麻省理工科技评论:全球十大突破性技术

2月24日,《麻省理工科技评论》在杭州余杭未来科技城发布2021“十大突破性技术”榜单。人工智能领域引发热议的GPT-3语言模型、短短一年时间内完成研发的新冠mRNA疫苗、TikTok推荐算法等技术位列该榜单。

此外,今年的榜单还包括绿色氢能、多技能AI、远程技术、锂金属电池、数字接触追踪、超高精度定位和数据信托。

《麻省理工科技评论》中国联合出版人刘炯在榜单发布现场表示,“不论是科技人才,还是科技公司,究其核心都离不开突破性的创新科技。”

他回顾道,自2001年起,《麻省理工科技评论》每年都会评选出当年的“十大突破性技术”。2009年,评选出了当时还未被苹果收购的Siri;2013年,将“深度学习”列入榜单,并准确给出了3-5年的爆发期。此外,榜单也曾精准预测了脑机接口、智能手表、癌症基因疗法等现如今热门技术的崛起。

“尽管每年选出的十大突破性技术,有些在当年还未大量普及使用,甚至还在早期的发展阶段,但经过时间的锤炼与印证,诸多曾经被评选出的突破性技术正站于商业化应用的风口浪尖之上。”刘炯表示。

《麻省理工科技评论》创刊于1899年,其长期关注新兴技术的发展及商业化落地,自2001年起每年都会评选出当年的“十大突破性技术”,今年是该榜单诞生的20周年。

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以下为榜单详细内容解读:

mRNA疫苗

重大意义:mRNA新冠疫苗有效性约为95%,此前从未投入临床应用,可能带来医药领域的巨大变革。

主要研究者:BioNTech公司、绿光生物科技公司、Moderna、Strand Therapeutics公司

成熟期:现在

在全球,新冠病毒已夺去200多万人的生命,mRNA技术研究人员德鲁?魏斯曼的几位童年好友也因此去世。

如今,几种不同类型的新冠疫苗已经上市,美国所注射的新冠疫苗完全依赖于Moderna的疫苗、以及BioNTech和辉瑞合作开发的疫苗。以上两款疫苗有个共同点:都采用了mRNA技术。

mRNA疫苗与传统疫苗生效机制完全不同,传统疫苗使用活病毒、死病毒、或者病毒外壳部分物质,以训练人体免疫系统。而mRNA疫苗含有基因物质,由脂质体包裹,注射入体内后,肌肉细胞吸收mRNA并产生某种病毒蛋白,免疫系统会及时产生抗体和T细胞来抵御病毒的入侵。

在此之前,虽然针对mRNA的研究已有20年,但是直到去年,mRNA才首次用于进入市场的药物。

GPT-3

重大意义:学习自然语言的大型计算机模型,朝着构建可理解人类、并与人类世界互动的AI迈出的一大步。

主要研究者:OpenAI、Google、Facebook

成熟期:现在

继DeepMind的AlphaGo和IBM的DeepBlue之后,GPT-3成为AI领域最能引发公众想象的存在。

GPT-3是一种“大型语言模型”,由旧金山的研究实验室OpenAI创建。所谓“大型语言模型”指的是一种利用深度学习的算法,通过数千本书和互联网的大量文本进行训练,将单词和短语串在一起。GPT-3于2020年正式发布,能够模仿人类书写文本,逼真程度令人惊异。

在许多人看来,GPT-3的这一能力,堪称是通往真正的机器智能道路上的里程碑。

数据信托

重大意义:面对个人数据被滥用这一情况,数据信托可以帮助更好地管理数据。

主要研究者:Google Sidewalk Labs

成熟期:2-3年

数据时代,在人们生活更加方便的同时,隐私和安全问题日益突显。那么,是否有一个组织可以像工会维护劳工权利一样来维护人们的数据权利?并且,能够像医生一样,根据个人的数据管理帮助人们做出明智的决策?

