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比尔·盖茨公布2019年即将改变世界的十项突破性技术

人工智能 8 2019-03-11 11:10

在十八年的发展历程当中,《麻省理工学院技术评论》杂志每年都会整理出一份清单,旨在搜罗技术发展在新的一年当中将在哪些领域对人类生活带来最大影响。2019 年突破性技术清单首次由特约编辑、微软公司创始人兼前任 CEO 比尔·盖茨汇总得出。在今年的这份清单中,人工智能技术在许多项目中发挥着重要作用。

比尔·盖茨曾准确地预测到家用计算机、图形桌面操作系统以及互联网等技术的兴起。因此作为这份杂志的第一位特约编辑,他的权威地位与话语份量可谓毋庸置疑。

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2019 年十大突破性技术完整清单

1. 机器人灵巧性

能够自主学习以操纵不熟悉物体的机器手,来处理真实世界的任务。

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我们现在所讨论的机器人作业都还比较笨拙、不灵活,它们可以永不疲倦地以惊人的精准度在组装线上挑拣部件,但是只要移动一点点,操作就无法进行。

虽然机器人还无法通过编程自学如何抓取物体,但是已经可以通过虚拟和试错做到这一点,比如 OpenAI 的 Dactyl 项目,可以让机械手臂通过强化学习和神经网络软件在虚拟环境中学会翻转物体,并通过添加随机性来解决现实环境中操作困难的问题。

机器人需要更多突破以掌握现实仓库或工厂中所需的灵活性。但如果研究人员能够应用这种学习方式,机器人将逐渐可以帮我们组装工具、洗碗机,甚至帮祖母起床。

— Will Knight

2. 新型核能

核裂变与核聚变反应堆设计,有助于降低碳排放。

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先进的聚变和裂变反应堆正在接近现实。

在过去一年的新设计有望使这种能源更安全、更便宜。其中包括第四代裂变反应堆、 小型模块化反应堆、聚变反应堆(这种技术似乎永远无法实现)。 第四代裂变设计的开发商,如加拿大的 Terrestrial Energy 和总部位于华盛顿的 TerraPower,已经与公用事业公司建立了研发合作伙伴关系,目标是在 2020 年之前实现电网供应(可能有些乐观)。

小型模块化反应堆通常可以产生数十兆瓦的电力(相比之下,传统的核反应堆产生约 1,000 兆瓦的电力)。俄勒冈州的 NuScale 等公司表示,小型化反应堆可以节省资金并降低环境和金融风险。

我们在核聚变方面取得了进展。虽然在 2030 年之前交付使用不太可能,但像 General Fusion 和 Commonwealth Fusion Systems 这样从麻省理工学院出来的公司正在取得一些进展。许多人认为核聚变是一个梦想,但由于反应堆不能聚变且不会产生长久、高浓度的废料,因此公众对它的抵触可能比传统核能小一些。(比尔·盖茨是 TerraPower 和 Commonwealth Fusion Systems 的的投资方。)

— Leigh Phillips

3. 预测早产儿

通过一项简单的血液测试进行早产预警,这有望挽救许多孩子的生命。

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只需要简单的验血,就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”DNA 和 RNA 也漂浮在我们的血液中,通常由垂死的细胞释放。在孕妇身体中,无细胞物质来自胎儿、胎盘和母亲本身。

斯坦福大学的生物工程师 Stephen Quake 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。

之前,我们需要用比较有侵略性的方式,如对肿瘤进行活组织检查或刺穿孕妇的腹部进行羊膜穿刺术,来获取自由浮动的 DNA 和 RNA 释放的信息。现在这种情况改变了,我们可以更容易地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 是规定基因表达的分子,即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 可以发现七个与早产有关的基因表达的波动。这让他可以识别可能过早分娩的女性。一旦有警告,医生可以采取措施避免早产,给孩子更好的生存机会。

Quake 说,验血背后的技术快速、简便,每次检测不到 10 美元。他和他的合作者已经启动了一家创业公司 Akna Dx,将这项技术商业化。

— Bonnie Rochman

4. 药丸中的肠道探针

一种可吞咽装置,能够对消化道进行成像,甚至可以进行活体组织检测。

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一个小巧、可吞咽的设备,可以捕获肠道的详细图像,无需麻醉,可用于婴儿和儿童。

肠胃成像对于婴儿和儿童来说是个糟糕的体验,而且通常需要麻醉,费用昂贵,在贫困地区施行非常不现实。

因此,波士顿马萨诸塞州综合医院(MGH)的病理学家和工程师 Guillermo Tearney 开发了这个小型设备,可用于检查肠道是否有 EED(环境性肠道功能紊乱)迹象,甚至可以进行组织活检。与内窥镜不同,在初级护理时使用它非常简单。

