2023 年10 項突破性技術_風聞
水军都督-04-02 11:35
2023 年10 項突破性技術
《麻省理工科技評論》
每年，我們都會選出當前最重要的10 項技術。你會認出一些；其他人可能會讓您感到驚訝。我們尋找會對我們的生活產生重大影響的進步，然後分析它們為何重要。
高膽固醇的CRISPR
在過去十年中，基因編輯工具 CRISPR 迅速從實驗室發展到臨牀。它從罕見遺傳疾病的實驗治療開始，最近擴展到包括高膽固醇在內的常見疾病的臨牀試驗。新形式的 CRISPR 可以使事情更進一步。
去年，一名新西蘭婦女成為第一個接受基因編輯治療以永久降低膽固醇的人。這名婦女患有心臟病，並有患高膽固醇的遺傳風險。但實驗性治療背後的科學家認為它幾乎可以幫助任何人。
該試驗是他們使用的編輯工具 CRISPR 的一個潛在轉折點。自大約十年前該技術首次被編程為編輯基因組以來，我們已經看到 CRISPR 從科學實驗室走向臨牀。但最初的實驗性治療主要集中在罕見的遺傳疾病上。高膽固醇治療具有更廣泛的潛力。
由 藥物研發公司 開發的降膽固醇治療依賴於一種稱為鹼基編輯或“CRISPR 2.0”的基因編輯形式。這是一種更有針對性的方法——科學家們現在可以將單個 DNA 鹼基替換為另一個，而不是簡單地進行切割以關閉特定基因。從理論上講，這應該更安全，因為你不太可能錯誤地切割一個重要的基因，並且你可以避免 DNA 被切割後自我修復時可能發生的潛在錯誤。
一種更新形式的 CRISPR 可以使事情更進一步。Prime 編輯——或“CRISPR 3.0”——允許科學家將 DNA 塊插入基因組。如果它對人體有效，它可以讓科學家替換致病基因。
總之，這些新形式的 CRISPR 可以擴大基因編輯的範圍，以適應許多條件——並非所有條件都是遺傳的。有一天，人們可能可以選擇將被認為可以預防高血壓或某些疾病的基因添加到他們的遺傳密碼中。
製作圖像的AI
今年是人工智能藝術家的一年。由谷歌、人工智能研究公司 和其他公司開發的軟件模型現在僅需幾個文本提示就可以生成令人驚歎的藝術作品。輸入幾乎所有內容的簡短描述，您會在幾秒鐘內得到您所要求內容的圖片。一切都不會再一樣了。
人工智能研究公司OpenAI在2021年發佈文本到圖像的模型DALL-E時，引入了一個奇怪而美妙的混疊世界。輸入幾乎任何東西的簡短描述，程序在幾秒鐘內就會吐出你所要求的東西的圖片。2022年4月發佈的DALL-E 2是一次巨大的飛躍。谷歌還推出了自己的圖像製作人工智能，名為Imagen。
然而，最大的改變遊戲規則的是“穩定擴散”，這是英國初創公司Stability AI在8月免費發佈的一款開源文本到圖像模型。穩定擴散不僅可以產生一些最令人驚歎的圖像，而且它被設計成可以在一台(好的)家用電腦上運行。
通過讓所有人都可以使用文本到圖像的模型，Stability AI為已經充滿創造力和創新的地獄注入了燃料。數百萬人在短短幾個月內創造了數千萬張圖片。但也存在問題。藝術家們被捲入了十年來最大的動盪之中。而且，就像語言模型一樣，文本-圖像生成器可以放大隱藏在從互聯網上抓取的訓練數據中的偏見和有害關聯。
這項技術現在被內置到商業軟件中，比如Photoshop。視覺效果藝術家和視頻遊戲工作室正在探索如何快速跟蹤開發流程。文字到圖像的技術已經發展到文字到視頻。谷歌、Meta和其他公司在過去幾個月裏演示的人工智能生成的視頻片段只有幾秒鐘長，但這將會改變。有一天，只要把劇本輸入電腦，就可以製作電影。