或许,数据信托是一种可行性方案。

在法律中,信托是指基于对受托人的信任,委托人从其自身利益出发,将资产交给受托人管理的行为。而在数据信托中,受托人将管理一群人的数据或数据权利。这就像医生有责任依据病人的利益行事一样,数据受托人管理委托人的数据或数据权利,也对其利益负责。理论上,数据信托允许用户行使其作为数据生产者的权利。

对于数据引发的隐私、安全性等问题,数据信托不是唯一的解决办法,但能够控制数据、让数据共享造福人类的数据治理是十分必要的。

锂金属电池

重大意义:锂金属电池能量密度高、充电速度快,而且安全可靠,使电动汽车像汽油汽车一样方便和便宜。

主要研究者:QuantumScape公司、卡耐基梅隆大学、橡树岭国家实验室

成熟期:5年

制约电动汽车产业发展的一大难题就是电池技术。

目前,电动汽车普遍使用的是锂离子电池,这种电池昂贵、笨重、能量密度低,并且其所依赖的液体电解质在碰撞时极易起火。电池的一系列缺点体现在电动汽车上就是:价格高、续航低、充电慢,而且还存在安全隐患,这些正是让众多车主对电动汽车望而却步的原因。

显然,要使电动汽车比汽油汽车更具竞争力,就需要一种突破性电池来弥补这些缺陷。

硅谷初创公司QuantumScape声称已经开发出全新的锂金属电池,其采用固体电解质(陶瓷)克服了传统锂离子电池存在的这些缺陷。

数字接触追踪

重大意义:在不获取个人位置信息的情况下,手机使用者可获知自己是否与新冠病毒感染者接触。

主要研究者:苹果、谷歌等

成熟期:现在

2020年全球都在经历的新冠疫情让“数字接触追踪”引起人们的关注。

新冠疫情之下,科技为公共卫生调查人员追溯感染者的行踪提供新思路——数字接触追踪。使用该技术,卫生调查人员不再需要依靠病人的记忆对其行踪进行追踪,这减轻了对疾病监控的压力。

这一技术对应到实际应用被称为“曝光通知”(Exposure Notification)。对于该数字接触追踪系统,程序员在几周内完成了建立和运行,并将代码开源共享,以保证全球各地的、苹果和安卓的用户都可以使用这一功能。

具体而言,“曝光通知”不会追踪用户的位置,而是使用蓝牙来匿名连接附近运行同一应用程序的手机设备,从而保证健康数据的匿名性和隐私性。截至2021年1月,《麻省理工科技评论》了解到的全球各地政府使用的“曝光通知”应用共有77个。

超高精度定位

重大意义:当定位技术精确到毫米级或更高水平,将开创全新的产业。

主要研究者:中国科学院空天信息创新研究院、ColdQuanta

成熟期:现在

全球卫星定位系统的精度正在从“米”提高到“厘米”级别,这将为自动驾驶汽车、送货机器人等在街道上安全行驶提供更大支撑。

2020年正式开通的北斗三号全球卫星导航系统可实时捕获地面上几米的位置变化,甚至其处理精度能够达到毫米级。该系统已用于检测中国各地山体滑坡易发地区地表的细微变化,并于当年预测到中国湖南省将遭遇数十年来最严重的山体滑坡,使村民得以提前撤离。中国科学院航天信息研究所专家表示,如果卫星定位精度仍然在米或分米的水平,对此,这是不可能实现的。

其实,北斗和全球卫星定位系统(GPS)精度的进一步提升都需要通过地面设施来提高定位精度。在目前广泛使用的方法中,一种是实时动态(Real Time Kinematic,RTK)定位,精度可达3cm以下;另一种是精确点定位(Precise Point Positioning,PPP),也可以达到厘米级别的精度。此外,中国科学院航天信息研究所专家表示:“我们正在开发 PPP-RTK技术,结合二者的优势,有望在几年后投入使用。”

远程技术

重大意义:2020年疫情期间,医疗保健和教育这两项重要服务中发生的变化,对人们的整体福祉和生活质量产生了巨大影响。但最重要的改变其实不是技术本身而是我们的行为,因为远程会议和远程医疗早已存在。

主要研究者:中国香港在线辅导公司Snapask、作业帮、印度Byju’s

成熟期:现在

2020年四月,全球疫情进入高峰期,170余个国家的学校关闭,受到影响的学生规模高达16亿。全球大部分地区的传统学校转为线上教学模式,亚洲也不例外,例如中国香港在线辅导公司Snapask的用户需求激增。