Tearney 的可吞咽胶囊内含微型显微镜。它们附着在一个灵活的绳状绳索上,提供电源和光线,同时将图像发送到带监视器的公文包式控制台。这使得卫生保健工作者可以将胶囊暂停在某一点并在完成后将其拉出,从而可以消毒和重复使用。(虽然这听起来有点神奇,但 Tearney 的团队已开发出一种他们认为不会引起不适的技术。)它还可以在单个细胞分辨率下对消化道的整个表面成像,或捕获几毫米深的三维横截面图。

该技术已有多种应用;在马萨诸塞州综合医院,它被用于筛查食道。为对付 EED,Tearney 的团队开发了一种更小的设备,用于无法吞服药片的婴儿。

这根小探针将帮助研究人员治疗 EED,例如哪些细胞受影响,是否有细菌,并评估干预措施和潜在治疗方法。

— Courtney Humphries

5. 定制化癌症疫苗

一种利用人体自身免疫系统实现的纯靶向肿瘤细胞治疗方法。

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科学家正在考虑将其商业化。如果实验证明有效,这种疫苗将可以治愈多种癌症。

这种疫苗和传统化疗不同,它利用自身天然的防疫系统有选择地破坏肿瘤细胞,对健康细胞的伤害较小,在首次治疗之后,防御攻击细胞会灵敏地找到残留的肿瘤细胞并消灭之。

该项目始于 2008 年,即人类基因工程完成之后,在此基础之上,德国创业公司 BioNTech 充分证明了含有突变复制的疫苗可以催化身体的免疫系统产生 T 细胞,这些细胞被激发后可以攻击并摧毁所有携带它们的癌细胞。

2017 年 12 月,BioNTech 与生物技术巨头 Genentech 合作,开始对癌症患者的疫苗进行大规模测试。正在进行的试验针对至少 10 种癌症,目标正在全球各地招募 560 名患者。

这两家公司正在开发新的制造技术,可以低成本、快速地生产数以千计的个人定制疫苗。这很棘手,因为生产疫苗需要对患者的肿瘤进行活组织检查、测序和 DNA 分析,并将这些信息传递到生产现场。一旦生产,疫苗需要立即送到医院,延误可能是致命的。

— Adam Piore

6. 无牛汉堡

其中的肉馅由植物以及实验室内培养出的肉类替代品组成,能够大幅减少食品工业的碳排放量。

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据联合国预测,2050 年全球人口将达 98 亿。随着人们生活越来越富裕,肉的需求量将比 2005 年增加 70%,而按照西方工业化肉类生产方法,与生产一磅植物蛋白相比,肉类生产需要 4 到 25 倍的水,6 到 17 倍的土地和 6 到 20 倍的化石燃料。这将对环境造成巨大的负担。

制作实验室生长的肉类需要从动物身上提取肌肉组织并在生物反应器中培养。最终产品看起来很像动物组织,但是味道还有待研发人员的进一步实验。荷兰马斯特里赫特大学(Maastricht University)的研究人员正在大规模生产实验室生长的肉类,他们认为,到明年,实验室培养的汉堡成本可能将低于牛肉汉堡。 实验室种植肉类的一个缺点是,它的环境效益至今未知。最近世界经济论坛的一份报告称,实验室生产的肉类排放量仅比牛肉生产的排放量低 7%左右。

Beyond Meat 和 Impossible Foods(比尔盖茨是两家公司的投资者)等公司的植物性肉类可以更好地保护环境,使用豌豆蛋白、大豆、小麦、马铃薯和植物油来模仿动物肉类的质地和味道。

Beyond Meat 在加利福尼亚州拥有一个占地 26,000 平方英尺(2,400 平方米)的新工厂,已经在 30,000 家商店和餐馆销售了超过 2500 万个汉堡。根据密歇根大学可持续系统中心的分析,Beyond Meat 馅饼的温室气体排放量可能比传统的牛肉汉堡减少 90%。

— Markkus Rovito

7. 二氧化碳捕集器

从空气中吸收二氧化碳并将其锁定的技术,最终有望实现经济可行性。

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一种实用又经济的多余温室气体排放吸收方法,从空气中捕获二氧化碳。

根据一项调查显示,哈佛大学气候学家 David Keith 计算得出,这个设备理论上可以使用空气收集的方法,使处理二氧化碳的成本降低至 100 美元 / 吨,这个价格比传统技术少了一个数量级,但达成这一目标还需数年时间。