去年，人工智能領域沒有什麼比這更吸引人們的注意力了，原因有好有壞。現在，我們拭目以待，看看這些工具將對創意產業以及整個人工智能領域產生什麼樣的持久影響。
改變一切的芯片設計
芯片行業正在經歷一場深刻的變革。製造商長期以來一直從幾家大公司獲得芯片設計許可。現在，一種名為 RISC-V 的流行開放標準通過讓任何人都能更輕鬆地創建芯片來顛覆這些動力動態。許多初創公司正在探索各種可能性。
有沒有想過你的智能手機如何連接到你的藍牙揚聲器，因為它們是由不同的公司製造的？嗯，藍牙是一個開放標準，這意味着它的設計規範，例如所需的頻率和它的數據編碼協議，都是公開可用的。基於開放標準（以太網、Wi-Fi、PDF）的軟件和硬件已經家喻户曉。
現在，一種稱為 RISC-V（發音為“risk five”）的開放標準可能會改變公司製造計算機芯片的方式。
英特爾和安謀等芯片公司長期以來一直對自己的藍圖保持專有。消費者會購買現成的芯片，這些芯片可能具有與他們的產品無關的功能，或者為定製設計支付更多費用。由於 RISC-V 是一個開放標準，任何人都可以使用它來設計芯片，而且免費。RISC-V 規定了計算機芯片指令集的設計規範。指令集描述了芯片改變其晶體管所代表的值的基本操作ーー例如，如何加兩個數。RISC-V 最簡單的設計只有47條指令。但是 RISC-V 也為尋求具有更復雜功能的芯片的公司提供了其他設計規範。
全球約 3,100 名成員，包括公司和學術機構，現在正通過非營利組織 RISC-V International 合作建立和發展這些規範。2022 年 2 月，英特爾宣佈了一項 10 億美元的基金，該基金將部分支持構建 RISC-V 芯片的公司。
RISC-V 芯片已經開始出現在耳塞、硬盤和 AI 處理器中，已經出貨了 100 億個內核。公司還致力於為數據中心和航天器設計 RISC-V。RISC-V 的支持者預測，幾年後，芯片將無處不在。
大眾市場軍用無人機
由於費用高昂和嚴格的出口管制，軍用無人機曾經對小國來説遙不可及。但消費組件和通信技術的進步幫助無人機製造商以低得多的價格製造複雜的戰爭機器。土耳其 Bayraktar TB2 和其他廉價無人機改變了無人機戰爭的性質。
幾十年來，高端精確打擊美國飛機，如“捕食者”和“死神”，主導了無人機戰爭。然而，烏克蘭戰爭的特點是中國、伊朗或土耳其製造的低預算模型。它們的廣泛使用改變了無人機戰鬥的進行方式以及誰可以進行戰鬥。
其中一些新型無人機是現成的四軸飛行器，例如 DJI 的四軸飛行器，可用於偵察和近距離攻擊。其他的，例如價值 30,000 美元的伊朗製造的爆炸式 沙希德 無人機，俄羅斯曾用來攻擊基輔的平民，能夠執行更遠距離的任務。但最著名的是價值 500 萬美元的 Bayraktar TB2，由土耳其的 Baykar 公司製造。
TB2 是將足夠好的零件組合在一個緩慢飛行的身體中的集合。它以每小時 138 英里的速度行駛，通信範圍約為 186 英里。Baykar 説它可以在高空停留 27 小時。但是，當與可以與地面站共享視頻的攝像機結合使用時，TB2 將成為一種強大的工具，既可以瞄準其機翼上攜帶的激光制導炸彈，也可以幫助從地面引導炮火。
最重要的是它的可用性。像“收割者”這樣的美國製造的無人機性能更強，但價格更高，而且受到嚴格的出口管制。任何想要 TB2的國家都可以使用它。土耳其軍方在2016年對庫爾德人使用了無人機。從那以後，它們被用於利比亞，敍利亞和埃塞俄比亞，以及阿塞拜疆對亞美尼亞的戰爭。2019年，烏克蘭購買了6架無人機，用於在 頓巴斯的軍事行動，但這些無人機在2022年初吸引了全世界的注意，當時它們幫助挫敗了俄羅斯入侵者。戰術優勢顯而易見。同樣可悲的是，這些武器將對世界各地的平民人口造成越來越可怕的傷亡。
