《科學美國人》發布：2018年全球十大新興技術

●索隆 編

《科學美國人》與世界經濟論壇聯合發布了2018年全球十大新興技術。這份榜單涵蓋了生物醫療、化學、計算機、人工智能等領域的最新技術。這些技術盡管仍處于發展早期，但它們吸引了眾多研究團隊的關注，并且廣受投資者青睞。在未來3～5年間，它們可能會對社會與經濟產生重要影響。

在不久的將來，技術革新將如何改變我們的生活？人工智能將極大地加快新型藥物、材料的研發速度；新型診斷工具將打造更先進的個性化醫療；增強現實將變得隨處可見，從日常任務到工業生產，現實世界將被大量信息和動畫所覆蓋；一旦你患病，醫生可以將活細胞移植到你體內，用這些“藥物工廠”為你治?。荒愠缘呐Ｈ狻㈦u肉、魚肉可能都是用干細胞在實驗室培育的，這將大幅降低畜牧業造成的環境危害。

這些足以改變世界的想法與其他新興技術一起，組成了2018年的“全球十大新興技術”。

1.增強現實無處不在： 世界即將被數據覆蓋

增強現實（AR）是一項將計算機生成的信息實時覆蓋在現實世界之上的技術。大量面向消費者的應用軟件都用到了AR功能。將來，這項技術還會支持博物館制作全息參觀指南；讓患者體內組織對外科醫生三維可視化；幫助初學者快速學習從醫藥到工廠維修的各類技術……

在未來幾年內，操作簡單，用于設計應用程序的軟件將會滿足消費者更多的需求。就目前而言，AR對工業有著極大的影響，它是“工業4.0”不可或缺的一部分：通過整合真實系統與數字系統來促進制造業的系統轉型，從而提升產品質量、降低成本并提高效率。

一些市場分析公司相信，AR正在走向主流市場。他們預估，現在估值為15億美元的AR市場在2020年能達到1000億美元。而蘋果、谷歌、微軟等大型科技公司都向AR和VR相關產品和應用程序投入大量資金和人才。

隨著能夠支持的AR技術且更便宜、更快速的移動芯片問世，功能更豐富的智能眼鏡進入市場以及帶寬的增加，該領域將會快速發展。隨后，增強現實將加入互聯網，而實時視頻將成為我們日常生活中不可或缺的一部分。

2.私人定制的診斷工具： 終結千人一藥的傳統治療方案

在20世紀，罹患乳腺癌的女性大多都使用同一種治療方案。但現在治療手段變得更個性化了：乳腺癌被分為不同的亞型，每一種都有自己獨特的治療方法。

得益于診斷工具的進步，個性化、精準化治療的發展得以加速。這些技術能幫醫生識別并量化生物標記（人體內標志著穩態紊亂的分子），從而通過病人對疾病的敏感性、預后以及對藥物最有可能的反應，將病人區分成不同的亞型。

新型診斷工具已經開始給標準的疾病診斷與治療手段帶來變革了。為病人提供對他們來說最有效的治療方案，甚至可以降低醫療開支?；蛟S有一天，我們中的許多人都將擁有自己獨特的生物標記數據云，這些數據不斷累積，并能在任何治療我們的地方為醫生提供信息。

3.會辯論的人工智能： 新算法賦予個人設備針對話題學習、辯論的能力

手機屏幕背后的智能助手系統必須經過預先“訓練”：盡可能多地學習人類可能提出的請求，其回復也是由人類編寫、組織成高度結構化的數據格式。因此，智能助手在回應請求時會受到預設數據的限制。

現在，人們正在致力于開發新技術，使得下一代系統能夠從各個來源吸收和組織非結構化數據（例如原始文本、視頻、圖片、音頻、電子郵件等），然后自主地撰寫出有說服力的建議，或者就一個它們從未接受過訓練的問題與對手辯論。