而且,收集二氧化碳后还需要进行处理。

Keith 于 2009 年共同创办的加拿大创业公司 Carbon Engineering 计划扩大其试验工厂,把收集的二氧化碳作为关键原料,提高其合成燃料的产量。(比尔·盖茨也是这家公司的投资者。)

位于苏黎世的 Climeworks 在意大利的空气收集工厂利用收集的二氧化碳和氢气生产甲烷,而其位于瑞士的第二家工厂将向软饮行业销售二氧化碳。纽约的 Global Thermostat 也是如此,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,如果它用于合成燃料或苏打水,二氧化碳大部分会重回大气。我们最终的目标,是永久封锁温室气体。有些二氧化碳可能会封锁在碳纤维、聚合物或混凝土等产品中,但更多的是埋在地下,这是一项成本高昂的事情,似乎目前还没有任何商业模式可以支持。

事实上,从工程角度来看,从空气中吸收二氧化碳是应对气候变化最困难、最昂贵的方法之一。 但考虑到我们减少排放的速度非常慢,我们没有更好的选择。

—James Temple

8. 心电图腕带

心脏病患者将能够持续监测自己的健康状况,并在问题发生初期即获得预警。

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在新规则和软硬件条件下实现的支持心电图的智能手表为可穿戴设备提供了便利,精度更接近医疗设备。

来自硅谷创业公司 AliveCor 的腕带兼容 Apple Watch,可以检测房颤(血栓和中风的常见原因),并于 2017 年获得 FDA 批准。去年,Apple 在自己的手表中嵌入了 FDA 批准的 ECG 功能。

健康设备公司 Withings 也宣布计划不久之后发布一台配备 ECG 的手表。

目前的可穿戴设备仍然只使用一个传感器,而真正的心电图有 12 个。此外,目前还没有一款可穿戴设备可以检测到正在发生的心脏病发作。

但是这种情况将会改变。去年秋天,AliveCor 向美国心脏协会提交了一个应用程序和双传感器系统的初步结果,该系统可以检测到某种类型的心脏病发作。

—Karen Hao

9. 无下水道卫生设施

一种无需管道的独立厕所,能够解决许多发展中国家内因排泄引发的疾病与生活条件低下问题。

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全球约有 23 亿人口没有良好的卫生条件,导致致命疾病传播蔓延。2011 年,比尔·盖茨创办了堪称厕所界 X Prize 的厕所创新大赛,在大赛上,很多人展示了创新的厕所模型。

这些厕所大都就地处理排泄物,而无需用水将其冲走,也就是没有下水道。

南佛罗里达大学设计的 NEWgenerator 马桶用厌氧膜过滤掉污染物,厌氧膜的孔隙小于细菌和病毒。另一家来自康涅狄格州 Biomass Controls 公司正在进行一个大小与集装箱相当的炼油厂项目,加热废物产生富含碳的物质,可以当作肥料。

但这种马桶的一个缺点是不适用于所有规模的用途。例如,Biomass Controls 的产品主要是为数万用户每天的需求量设计的,不太适用于小村庄。杜克大学开发的另一个系统仅供附近的几个家庭使用。

所以,这项技术的挑战在于降低成本,使之适用于各种规模的需求。NEWgenerator 的领导人 Daniel Yeh 表示说到,“这项技术影响全世界,唯一的办法是大规模生产。”

—Erin Winick

10. 流畅的 AI 助手

随着自然语言处理技术的不断发展,数字助手将拥有越来越高的自主水平。

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向 Alexa、Siri 这样的 AI 助手已经走进我们的日常生活,但它们只能识别有限的指令,且很容易受到干扰。

但最近该领域取得了一些进展。2018 年 6 月,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 AI,以降低手动分类和标记所有数据的费用和时间。几个月后,Google 的一个团队推出了一个名为 BERT 的系统,该系统通过研究数百万个句子来学习如何预测遗失的单词。在多项选择测试中,它在填补空白方面可与人类媲美。

这些改进加上更好的语音合成,让 AI 助手从简单的执行指令进化到可以进行对话,能够处理每天的琐事,如记笔记、查找信息或在线购物。

Google Duplex 是谷歌助手的升级版,可以接听电话,识别垃圾邮件和推销电话,还可以打电话给预约餐厅等。

在中国,消费者已经习惯了阿里巴巴的阿里小蜜,它可以通过电话协调包裹投送,并讨论商品价格。

但是,虽然人工智能程序在了解你想要什么这个方面变得更好,但仍然无法理解句子。文字是设计好或统计生成的,向机器灌输真正的语言理解非常困难。一旦我们跨过这个障碍,我们将看到另一场进化,可能从后勤协调员到保姆,老师甚至朋友?

