●索隆 編

《科學(xué)美國(guó)人》與世界經(jīng)濟(jì)論壇聯(lián)合發(fā)布了2018年全球十大新興技術(shù)。這份榜單涵蓋了生物醫(yī)療、化學(xué)、計(jì)算機(jī)、人工智能等領(lǐng)域的最新技術(shù)。這些技術(shù)盡管仍處于發(fā)展早期，但它們吸引了眾多研究團(tuán)隊(duì)的關(guān)注，并且廣受投資者青睞。在未來(lái)3～5年間，它們可能會(huì)對(duì)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重要影響。

在不久的將來(lái)，技術(shù)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(fā)速度；新型診斷工具將打造更先進(jìn)的個(gè)性化醫(yī)療；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)將變得隨處可見，從日常任務(wù)到工業(yè)生產(chǎn)，現(xiàn)實(shí)世界將被大量信息和動(dòng)畫所覆蓋；一旦你患病，醫(yī)生可以將活細(xì)胞移植到你體內(nèi)，用這些“藥物工廠”為你治??；你吃的牛肉、雞肉、魚肉可能都是用干細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)室培育的，這將大幅降低畜牧業(yè)造成的環(huán)境危害。

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

1.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)無(wú)處不在： 世界即將被數(shù)據(jù)覆蓋

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）是一項(xiàng)將計(jì)算機(jī)生成的信息實(shí)時(shí)覆蓋在現(xiàn)實(shí)世界之上的技術(shù)。大量面向消費(fèi)者的應(yīng)用軟件都用到了AR功能。將來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)還會(huì)支持博物館制作全息參觀指南；讓患者體內(nèi)組織對(duì)外科醫(yī)生三維可視化；幫助初學(xué)者快速學(xué)習(xí)從醫(yī)藥到工廠維修的各類技術(shù)……

在未來(lái)幾年內(nèi)，操作簡(jiǎn)單，用于設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的軟件將會(huì)滿足消費(fèi)者更多的需求。就目前而言，AR對(duì)工業(yè)有著極大的影響，它是“工業(yè)4.0”不可或缺的一部分：通過(guò)整合真實(shí)系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)來(lái)促進(jìn)制造業(yè)的系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本并提高效率。

一些市場(chǎng)分析公司相信，AR正在走向主流市場(chǎng)。他們預(yù)估，現(xiàn)在估值為15億美元的AR市場(chǎng)在2020年能達(dá)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(guān)產(chǎn)品和應(yīng)用程序投入大量資金和人才。

隨著能夠支持的AR技術(shù)且更便宜、更快速的移動(dòng)芯片問(wèn)世，功能更豐富的智能眼鏡進(jìn)入市場(chǎng)以及帶寬的增加，該領(lǐng)域?qū)?huì)快速發(fā)展。隨后，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)將加入互聯(lián)網(wǎng)，而實(shí)時(shí)視頻將成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠帧?/p>

2.私人定制的診斷工具： 終結(jié)千人一藥的傳統(tǒng)治療方案

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

得益于診斷工具的進(jìn)步，個(gè)性化、精準(zhǔn)化治療的發(fā)展得以加速。這些技術(shù)能幫醫(yī)生識(shí)別并量化生物標(biāo)記（人體內(nèi)標(biāo)志著穩(wěn)態(tài)紊亂的分子），從而通過(guò)病人對(duì)疾病的敏感性、預(yù)后以及對(duì)藥物最有可能的反應(yīng)，將病人區(qū)分成不同的亞型。

新型診斷工具已經(jīng)開始給標(biāo)準(zhǔn)的疾病診斷與治療手段帶來(lái)變革了。為病人提供對(duì)他們來(lái)說(shuō)最有效的治療方案，甚至可以降低醫(yī)療開支?；蛟S有一天，我們中的許多人都將擁有自己獨(dú)特的生物標(biāo)記數(shù)據(jù)云，這些數(shù)據(jù)不斷累積，并能在任何治療我們的地方為醫(yī)生提供信息。

3.會(huì)辯論的人工智能： 新算法賦予個(gè)人設(shè)備針對(duì)話題學(xué)習(xí)、辯論的能力

手機(jī)屏幕背后的智能助手系統(tǒng)必須經(jīng)過(guò)預(yù)先“訓(xùn)練”：盡可能多地學(xué)習(xí)人類可能提出的請(qǐng)求，其回復(fù)也是由人類編寫、組織成高度結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)格式。因此，智能助手在回應(yīng)請(qǐng)求時(shí)會(huì)受到預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)的限制。

現(xiàn)在，人們正在致力于開發(fā)新技術(shù)，使得下一代系統(tǒng)能夠從各個(gè)來(lái)源吸收和組織非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（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(shuō)服力的建議，或者就一個(gè)它們從未接受過(guò)訓(xùn)練的問(wèn)題與對(duì)手辯論。