2018年6月，IBM展示了一種先進的技術：沒有事先就某一主題進行過培訓，但可以與人類專家進行實時辯論的系統。系統必須使用非結構化數據來確定信息的相關性和真實性，并將其組織成某種可重復使用的形式，形成一致的論述來支持它被分配的立場。它還必須回應人類對手的論述。該系統演示了兩場辯論，在其中一場辯論中，有許多觀眾認為該系統的辯論更具說服力。

這項技術的開發用了5年多，它包含的新軟件不僅能理解自然語言，還能檢測語言所包含的情緒是積極還是消極的。目前這一工作仍在進行中，但它已經為無數新型應用打開了大門，這些應用程序可能在未來3～5年甚至更短的時間內出現。

4.人工智能輔助化學分子設計： 機器學習算法加速新型藥物和材料的研發

機器學習算法可以分析所有已知的合成實驗，既包括成功的，也包括那些失敗的實驗?；谒R別的模式，這些算法可以預測潛在的、有用的新分子結構，以及可能的生成方法。

在制藥領域，一種基于人工智能的新技術——生成式機器學習同樣令人激動。大多數制藥公司為了生產新藥，需要對數以百萬計的化合物進行篩選。這種篩選過程十分緩慢，而且產生的有效結果相對較少。利用描述已知藥物（和候選藥物）化學結構及特性的數據集，機器學習工具可以找到那些特性相似，但可能更加有用的新化合物。

近100家初創企業已經在探索用于研發新藥的人工智能方法。最近，Benevolent AI籌集了1.15億美元，準備將其人工智能技術應用于運動神經元疾病、帕金森病和其他難治疾病的藥物研發。

5.可植入的制藥細胞： 直接在病人體內釋放藥物

許多糖尿病患者每天需要多次刺破手指、測量血糖水平，并決定他們需要注射多少胰島素。如果能在病人體內植入正常制造胰島素的胰島細胞，那就可以取代這一繁瑣的過程。但是移植細胞總是會被自體免疫系統干擾，而使用免疫抑制劑則有巨大的副作用。

2016年，麻省理工學院的研究團隊發布了一種能讓移植細胞在免疫系統面前隱身的方法。在研發并篩選了上百種材料之后，研究者們選擇了一種經過化學改造的藻酸鹽凝膠。當他們將胰島細胞密封在這種膠紙中，并植入患糖尿病的小鼠體內后，這種細胞立刻開始應對血糖的變化生產胰島素，并在為期六個月的實驗中持續控制著血糖水平。在此期間也沒有觀測到纖維化。

現在，這些膠囊內的細胞都是從動物或人類尸體上獲取，或是通過人類干細胞培育而來的。2018年，已經有好幾家公司投入研究，來探討如何用這種植入式細胞來針對各類病癥了，不光是糖尿病，還有青光眼，帕金森癥等等，都在研究范圍里。未來，植入式細胞療法甚至可以植入經過人工改造的細胞，來達到更精準的藥物控制和釋放。即使你生病了，一切也都不用你操心，植入的細胞會像“管家”一樣，按時按量給你喂藥。你所要做的，只是痊愈而已。

6.人造肉： 人造肉正走向你的餐桌

人造肉是由動物身上提取的肌肉樣本培育成的。技術人員從動物組織中收集干細胞，讓它們增殖并分化成原肌纖維，然后再長成肌肉組織。一份從牛身上采集的組織樣本就足以產生8萬個牛肉漢堡。一些初創企業表示，他們預計在未來幾年內正式推出人造肉產品。

7.電刺激醫學： 神經刺激療法將替代許多藥物治療慢性病

神經電刺激器是一種通過電流脈沖治療疾病的設備，在藥學界有著很悠久的歷史，例如心臟起搏器、耳蝸植入裝置和治療帕金森病的深腦電極刺激。這種電刺激器正變得越來越多功能化，將顯著提升對大量病癥的療效。

在范斯坦醫學研究所的凱文·特雷西等人的努力下，迷走神經刺激（VNS）在部分場合中已經變得可行。他們發現迷走神經能釋放化學物質幫助調節免疫系統。這對患有免疫性疾病的患者來說是個好消息，因為現有的藥物常常不起作用或者會帶來嚴重的副作用。由于VNS只對特定的神經系統進行刺激，因此相比要通過全身并會傷害目標以外身體組織的藥物來說，這可能是個更容易接受的療法。