通過遠程醫療的墮胎藥
到 2022 年，墮胎不再是美國的憲法權利，現在各州的禁令阻止許多人墮胎。因此，醫療保健提供者和初創公司已轉向遠程醫療來開具和遞送藥片，讓人們能夠在家中安全地進行人工流產。
在美國，獲得墮胎護理的機會急劇減少。但另一個方向發生了重大轉變：足不出户就可以獲得醫療服務。2021 年，在大流行期間，美國食品和藥物管理局暫時允許醫療保健提供者向患者郵寄兩種藥片——米非司酮和米索前列醇——這兩種藥片一起服用時可以誘導流產。多年前，食品和藥物管理局發現這些藥丸在妊娠早期終止妊娠是安全有效的，到 2020 年，它們佔美國所有墮胎的一半以上。然後，在 2021 年底，食品和藥物管理局 將其決定永久化。
六個月後，美國最高法院裁定墮胎不是一項憲法權利。隨着禁止墮胎的州“觸發法”生效，人們對墮胎藥的興趣和需求激增。Aid Access 等非營利組織和Choix、Just the Pill和Hey Jane等初創公司隨時準備提供幫助。儘管流程因服務而異，但符合條件的患者通常會使用帶照片的 ID 進行註冊，然後通過視頻通話、短信或應用程序諮詢醫療服務提供者。提供者開出藥片，服務將其運送給患者。
獲得藥物流產並不是一個解決的問題。援助通道總部設在歐洲，其獨特之處在於它可以向美國任何一個州運送藥品。但是大多數通過郵件提供墮胎藥物的創業公司都遵循州法律，這意味着居住在13個禁止墮胎的州，或者另外7個需要醫生親自開藥的州的人，必須跨州旅行或者建立另外的郵寄地址來使用這些服務。儘管如此，幫助人們遠程獲得墮胎藥物的組織在關鍵時刻為許多人帶來了護理。他們的遠見卓識和不懈努力意味着這些解決方案在人們需要的時候已經就緒。
更新：2023 年 1 月，食品和藥物管理局 表示將允許在線和實體零售藥店向有處方的患者分發墮胎藥，此舉可能進一步擴大在允許的州獲得這些藥物的機會。
按需器官
每天，僅在美國，平均就有 17 人死於等待器官移植。這些人可能會因健康器官的無限供應而得救——以及許多其他人的幫助。科學家們正在對豬進行基因工程，其器官可以移植到人體中，並使用患者自身的細胞 3D 打印肺部。
去年有兩個月的時間，一位名叫大衞貝內特的 57 歲男子胸腔內跳動着一顆豬心。馬里蘭大學的外科醫生把它放在那裏是為了看看：經過基因編輯的豬心臟能否讓人活下來？
需要器官移植才能生存的人遠遠多於能夠獲得器官移植的人。全世界每年大約有 130,000 例器官移植，但還有更多的人在等待器官移植時死亡，或者因為他們甚至從未進入移植等待名單。
動物器官是一種潛在的解決方案。但要克服人體對它們的自然反抗並不容易。例如，豬組織表面的糖分會使我們的免疫系統進入攻擊模式。藥物可以幫助抑制反應，但這還不夠。因此，生物技術公司使用基因編輯技術對豬進行改造，去除那些糖分子並添加其他基因，使豬看起來更像人類。
通過以這種方式編輯豬的 DNA，幾家生物技術公司現已培育出器官與人體更相容的動物。雖然貝內特死了，並且在移植器官中發現了病毒，但他的醫生聲稱他接受的豬心從未出現器官排斥的典型跡象。現在他們正計劃對更多患者進行研究。
