重磅新闻：《麻省理工科技评论》评选出了2019年“全球十大突破性技术”！

前段时间，美国科学杂志《麻省理工科技评论》评选出了2019年“全球十大突破性技术”。

　　

　　自2001年起，《麻省理工科技评论》每年都会评选出“十大突破性技术”，用站在全球科技最前沿的眼光，对科研技术迈向产业的可行性进行分析，对技术商业化及影响力进行研判。

　　这份榜单曾经精准地预测了脑机接口、智能手表、癌症基因疗法、深度学习等多种热门技术地崛起。

　　而今年，评选出的最新十项突破性技术主要有：

　　灵巧机器人、核能新浪潮、早产预测、肠道显微胶囊、定制癌症疫苗、人造肉汉堡、捕获二氧化碳、可穿戴心电仪、无下水道卫生间、流利对话的AI助手。

　　接下来，我们将对这几项突破性技术进行部分解读和解析。

　　

　　灵巧机器人

　　意义：目前机器正通过自我学习去学会应对这个现实世界，如机器人能学会应对混乱的现实，那么它们就可以胜任更多任务。

　　成熟期：3-5年

　　主要研究者：OpenAI（人工智能非营利组织）、卡内基梅隆大学、密歇根大学、加州大学伯克利分校

　　

　　近年来社会一直在讨论机器取代人类工作的话题，但就目前而言工业机器人仍灵活性欠佳。

　　虽然机器人可以不厌其烦地精准重复同一个动作，但要是目标物品被稍微挪动或换成其他零件，机器人的抓取就会十分笨拙。

　　旧金山一非盈利组织OpenAI研究出一套AI系统Dactyl，这套神经网络软件能够通过强化学习，让机器人在模拟环境中学会抓取并转动积木，再让机器手进行实际操作。

　　一般我们无法将机器人模拟练习的知识应用到现实环境里，毕竟很难模拟出现实复杂的变量。而OpenAI团队在实验中从随机的尝试到逐渐加强网络内部的连接，在训练中引入随机性来克服这个问题。

　　如果未来研究人员能够很好地利用这种学习方法，那么未来的机器人就有望能够完成独立组装电子产品、将餐具放入洗碗机、将卧床人从床上扶起等动作。

　　2019US News年美国最佳人工智能院校排名

　　1、卡耐基梅隆大学

　　2、麻省理工学院

　　3、斯坦福大学

　　4、加州大学伯克利分校

　　5、华盛顿大学

　　6、康奈尔大学

　　7、佐治亚理工学院

　　8、伊利诺伊大学厄本那-香槟分校

　　8、德克萨斯大学奥斯汀分校

　　10、密歇根大学安娜堡分校

　　核能新浪潮

　　意义：先进的核聚变和核裂变反应堆正在走进现实。在减少碳排放和限制气候变化的努力方面，核能的作用似乎正变得越来越不可或缺。

　　成熟期：新型核裂变反应堆到 2020 年代中期有望实现大规模应用；核聚变反应堆仍需至少十年时间。

　　主要研究者：陆地能源（Terrestrial Energy）、泰拉能源（TerraPower）、纽斯凯尔（NuScale）、General Fusion

　　

　　近两年，新型核反应堆发展势头强劲，核能的使用成本更低，使用也更安全。

　　目前新型反应堆的发展包括：颠覆了传统设计的第四代核裂变反应堆、小型模块化反应堆，以及似乎永远也无法实现的核聚变反应堆。

　　加拿大的 Terrestrial Energy 和总部位于华盛顿的泰拉能源已经开始与电力公司建立研发合作关系，力争在 2020 年代之前实现并网发电（这个估计可能有些乐观）

　　小型模块化反应堆可以产生的电力，通常为数十兆瓦（相比之下，传统核反应堆可以产生约 1000 兆瓦的电力）。俄勒冈州的 NuScale 公司也表示，小型化的反应堆可以节约资金成本，并降低环境和金融风险。

　　核聚变方面也有进展，虽然没人指望可控核聚变技术会在 2030 年以前实现交付，但像 General Fusion 和 Commonwealth Fusion Systems 这样的来自麻省理工学院的初创企业，正在取得一些积极进展。

