人知道怎樣預(yù)防或治療這一疾病。切實(shí)可行的檢測(cè)手 段可以幫助醫(yī)務(wù)工作者了解何時(shí)應(yīng)該干預(yù)及怎樣治 療。在嬰兒中已經(jīng)有了治療方法，但診斷和研究這些 幼兒腸道疾病通常需要麻醉，并將一個(gè)稱為內(nèi)

10、窺鏡的 管子插入喉嚨。這種方法昂貴、不舒服、且在EED 盛行地區(qū)難以開展。因此，麻省總醫(yī)院（MGH）的 病理學(xué)家和工程師Guillermo Tearney研發(fā)了一種小 型設(shè)備，這種設(shè)備能夠檢測(cè)EED的表現(xiàn)癥狀，甚至可 以進(jìn)行組織活檢。與內(nèi)窺鏡不同，它在基礎(chǔ)保健檢測(cè) 過程中應(yīng)用簡(jiǎn)單。Tearney的可吞咽膠囊顯微鏡附在可彎曲的線型 導(dǎo)管上，被連接到一種叫做光學(xué)相干斷層成像系統(tǒng) （OCT）的設(shè)備上。在病人將膠囊吞咽后，醫(yī)療人員 在將纖維膠囊拉回的過程中，能夠無死角對(duì)整個(gè)消 化道做纖維斷層掃描。這種膠囊在消毒后可以重復(fù) 利用（這聽起來有點(diǎn)兒令人不適，但是Tearney的團(tuán) 隊(duì)已經(jīng)研發(fā)出一種技術(shù)，據(jù)他

11、們說，這種技術(shù)不會(huì) 造成不適）。它還帶有以單細(xì)胞分辨率拍攝消化道 表面的技術(shù)，以及捕捉幾毫米深度的三維橫截面的 技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)有幾種應(yīng)用；在麻省總醫(yī)院，它被用來 檢測(cè)巴雷特食管，一種食管癌的前身。關(guān)于EED， Tearney的團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一種更小的版本，可以給不 能吞咽藥丸的嬰兒使用。這已經(jīng)在盛行EED的巴基斯 坦地區(qū)的青少年身上驗(yàn)證過了，此外，計(jì)劃在2019年 進(jìn)行嬰兒試驗(yàn)。這一小型探測(cè)儀將幫助研究者們回答關(guān)于EED進(jìn) 展的相關(guān)問題例如它會(huì)影響什么細(xì)胞和是否有細(xì) 菌涉及其中一一并評(píng)估干預(yù)手段和潛在療法。定制癌癥疫苗重大意義：通過識(shí)別各腫瘤的特異性突變，激發(fā) 人體的天然防御能力，從而對(duì)癌細(xì)胞進(jìn)

12、行針對(duì)性破 壞。傳統(tǒng)化學(xué)療法對(duì)健康細(xì)胞有很大影響，而且對(duì)腫 瘤的治療效果并不總是理想。主要研究者：BioNTech、Genentech成熟期：已在臨床試驗(yàn)?zāi)壳?，科學(xué)家正處于將首支個(gè)性定制疫苗商業(yè)化 的關(guān)鍵時(shí)刻。如果其效果真如預(yù)期的話，該疫苗就的 確能夠通過腫瘤獨(dú)特的突變觸發(fā)人體免疫系統(tǒng)對(duì)其進(jìn) 行識(shí)別，從而有效地阻止多種癌癥的發(fā)生。更重要的 是，與傳統(tǒng)化學(xué)療法不同，疫苗是通過使用人體的天 然防御系統(tǒng)來選擇性地破壞腫瘤細(xì)胞的，對(duì)健康細(xì)胞 的損害較有限。此外，在初始治療后，攻擊性免疫細(xì) 胞將也會(huì)對(duì)游離的癌細(xì)胞保持警惕。在人類基因組計(jì) 劃完成五年后的2008年，當(dāng)遺傳學(xué)家公布了癌細(xì)胞 的第一個(gè)序列時(shí)，這種疫苗的誕生就不再是天方夜譚 了。此后不久，研究人員開始將癌細(xì)胞的DNA與健 康細(xì)胞和其他腫瘤細(xì)胞三者的DNA進(jìn)行比較。研究 證實(shí)，所有這些癌細(xì)胞都含有數(shù)百個(gè)甚至數(shù)千個(gè)特定 的突變，其中大多數(shù)是這些腫瘤各自特有的。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)，證明含有這些突變拷貝的疫苗可以催化 機(jī)體的免疫系統(tǒng)產(chǎn)生T細(xì)胞，從而做好發(fā)現(xiàn)、攻