目前,Snapask在亚洲9个国家拥有超过350万名用户,较疫情之前翻了一番。于2015年创立Snapask的Timothy Yu表示,“之前我们需要五年才能达到的用户数量,由于疫情的原因只用了一年就实现了。”

多技能AI

重大意义:“多模态”系统能解决更加复杂的问题,让机器人能够实现与人类真正意义上交流和协作。

主要研究者:艾伦人工智能研究所、北卡罗来纳大学、OpenAI

成熟期:3-5年

2012年底,人工智能科学家首次弄清了如何让神经网络“拥有视觉”,随后,他们还掌握了如何让神经网络模仿人类推理、听觉、语言和写作的方式。虽然人工智能在完成特定任务方面已经变得非常像人类,甚至是超越人类,但它仍然没有人类大脑的“灵活性”,即人脑可以在一种情境中学习技能,并将其应用到另一种情境中。

例如,AlphaGo虽然能击败世界上最好的围棋高手,但它无法将这种策略扩展到棋盘之外,无法理解和适应不断变化的外部世界。

另外,人工智能系统的设计是一次只做其中的一件事。比如,计算机视觉和音频识别算法可以感知事物,但无法使用语言来描述它们;自然语言模型可以操纵文字,但文字是脱离任何感官现实的。

在这方面,儿童成长过程是很好的例子,孩子通过“感知”和“谈论”世界来了解世界,当他们开始将单词与景物、声音和其他感官信息联系起来时,他们能够描述越来越复杂的现象和动态,并构建一个复杂的世界模型,这个模型能帮助他们驾驭陌生的环境,并将新的知识和经验融入其中。

受儿童成长过程的启发,如果将感官和语言结合起来,并让人工智能拥有更接近于人类的方式来收集和处理信息,那么它能否发展出对世界的理解?答案是肯定的。这些可同时获得人类智能的感官和语言的“多模态”系统,应该会生成一种更强大的人工智能,也更容易适应新情况、以及解决新问题。

TikTok推荐算法

重大意义:TikTok不仅能够精准地为用户推荐感兴趣的视频,还能通过推荐算法帮助他们拓展与其有交集的新领域。

主要研究者:TikTok

成熟期:现在

TikTok是全球最具吸引力、增长最快的社交媒体平台之一。截至目前,TikTok在全球范围内已超过26亿次下载量,在美国拥有1亿用户。TikTok发现和提供内容的独特方式是其具有吸引力的“秘密武器”。

TikTok将网红博主的视频与新人博主的视频混合放在“为你推荐”页面,然后以浏览量奖励优质创作内容,用这种方式将更多新人博主的视频推给广大用户。

概括来说,TikTok增强用户粘性的技能越来越“炉火纯青”,不仅能够精准地为用户推荐感兴趣的视频,还能通过推荐算法帮助他们拓展与其有交集的新领域。

绿色氢能

重大意义:绿色氢气是绿色的碳中性能源,是可再生风能和太阳能的扩充,有可能成为未来低碳化的核心燃料。

主要研究者:绿色氢联盟蒂森克虏伯集团、国际能源署、麦肯锡咨询公司

成熟期:预计2030年

大多数氢气是通过天然气与高温蒸汽结合的方式制造的,也就是所谓的灰色氢气。通过水电解生产出绿色氢气,目前其生产成本是灰色氢气的三倍左右。

随着风能和太阳能成本的不断下降、以及绿色氢气生产的规模经济效应的出现,氢气的生产成本也有望迎来大幅降低。随着碳捕集技术的发展,在不排放大量二氧化碳的条件下,可从天然气中提取更多的氢气,绿色氢气也将有可能成为未来低碳化的核心燃料。

一方面,运用燃料电池的方法使用氢气,利用水电解的逆反应,通过氢气和氧气反应来生成水和电,同时又不产生氮氧化物。另一方面,通过把氢和碳结合起来,能生产比氢更容易处理的液态合成碳氢燃料。这类液体燃料更清洁,可以替代汽油或柴油。

氢气还可用来储存可再生能源生产的电能,当风力减弱、云层遮挡太阳或用电量需求增加时,这些能量可以重新转化为电能并输入电网。

国际能源署(International Energy Agency)预测,到2050年,氢气可提供全球能源需求的10%以上,每年可生产1100万千兆瓦时以上的能源。


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