8.基因驅動： 改變甚至消滅整個物種的基因工具技術

一項正在快速發展的基因工程技術，可以永久性地改變一個種群甚至整個物種的性狀。這項技術通過基因驅動使得含有某種遺傳因子的子代數量升高，從而加速該基因在物種中的傳播。基因驅動可以自然發生，也可以通過基因工程人為控制，它在眾多方面對人類有益：阻止昆蟲傳播瘧疾和其他傳染病、修改害蟲的基因以提高糧食產量、賦予珊瑚抵抗環境壓力的能力、防止入侵物種破壞生態系統。

盡管前景光明，基因驅動技術還是引起了人們的擔憂：經過人為改造的基因會無意中擴散到其他野外的物種中，并干擾其生長嗎？將現有的物種從生態系統中消除有什么風險？非法組織會不會將基因驅動用作武器來破壞農業生產？

為了避免出現這種極端情況，有研究團隊發明了一個驅動開關：必須通過傳遞一種特殊的物質才能打開，使基因驅動起作用。與此同時，許多科學家團體正致力于擬定條款，來指導基因驅動實驗在各階段的進展。2016年，美國國家科學院、工程院和醫學院審查了基因驅動的研究并對相關研究提出了建議。2018年，一個大型的國際工作小組為從實驗室研究到野外試驗的研究操作制定了流程。該組織提出了將基因驅動用在非洲控制瘧疾的建議。

9.等離子激元材料： 傳感器科技因光控納米材料正興起一場革命

2007年，加州理工學院的哈里·A·阿特沃特在《科學美國人》上撰文預測：“等離激元光子學”最終會通向一系列應用，從高靈敏度的生物探測器到隱形覆蓋物。之后的十年里，各種等離子體技術已經實現了商業化，另有一些技術正由實驗室向市場過渡。

這些技術都依賴于對電磁場和金屬（通常是金或銀）中自由電子之間相互作用的控制，自由電子決定了材料的導電性和光學性能。當有光照射金屬時，金屬表面的自由電子產生共振，形成表面等離激元。如果金屬材料體積較大，自由電子反射照射到它們的光后，材料可以發光；但如果金屬只是直徑幾納米的顆粒，它的自由電子就被限制在一個很小的空間里，電子的振動頻率因而受到了限制。電子特定的振蕩頻率將取決于金屬納米顆粒的大小。

在等離激元材料領域，研究最透徹的應用之一，是用于檢測化學和生物試劑的傳感器；其他應用還包括可監測電池活動的電池內部傳感器、能區分病毒和細菌感染的設備等。此外，在醫學領域，研究者正在臨床試驗中測試光敏納米顆粒在癌癥治療中的應用。根據市場研究公司的分析預測，等離激元傳感器的應用在北美的市值，將會從2017年的近2.5億美元上漲到2027年的近4.7億美元。

10.為量子計算機而生的算法：開發者在不斷修改程序以適應量子計算機

量子計算機特有的疊加、糾纏特性，使其在解決特定問題時比任何傳統計算機更高效。然而，實現量子計算的條件卻是眾所周知的挑剔。例如，量子退相干過程會破壞其功能。研究人員已經證實，通過量子糾錯，可以使具有數千量子比特的量子計算機受到嚴格控制，維持在量子態。但是到目前為止，實驗室中的量子計算機都只是包含數十個量子比特、尚未進行糾錯的嘈雜中型量子（NISQ）計算機。

然而，隨著專門為NISQ計算機編寫算法的研究興起，量子計算領域可能將迎來突破。在研究人員看來，NISQ算法在模擬和機器學習領域具有廣闊前景。許多研究人員已經開發出在NISQ設備（以及未來進行糾錯后的量子計算機）上模擬分子和材料的算法。這些算法可以提高從能源到健康科學領域新材料的設計效率。

開發人員還在評估量子計算機是否會在機器學習方面更勝一籌。