2018年6月，IBM展示了一種先進(jìn)的技術(shù)：沒(méi)有事先就某一主題進(jìn)行過(guò)培訓(xùn)，但可以與人類專家進(jìn)行實(shí)時(shí)辯論的系統(tǒng)。系統(tǒng)必須使用非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)來(lái)確定信息的相關(guān)性和真實(shí)性，并將其組織成某種可重復(fù)使用的形式，形成一致的論述來(lái)支持它被分配的立場(chǎng)。它還必須回應(yīng)人類對(duì)手的論述。該系統(tǒng)演示了兩場(chǎng)辯論，在其中一場(chǎng)辯論中，有許多觀眾認(rèn)為該系統(tǒng)的辯論更具說(shuō)服力。

這項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)用了5年多，它包含的新軟件不僅能理解自然語(yǔ)言，還能檢測(cè)語(yǔ)言所包含的情緒是積極還是消極的。目前這一工作仍在進(jìn)行中，但它已經(jīng)為無(wú)數(shù)新型應(yīng)用打開了大門，這些應(yīng)用程序可能在未來(lái)3～5年甚至更短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)。

4.人工智能輔助化學(xué)分子設(shè)計(jì)： 機(jī)器學(xué)習(xí)算法加速新型藥物和材料的研發(fā)

機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以分析所有已知的合成實(shí)驗(yàn)，既包括成功的，也包括那些失敗的實(shí)驗(yàn)?；谒R(shí)別的模式，這些算法可以預(yù)測(cè)潛在的、有用的新分子結(jié)構(gòu)，以及可能的生成方法。

在制藥領(lǐng)域，一種基于人工智能的新技術(shù)——生成式機(jī)器學(xué)習(xí)同樣令人激動(dòng)。大多數(shù)制藥公司為了生產(chǎn)新藥，需要對(duì)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的化合物進(jìn)行篩選。這種篩選過(guò)程十分緩慢，而且產(chǎn)生的有效結(jié)果相對(duì)較少。利用描述已知藥物（和候選藥物）化學(xué)結(jié)構(gòu)及特性的數(shù)據(jù)集，機(jī)器學(xué)習(xí)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(chuàng)企業(yè)已經(jīng)在探索用于研發(fā)新藥的人工智能方法。最近，Benevolent AI籌集了1.15億美元，準(zhǔn)備將其人工智能技術(shù)應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元疾病、帕金森病和其他難治疾病的藥物研發(fā)。

5.可植入的制藥細(xì)胞： 直接在病人體內(nèi)釋放藥物

許多糖尿病患者每天需要多次刺破手指、測(cè)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(nèi)植入正常制造胰島素的胰島細(xì)胞，那就可以取代這一繁瑣的過(guò)程。但是移植細(xì)胞總是會(huì)被自體免疫系統(tǒng)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(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)布了一種能讓移植細(xì)胞在免疫系統(tǒng)面前隱身的方法。在研發(fā)并篩選了上百種材料之后，研究者們選擇了一種經(jīng)過(guò)化學(xué)改造的藻酸鹽凝膠。當(dāng)他們將胰島細(xì)胞密封在這種膠紙中，并植入患糖尿病的小鼠體內(nèi)后，這種細(xì)胞立刻開始應(yīng)對(duì)血糖的變化生產(chǎn)胰島素，并在為期六個(gè)月的實(shí)驗(yàn)中持續(xù)控制著血糖水平。在此期間也沒(méi)有觀測(cè)到纖維化。

現(xiàn)在，這些膠囊內(nèi)的細(xì)胞都是從動(dòng)物或人類尸體上獲取，或是通過(guò)人類干細(xì)胞培育而來(lái)的。2018年，已經(jīng)有好幾家公司投入研究，來(lái)探討如何用這種植入式細(xì)胞來(lái)針對(duì)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(lái)，植入式細(xì)胞療法甚至可以植入經(jīng)過(guò)人工改造的細(xì)胞，來(lái)達(dá)到更精準(zhǔn)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(xì)胞會(huì)像“管家”一樣，按時(shí)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(dòng)物身上提取的肌肉樣本培育成的。技術(shù)人員從動(dòng)物組織中收集干細(xì)胞，讓它們?cè)鲋巢⒎只稍±w維，然后再長(zhǎng)成肌肉組織。一份從牛身上采集的組織樣本就足以產(chǎn)生8萬(wàn)個(gè)牛肉漢堡。一些初創(chuàng)企業(yè)表示，他們預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年內(nèi)正式推出人造肉產(chǎn)品。

7.電刺激醫(yī)學(xué)： 神經(jīng)刺激療法將替代許多藥物治療慢性病

神經(jīng)電刺激器是一種通過(guò)電流脈沖治療疾病的設(shè)備，在藥學(xué)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(lái)越多功能化，將顯著提升對(duì)大量病癥的療效。

在范斯坦醫(yī)學(xué)研究所的凱文·特雷西等人的努力下，迷走神經(jīng)刺激（VNS）在部分場(chǎng)合中已經(jīng)變得可行。他們發(fā)現(xiàn)迷走神經(jīng)能釋放化學(xué)物質(zhì)幫助調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)。這對(duì)患有免疫性疾病的患者來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息，因?yàn)楝F(xiàn)有的藥物常常不起作用或者會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的副作用。由于VNS只對(duì)特定的神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行刺激，因此相比要通過(guò)全身并會(huì)傷害目標(biāo)以外身體組織的藥物來(lái)說(shuō)，這可能是個(gè)更容易接受的療法。