將來，器官工程可能根本不需要動物參與。研究人員正處於探索如何從頭開始構建複雜組織的早期階段。有些是肺部形狀的3D 打印支架。另一些人則從幹細胞中培養出類似小團的“類器官”來模仿特定的器官。從長遠來看，研究人員希望在工廠裏培育定製的器官。無論它們是在動物體內生長還是在製造工廠內建造，無限供應的器官可以使移植變得更加普遍，並使更多的人能夠獲得替代部件。閲讀關於 馬丁內·羅斯布拉特的文章，這位企業家夢想着製造無限器官的工廠。
不可避免的電動汽車
電動汽車終於成為現實的選擇。電池越來越便宜，政府已經通過了更嚴格的排放規定或完全禁止使用汽油動力汽車。主要汽車製造商已承諾實現全電動，各地的消費者很快就會發現購買電動汽車的理由比不購買的理由更多。
電動汽車正在改變汽車行業。
雖然銷售額多年來一直在緩慢上升，但現在卻在飆升。根據國際能源署的數據，到 2022 年，零排放汽車和卡車可能佔全球所有新車銷量的 13%，高於兩年前的 4%。到本十年末，它們有望佔這些銷售額的 30% 左右。
多種力量共同推動車輛從小眾選擇成為主流選擇。
政府制定了政策，迫使汽車製造商進行重組，並激勵消費者做出改變。值得注意的是，加利福尼亞州和紐約州將要求所有新車、卡車和SUV在2035年前實現零排放，而歐盟在發稿時幾乎已經敲定了類似的規定
反過來，汽車公司正在建立供應鏈，建設製造能力，併發布更多性能更好的車型，包括價格點和產品類型。
五菱宏光mini是一款起價略低於5000美元的小型汽車，已成為世界上最暢銷的電動汽車，鞏固了中國作為最大電動汽車製造商的主導地位。
Hero Electric、Ather和其他公司越來越多的兩輪車和三輪車幫助印度的電動汽車銷量在去年翻了三番（儘管總銷量仍只有43萬輛左右）。從雪佛蘭博爾特到福特F-150閃電，各種尺寸和價格的車型都在吸引更多的美國人加入電動汽車行列。
未來仍有巨大的挑戰。大多數汽車必須變得更便宜。充電選項需要更方便。清潔發電將不得不大幅增加，以適應車輛充電的激增。製造足夠的電池將是一項艱鉅的任務。但現在很明顯，耗油量大的汽車的鼎盛時期正在逐漸暗淡。
詹姆斯韋伯太空望遠鏡
世界上最強大的太空望遠鏡拍攝到的遙遠宇宙的第一張令人歎為觀止的圖像激發了一種集體的敬畏和驚奇感。而這一切才剛剛開始。科學家們分析現在湧入的數據的速度幾乎與發現的速度一樣快。天文學的新時代已經開始。
經過數十年的努力，美國國家航空航天局耗資 100 億美元的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡於 2021 年 12 月發射升空，這是美國、歐洲和加拿大之間的合作項目，是有史以來發射到太空的最大望遠鏡，其功率是其前身哈勃太空望遠鏡的約 100 倍. 它還專門設計用於檢測紅外輻射，使其能夠穿透塵埃並及時回溯到宇宙第一批恆星和星系形成的時期。
詹姆斯韋伯太空望遠鏡就是為這種天文時空旅行量身定做的。它的主鏡有 21 英尺寬，是哈勃望遠鏡直徑的三倍，使其具有更大的分辨率。它帶有一個網球場那麼大的遮陽罩，以保護它的鏡子和儀器免受太陽光和熱的影響。為了幫助它進入太空，工程師們設計了詹姆斯韋伯太空望遠鏡 的鏡子和遮陽罩，使其可以摺疊起來，這樣它們就可以安裝在火箭整流罩內，在發射後展開，因為望遠鏡進入了距離地球 150 萬公里的最終軌道。
天文學家希望通過詹姆斯韋伯太空望遠鏡，他們能夠拼湊出宇宙的第一個星系是如何在大爆炸之後形成的。但這並不是詹姆斯韋伯太空望遠鏡的唯一目標。這台望遠鏡被廣泛應用於天文學領域。它可以提供對其他太陽系行星的前所未有的瞭解，使我們能夠弄清楚它們的大氣是由什麼組成的。它將見證新世界的誕生，拍攝壯麗的星雲圖像，探測星系的結構，還有很多很多。