　　2019US News年美国核工程院校排名

　　1、密歇根大学安娜堡分校

　　2、麻省理工学院

　　3、德克萨斯A&M大学

　　4、北卡罗来纳州立大学

　　5、加州大学伯克利分校

　　5、康伊利诺伊大学香槟分校

　　5、威斯康星麦迪逊大学

　　8、田纳西大学

　　9、佐治亚理工学院

　　9、宾夕法尼亚州立大学

　　早产预测

　　意义：每年有 1500 万婴儿过早出生，这是 5 岁以下儿童死亡的主要原因

　　成熟期：可在 5 年内进入临床测试。

　　主要研究者：Akna Dx

　　

　　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。

　　斯坦福大学的生物工程师 Stephen Quake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。

　　在之前，要抓取由垂死细胞释放的少量无细胞DNA与RNA漂浮物质，必须采取形侵入性措施，如对肿瘤进行活体组织检查或进行羊膜穿刺术。

　　如今不一样的是，能够更容易检测和分析血液中无细胞遗传物质。通过对母亲血液中的自由漂浮的 RNA 进行测序，筛选出与早产有关的七种基因表达的波动。这可以识别可能过早分娩的女性。

　　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。

　　2020US News年美国生物医学工程最佳研究生院排名

　　1、约翰霍普金斯大学

　　1、麻省理工学院

　　3、杜克大学

　　3、埃默里大学

　　5、斯坦福大学

　　5、加州大学圣地亚哥分校

　　5、宾夕法尼亚大学

　　9、波士顿大学

　　10、哥伦比亚大学

　　10、莱斯大学

　　10、华盛顿大学

　　肠道显微胶囊

　　意义：一种小型的、可吞咽的设备，不使用麻醉也可以捕捉到肠道的详细图像，这使肠道疾病的探测和研究变得更为容易。

　　成熟期：目前在成人体内使用；婴儿试验将于2019年进行。

　　主要研究者：麻省总医院

　　

　　环境性肠功能障碍（EED）可能是你从未听说过的花费最高昂的疾病之一，以肠道发炎、肠道泄露和营养吸收不良为特征。

　　但没人知道引起 EED 的具体原因是什么，也没有人知道怎样预防或治疗这一疾病。

　　这种疾病目前在婴儿中已经有了治疗方法，但诊断和研究这些幼儿肠道疾病通常需要麻醉，并将一个称为内窥镜的管子插入喉咙。这种方法昂贵、不舒服、且在 EED 盛行地区难以开展。

　　麻省总医院（MGH）的病理学家和工程师 Guillermo Tearney 研发了一种小型设备，这种设备能够检测 EED 的表现症状，甚至可以进行组织活检。

　　与内窥镜不同，它在基础保健检测过程中应用简单。这种可吞咽胶囊显微镜附在可弯曲的线型导管上，被连接到一种叫做光学相干断层成像系统( OCT )的设备上。

　　在病人将胶囊吞咽后，医疗人员在将纤维胶囊拉回的过程中，能够无死角对整个消化道做纤维断层扫描。并且这种胶囊在消毒后可以重复利用。它还带有以单细胞分辨率拍摄消化道表面的技术，以及捕捉几毫米深度的三维横截面的技术。

　　关于 EED，Tearney 的团队还研发出了一种更小的版本，可以给不能吞咽药丸的婴儿使用。这已经在盛行 EED 的巴基斯坦地区的青少年身上验证过了，此外，计划在 2019 年进行婴儿试验。

　　2019US News年美国电子工程院校排名

　　1、麻省理工学院

　　1、斯坦福大学

　　1、加州大学伯克利分校

　　4、伊利诺伊大学香槟分校

　　5、加州理工学院

　　5、佐治亚理工学院

　　7、密歇根大学安娜堡分校

　　8、卡耐基梅隆大学

　　9、康奈尔大学

　　9、普林斯顿大学

　　9、普渡大学西拉法叶分校

　　9、德克萨斯大学奥斯汀分校

　　定制癌症疫苗

　　意义：通过识别各肿瘤的特异性突变，激发人体的天然防御能力，从而对癌细胞进行针对性破坏。

　　成熟期：已在临床试验

　　主要研究者：BioNTech 、Genentech

　　

　　该疫苗就能够通过肿瘤独特的突变触发人体免疫系统对其进行识别，从而有效地阻止多种癌症的发生。

　　与传统化学疗法不同的是，疫苗是通过使用人体的天然防御系统来选择性地破坏肿瘤细胞的，对健康细胞的损害较有限。

　　在2003年人类基因组计划完成的五年后，遗传学家公布了癌细胞的第一个序列，这也意味着定制癌症疫苗的诞生不再是天方夜谭。

　　后来研究证实，基本上癌细胞都含有数百个甚至数千个特定的突变，其中大多数是这些肿瘤各自特有的。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，证明含有这些突变拷贝的疫苗可以催化机体的免疫系统产生 T 细胞，从而做好发现、攻击和摧毁所有含有这些突变癌细胞的准备。