— Karen Hao

人工智能依然是焦点

盖茨负责整理这份清单,则代表着今年内容敲定方式的一种转变——除了关注那些可能延长人类生活长度的技术之外,其也开始强调那些能够改善生活质量的方案。

在本次清单中当选的不少突破项目,都是为了解决并改善人类生活质量(与长度)中相关性极高的两大挑战——医疗保健与环境问题。而且大家应该可以想到,人工智能(简称 AI)技术在大部分问题中都发挥着重要作用。

对我而言,其中的一大亮点在于引入了“机器人灵巧性”。很多长期关注机器人与自动化领域的人们经常评论称,虽然目前的机器人能够在精心控制的有限环境中运作良好,然而一旦面对意外或者不熟悉的情况,它们通常会很快陷入困境。

机器人灵巧的核心,在于围绕业已建立的机械设备(例如机器手臂)配合 AI 帮助其了解原本不熟悉的设备与环境,并在对应场景下快速适应,从而更熟练地加以探索与处理。

“无牛汉堡”则是今年清单中另一项令人兴奋的补充。这展示出高科技与低科技解决方案如何协同解决同一个挑战——肉类行业的运转会造成大量碳排放,而这又将进一步加剧气候变化。

这一条目当中明确包含有植物性肉类替代品与人工培养的“养殖肉类”,二者都在过去十年当中成为诸多科学实验的关注对象。

第一个由人工培养肉做成的汉堡于 2013 年在马斯特里赫特大学的 Mark Post 实验室诞生,项目耗资高达 30 万美元。但到 2017 年,生产相同数量的人造肉,成本已经快速降低至仅 11 美元。当然,关于人们是否愿意进食这种脱离整体生长出的肉,以及相关心理抵触感问题仍然没有得到解决。但随着人们越来越多地意识到,要想在养活不断增长的全球人口的同时控制由牲畜及肉类包装行业排放到空气中的二氧化碳,盖茨敲定的这项技术确实已经是最好的办法。

说到碳排放,碳捕集与封存(简称 CCS)技术也在 2019 年的突破性清单当中占据着一席之地。这里需要强调,碳捕集与封存并不是什么新生事物,但随着目前正在进行研究与开发,如此其开始以一种价格更低廉、更具可行性的姿态进入我们的生活。其核心主旨是抢在人类活动释放的大量碳(例如由化石燃料发电站排放的碳)进入大气层之前将其捕获,从而缓解由此引发的气候变化。在此之后,我们可以将其安全地存放在地下存储地点。有一部分专家估计,此项技术有可能将发电站的二氧化碳排放量降低达 90%。
与盖茨强调的大多数技术一样,AI 在这一领域同样起到推动作用,包括训练算法以预测碳捕获机械的最佳部署位置,以及理解并监控封存材料在存放之后的活动等等。

至于医疗保健领域,盖茨强调了四种特殊应用,其已经分别证明自身有望改善患者的治疗效果与生活质量,并随时间推移在效果方面更上一层楼。

这四种应用分别为腕戴式心电图(简称 ECG)监视器,通过药丸形式吞服以扫描人体消化系统的内部成像设备,利用个性化 DNA 与免疫系统分析建立的定制化癌症疫苗,以及能够指示母亲早产可能性的新型血液测试。

《麻省理工学院技术评论》总编辑吉迪恩 - 利奇菲尔德(Gideon Lichfield)指出,“比尔提出的这份清单反映了他的信念,即我们正在走向人类技术发展的转折点——从能够延长人类寿命的技术,转向能够提升生活质量的技术。”

2018 年,MIT 也不例外地做出过十大突破性技术预测,当时,这份清单是这样的:

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回顾 2018 年,关于这份清单中的预测有不少都成为现实,比如 2018 年大火的对抗性神经网络,引起广泛讨论的人造胚胎事件等,但同样也有不太准确的预测,比如,网络隐私非但没有达到完美的程度,反而关于网络隐私的问题越来越恶化,引起人们普遍的担忧,其中的代表有以 Facebook 为首的社交软件泄露用户隐私信息事件。

相比 2018 年,2019 年对人工智能依然十分关注,只是从全民 AI 变得更加具体,聚焦到机械手和 AI 助手这两个目前比较落地的应用上。

参考链接:

https://www.technologyreview.com/lists/technologies/2019/

https://www.forbes.com/sites/bernardmarr/2019/02/27/bill-gates-reveals-the-10-breakthrough-technologies-that-will-change-the-world-in-2019/#1537f689171d

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