8.基因驅(qū)動(dòng)： 改變甚至消滅整個(gè)物種的基因工具技術(shù)

一項(xiàng)正在快速發(fā)展的基因工程技術(shù)，可以永久性地改變一個(gè)種群甚至整個(gè)物種的性狀。這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)基因驅(qū)動(dòng)使得含有某種遺傳因子的子代數(shù)量升高，從而加速該基因在物種中的傳播?；蝌?qū)動(dòng)可以自然發(fā)生，也可以通過(guò)基因工程人為控制，它在眾多方面對(duì)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(chǎn)量、賦予珊瑚抵抗環(huán)境壓力的能力、防止入侵物種破壞生態(tài)系統(tǒng)。

盡管前景光明，基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)還是引起了人們的擔(dān)憂：經(jīng)過(guò)人為改造的基因會(huì)無(wú)意中擴(kuò)散到其他野外的物種中，并干擾其生長(zhǎng)嗎？將現(xiàn)有的物種從生態(tài)系統(tǒng)中消除有什么風(fēng)險(xiǎn)？非法組織會(huì)不會(huì)將基因驅(qū)動(dòng)用作武器來(lái)破壞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)？

為了避免出現(xiàn)這種極端情況，有研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一個(gè)驅(qū)動(dòng)開關(guān)：必須通過(guò)傳遞一種特殊的物質(zhì)才能打開，使基因驅(qū)動(dòng)起作用。與此同時(shí)，許多科學(xué)家團(tuán)體正致力于擬定條款，來(lái)指導(dǎo)基因驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)在各階段的進(jìn)展。2016年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院審查了基因驅(qū)動(dòng)的研究并對(duì)相關(guān)研究提出了建議。2018年，一個(gè)大型的國(guó)際工作小組為從實(shí)驗(yàn)室研究到野外試驗(yàn)的研究操作制定了流程。該組織提出了將基因驅(qū)動(dòng)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(chǎng)革命

2007年，加州理工學(xué)院的哈里·A·阿特沃特在《科學(xué)美國(guó)人》上撰文預(yù)測(cè)：“等離激元光子學(xué)”最終會(huì)通向一系列應(yīng)用，從高靈敏度的生物探測(cè)器到隱形覆蓋物。之后的十年里，各種等離子體技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，另有一些技術(shù)正由實(shí)驗(yàn)室向市場(chǎng)過(guò)渡。

這些技術(shù)都依賴于對(duì)電磁場(chǎng)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(dǎo)電性和光學(xué)性能。當(dāng)有光照射金屬時(shí)，金屬表面的自由電子產(chǎn)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(fā)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(gè)很小的空間里，電子的振動(dòng)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(lǐng)域，研究最透徹的應(yīng)用之一，是用于檢測(cè)化學(xué)和生物試劑的傳感器；其他應(yīng)用還包括可監(jiān)測(cè)電池活動(dòng)的電池內(nèi)部傳感器、能區(qū)分病毒和細(xì)菌感染的設(shè)備等。此外，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，研究者正在臨床試驗(yàn)中測(cè)試光敏納米顆粒在癌癥治療中的應(yīng)用。根據(jù)市場(chǎng)研究公司的分析預(yù)測(cè)，等離激元傳感器的應(yīng)用在北美的市值，將會(huì)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(jì)算機(jī)而生的算法：開發(fā)者在不斷修改程序以適應(yīng)量子計(jì)算機(jī)

量子計(jì)算機(jī)特有的疊加、糾纏特性，使其在解決特定問(wèn)題時(shí)比任何傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更高效。然而，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的條件卻是眾所周知的挑剔。例如，量子退相干過(guò)程會(huì)破壞其功能。研究人員已經(jīng)證實(shí)，通過(guò)量子糾錯(cuò)，可以使具有數(shù)千量子比特的量子計(jì)算機(jī)受到嚴(yán)格控制，維持在量子態(tài)。但是到目前為止，實(shí)驗(yàn)室中的量子計(jì)算機(jī)都只是包含數(shù)十個(gè)量子比特、尚未進(jìn)行糾錯(cuò)的嘈雜中型量子（NISQ）計(jì)算機(jī)。

然而，隨著專門為NISQ計(jì)算機(jī)編寫算法的研究興起，量子計(jì)算領(lǐng)域可能將迎來(lái)突破。在研究人員看來(lái)，NISQ算法在模擬和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域具有廣闊前景。許多研究人員已經(jīng)開發(fā)出在NISQ設(shè)備（以及未來(lái)進(jìn)行糾錯(cuò)后的量子計(jì)算機(jī)）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(xué)領(lǐng)域新材料的設(shè)計(jì)效率。

開發(fā)人員還在評(píng)估量子計(jì)算機(jī)是否會(huì)在機(jī)器學(xué)習(xí)方面更勝一籌。