　　目前，该研究正在全球各地招募 560 名以上的志愿者，并以期能廉价快速地生产数千种私人订制疫苗。一旦生产出来，疫苗就必须及时送到医院，而任何延误都可能是致命的，这块“硬骨头”还得慢慢啃。

　　2020US News年美国最佳医学院研究生院排名

　　1、哈佛大学

　　2、约翰霍普金斯大学

　　3、宾夕法尼亚大学

　　5、加州大学旧金山分校

　　6、哥伦比亚大学

　　6、加州大学洛杉矶分校

　　8、圣路易斯华盛顿

　　9、康奈尔大学

　　9、纽约大学

　　人造肉汉堡

　　意义：实验室培育的人造肉和植物制成的素肉，能在不破坏环境的情况下接近真实肉类的味道和营养价值。

　　成熟期：目前已经有成形的植物性素肉；2020年左右可研制成功实验室人造肉。

　　主要研究者：美国人造肉企业Beyond Meat

　　

　　随着地球人口的增多，加上社会经济的快速发展，对肉的需求也会愈加增大。据预测，到2050年，人类吃掉的肉会比2005年多70%。

　　事实证明，饲养供人类食用的动物，是对环境的最大伤害之一。而问题在于，人肯定不会马上就戒掉肉类。也就是说，实验室培养的人造肉和植物制成的素肉可能是抑制环境恶化的最好办法。

　　实验室人造肉的过程，是从动物身上提取肌肉组织，然后放入生物反应器进行培育。虽然最终成品的口感可能有待提高，但外形上已经与我们正常吃的肉差不多了。

　　根据密歇根大学可持续系统中心分析显示，Beyond Meat制作汉堡产生的温室气体可能比传统牛肉汉堡少90%。

　　2020US News年美国生物工程最佳研究生院排名

　　1、爱荷华州立大学

　　1、普渡大学

　　3、康奈尔大学

　　3、德克萨斯A&M大学

　　3、加州大学戴维斯分校

　　3、佛罗里达大学

　　7、伊利诺伊大学香槟分校

　　8、北卡罗来纳州立大学

　　9、俄亥俄州立大学

　　9、内布拉斯加林肯大学

　　捕获二氧化碳

　　意义：实用且经济地从空气中直接捕获二氧化碳的方法，可以吸走超量排放的温室气体。从大气中去除CO2可能是阻止灾难性的气候变化最后的可行方法之一。

　　成熟期：5到10年

　　主要研究者：Carbon Engineering、Climeworks、Global Thermostat

　　

　　为防止气温攀升至危险范围，联合国气候变化委员会当前得出的结论是，在本世纪，全世界将需要从大气中去除高达1万亿吨的二氧化碳。

　　去年夏天，哈佛大学气候科学家大卫·凯斯（DavidKeith）在计算后惊喜发现，一种叫做直接空气捕获（Direct Air Capture，DAC）的方法，理论上可以将机器捕集二氧化碳的成本降低到每吨100美元以下。

　　先前估计的成本要比这个数字高出一个数量级，因而许多科学家曾认为这项技术太过昂贵，不具备可行性。不过，直接空气捕获仍需至少数年的时间，才有可能将成本降低到接近100美元的范围。

　　然而，一旦成功实现了二氧化碳的捕集，还要想办法处理。由凯斯在2009年参与共同创办的加拿大初创企业碳工程公司（Carbon Engineering），计划扩大其试验工厂的规模，来提高合成燃料的产量。这种合成燃料的关键原料之一，就是所捕获的二氧化碳。（比尔·盖茨是碳工程公司的投资方。）

　　事实上，从工程学的角度来看，从空气中吸取CO2是应对气候变化最困难、也是最昂贵的方法之一。但鉴于目前我们降低排放的进程太过缓慢，我们并没有多少别的选择。

　　2020US News年美国环境工程最佳研究生院排名

　　2、斯坦福大学

　　3、密歇根大学安娜堡分校

　　4、佐治亚理工学院

　　4、德克萨斯大学奥斯汀分校

　　7、卡耐基梅隆大学

　　7、弗吉尼亚大学

　　9、耶鲁大学

　　10、康奈尔大学

　　10、杜克大学

　　10、麻省理工学院

　　可穿戴心电仪

　　意义： 通过可穿戴设备持续监测自己的心脏健康，可以预警如心房颤动等潜在的危及生命的心脏疾病。

　　成熟期：现在

　　主要研究者：苹果、AliveCor、Withings

　　