新發現幾乎每天都在不斷湧現，而且在望遠鏡的整個使用壽命(估計超過20年)內都將如此。
古代DNA分析
現在，基因組測序工具讓我們能夠讀取非常古老的人類 DNA 鏈。研究很久以前人類的遺蹟可以揭示我們是誰以及為什麼現代世界看起來像現在這樣。它還有助於科學家瞭解當時普通人的生活——而不僅僅是那些負擔得起精心埋葬的人。
長期以來，科學家們一直在尋找更好的工具來研究古代人類的牙齒和骨骼。過去，他們不得不搜尋許多古代遺蹟，才能找到保存完好的樣本進行分析。
現在，使受損 DNA 對商業測序儀清晰可見的更便宜的技術和新方法正在推動古代 DNA 分析的繁榮。
今天，科學家甚至可以分析在尼安德特人小便時的泥土中發現的微觀 DNA 痕跡——不需要牙齒或骨頭。11 月，馬克斯普朗克進化人類學研究所的遺傳學家 斯萬特·帕博 因其基礎工作獲得諾貝爾獎，現在被稱為古遺傳學的領域成為焦點。
古代 DNA 分析導致發現了兩種已滅絕的人類物種——呂宋人和丹尼索瓦人——並告訴我們現代人類攜帶了大量的丹尼索瓦人和尼安德特人 DNA。我們現在擁有全基因組數據的古人類個體數量急劇增加，從 2010 年的 5 人增加到 2020 年的 5,550 人。
通過表明印度人口來自不同祖先的混合，這些技術已經破壞了種姓制度。來自西西里島2500年前戰場的DNA顯示，古希臘軍隊比歷史學家描述的更加多樣化。
古老的樣本也能解開現代健康之謎。去年，科學家發現了一種突變，使人們在黑死病中存活的可能性提高了40%，而且它也是克羅恩病等自身免疫問題的風險因素。
不同文化對待人類遺骸的方式存在差異，這將繼續為尋求研究古代DNA的學者帶來倫理和後勤方面的問題。但它揭露的真相已經在改寫歷史。
電池回收
回收對於防止當今堆積如山的廢棄電池最終進入垃圾填埋場至關重要，它還可以提供急需的金屬來源，為明天的電動汽車提供動力。公司正在建設回收鋰、鎳和鈷的設施，並將這些金屬反饋給鋰離子電池製造商，從而幫助降低成本。
從舊筆記本電腦、腐蝕的電鑽和電動汽車中回收的高價值金屬可以為明天的汽車提供動力，這要歸功於回收利用的進步使得將舊電池變成新電池成為可能。
隨着電動汽車變得越來越普遍，對鋰離子電池的需求正在飆升。更多地使用電動汽車對氣候來説是個好消息。但製造電池所需的金屬供應已經捉襟見肘，到 2050 年對鋰的需求可能增長 20 倍。
回收可能有所幫助。處理廢電池的舊方法難以可靠地回收足夠的這些單獨的金屬以使回收經濟。但新方法迅速改變了這一點，使回收商能夠更有效地溶解金屬並將它們與電池廢料分離。
回收設施現在幾乎可以從廢舊電池和電池生產留下的製造廢料中回收所有的鈷和鎳，以及超過80%的鋰，回收者計劃以幾乎與開採材料具有競爭力的價格重新出售這些金屬。鋁、銅和石墨也經常被回收。
如今，中國在電池回收方面處於世界領先地位，主要由CATL等大型電池公司的子公司主導。歐盟最近提出了針對電池製造商的廣泛回收法規。在北美，紅木材料和李氏回收等公司正在迅速擴大業務規模，獲得了數十億美元的公共和私人投資。
電池需求預計將在未來幾十年呈指數級增長。僅靠回收利用還不足以滿足它。這些新的回收過程並不完美。但電池回收工廠將為世界提供滿足其氣候目標所需的材料。
Jessica Hamzelou 是《麻省理工科技評論》的資深記者，負責報道生物醫學和生物技術。她之前是《新科學家》雜誌的健康和醫學科學記者
原文標題是：10 Breakthrough Technologies 2023