　　健康监测装置并不是真正的医疗设备，剧烈的运动或表带没系紧都会干扰传感器读取脉搏，但医生可以通过心电图在病人中风或心脏病发作之前监测到心脏的异常。

　　去年，苹果发布了带有心电图(ECG)功能的AppleWatch，并且该功能已经通过FDA认证。随后，健康设备公司Withings 也宣布计划发布一款配有心电图功能的手表。

　　硅谷初创公司Alive Cor推出了一款与苹果手表兼容的腕带，该腕带可以检测出心房颤动，这是导致血栓和中风的常见原因。

　　现阶段的可穿戴心电图监测设备仍然只有一个传感器，而真正的心电图设备则有12个传感器。目前还没有任何一种可穿戴设备能够诊断心脏病。

　　2019US News年美国材料工程最佳研究生院排名

　　1、麻省理工学院

　　2、西北大学

　　3、加州大学圣塔芭芭拉分校

　　3、伊利诺伊大学香槟分校

　　6、加州大学伯克利分校

　　7、佐治亚理工学院

　　8、加州理工学院

　　8、康奈尔大学

　　8、密歇根大学安娜堡分校

　　无下水道卫生间

　　意义：节能厕所可以在没有下水道系统的情况下使用，并且可以就地分解粪便。

　　成熟期：1-2年

　　主要研究者：杜克大学、南佛罗里达大学、Biomass Controls、加州理工学院

　　

　　由于缺乏卫生的厕所，人们将粪便倾倒在附近的池塘和溪流中，这会传播细菌、病毒和寄生虫，从而导致腹泻和霍乱。全世界每9名儿童中就有1名死于腹泻。

　　现在，研究人员正在努力开发一种新型厕所，这种厕所对发展中国家来说也足够便宜，不仅可以处理粪便，还可以对其进行分解。

　　由南佛罗里达大学设计的NEWgenerator马桶用一种厌氧膜过滤污染物，这种厌氧膜的孔径比细菌和病毒都小。另一个来自康涅狄格州Biomass Controls的项目则像是一个海运集装箱大小的炼油厂，它能加热粪便，使其转化成一种富含碳的物质，用作土壤肥料。

　　但是这些厕所有一个缺点，它们并不是在所有场合都能使用。但现在更重要的挑战是如何让这些厕所更便宜，更能适应不同规模的社区。

　　2、斯坦福大学

　　4、佐治亚理工学院

　　7、卡耐基梅隆大学

　　7、弗吉尼亚大学

　　9、耶鲁大学

　　10、康奈尔大学

　　10、杜克大学

　　10、麻省理工学院

　　流利对话的AI助手

　　意义：捕捉单词之间语义关系的新技术正在使机器更好地理解自然语言，可以执行基于对话的任务，而不仅仅是服从简单命令。

　　成熟期：1-2年后

　　主要研究者：谷歌、阿里巴巴、亚马逊

　　

　　我们已经习惯了人工智能助手，但它们并没有真正做到所谓的智能。它们本应简化我们的生活，但却收效甚微。它们只识别很小范围的指令，稍遇偏差就很容易出错。

　　OpenAI的研究人员开发了一种技术，可以在未标记的文本上训练人工智能，以减少人工对数据进行分类标记时花费的成本和时间。

　　几个月后，谷歌的一个团队推出了一个名为BERT的系统。该系统在研究了数百万个句子后学会了如何预测漏掉的单词。在一个多项选择测试中，它在填空方面的表现和人类一样好。

　　这些改进加上更好的语音合成系统，让我们从简单的向人工智能助手下指令转向与它们交谈。它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。

　　1、卡耐基梅隆大学

　　2、麻省理工学院

　　5、华盛顿大学

　　6、康奈尔大学

　　7、佐治亚理工学院

　　“

　　引用比尔盖茨的一句话：这类技术的不断突破和发展“让我们看到，未来的世界将会以实现个人价值为主要目标”。

　　”

　　这几样突破性技术，都赋予了技术更多为人类福祉而发展的社会意义。未来的科技发展，也都是在这些技术基础上进行延伸。

　　未来科技发展的担子很重，大家砥砺前行，一定要更加努力哦~