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前沿 |《科学美国人》:2018全球十大新兴技术金沙js娱乐场官方网站

2019-12-28 作者:生命科学   |   浏览(90)
2018年全球十大新兴技术

摘要:尽管这些技术仍处于发展早期,但它们吸引了众多研究团队的关注,并且广受投资者青睐。在未来3~5年间,它们可能会对社会与经济产生重要影响。

在不久的将来,技术革新将如何改变我们的生活?

9月19日,《科学美国人》与世界经济论坛联合发布了2018年全球十大新兴技术。这份榜单由《科学美国人》、世界经济论坛全球专家网络、世界未来委员会共同选出,涵盖了生物医疗、化学、计算机、人工智能等领域的最新技术。

人工智能将大幅提升新药物和新材料的开发速度;新型诊断工具将打造更先进的个性化医疗;从日常任务到工业生产,增强现实将走进生活的方方面面,将大量信息和动画覆盖于真实世界之上;如果你生病了,医生将可以在你体内植入活细胞,用这些“药物工厂”为你治病;你将会吃到用干细胞在实验室培育的牛肉、鸡肉和鱼肉,这将大幅降低畜牧业造成的环境危害,并使无数的动物免遭不人道待遇。

这些技术尽管仍处于发展早期,但它们吸引了众多研究团队的关注,并且广受投资者青睐。在未来3~5年间,它们可能会对社会与经济产生重要影响。

经过层层遴选,最终由来自生物医学、化学、计算机和人工智能等领域的顶尖专家共同评选,这些足以改变世界的想法和其他新兴技术一起,构成了这份“2018年全球十大新兴技术”榜单。

这些足以改变世界的想法与其他新兴技术一起,组成了2018年的“全球十大新兴技术”。

根据发布方,世界著名科普杂志《科学美国人》的介绍,这些新兴技术能在未来3~5年间,对社会和经济产生重要影响;具有潜在颠覆性,能够改变整个行业或既定的行业标准;处于相对早期的发展阶段,尚未得到广泛应用,但已吸引了众多研究团队的关注,并且广受投资者青睐。

01增强现实技术无处不在

1.增强现实将无处不在

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虚拟现实让你沉浸在一个虚幻、独立的世界里,而增强现实是将计算机生成的信息实时覆盖在现实世界之上。当你看到或者佩戴集成了AR程序和摄像头的设备(可以是智能手机、平板电脑、耳机或智能眼镜)时,程序会分析输入的视频流,下载大量与当前场景相关的信息,并在其上叠加相关数据——通常是3D的图片或动画。

增强现实是一项将计算机生成的信息实时覆盖在现实世界之上的技术。大量面向消费者的应用软件都用到了AR功能。将来,这项技术还会支持博物馆制作全息参观指南;让患者体内组织对外科医生三维可视化;帮助初学者快速学习从医药到工厂维修的各类技术……

举两个例子:协助车辆安全倒车的倒车影像系统和热门游戏《精灵宝可梦GO》。大量面向消费者的应用软件都会用到AR功能,比如为外国游客翻译街道标志,医学专业的学生开展的虚拟解剖,消费者在买家具时可以看到预想的摆设效果。将来,这项技术还会支持博物馆制作全息参观指南;帮助外科医生,使得患者体内组织三维可视化;允许建筑师和设计师以全新的方式合作;帮助无人机操作员用增强的图像远程控制机器;帮助初学者快速学习从医药到工厂维修的各项技术。在未来几年内,操作简单、用于设计应用程序的软件将会满足更多消费者的需求。

VR技术能让人沉浸在虚构孤立的宇宙中。相比之下,AR则是将计算机生成的信息实时叠加在现实世界中。当你戴着装备有AR软件和摄像头的设备时,无论是智能手机、平板电脑、头盔亦或是智能眼镜,程序会分析传入的视频流,下载大量关于场景的信息,并将相关数据、图像或动画以3D的形式叠加在上面。

2.电刺激医学将减少药物使用

一些市场分析公司相信,AR正在走向主流市场。他们预估,现在估值为15亿美元AR市场在2020年能达到1000亿美元。而苹果、谷歌、微软等大型科技公司都向AR和VR相关产品和应用程序投入大量资金和人才。《哈佛商业评论》最近强调,AR技术是一项革命性的技术,将影响所有企业。

神经电刺激设备可以通过电流脉冲治疗疾病,这种设备在医学界已经有很长的应用历史。例如,心脏起搏器、耳蜗植入装置和治疗帕金森病的深脑电极刺激都用到了该设备。这种电刺激设备正变得越来越多功能化,将显著提升对大量病症的治疗能力。神经电刺激设备的工作原理是,向迷走神经发送信号,迷走神经将电流从脑干发送至器官,最后返回脑干。

02个性化定制的医疗诊断工具

在科学家的努力下,迷走神经刺激的全新用途正变得可行。他们发现,迷走神经能释放调节免疫系统的化学物质。例如,在脾脏里释放的特定神经递质对参与全身炎症反应的免疫细胞具有镇静作用。这些发现表明,能从迷走神经刺激中受益的不仅是与电信号紊乱有关的疾病,还包括自身免疫疾病和炎症反应。对这些疾病的患者来说,这个发现无疑是个好消息。由于这项技术只对特定的神经系统进行刺激,因此相对于经过全身,会伤害作用目标以外的身体组织的药物,电刺激疗法可能更容易接受。

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3.人造肉对环境更友好

得益于诊断工具的进步,个性化、精准化治疗的发展得以加速。这些技术能帮医生识别并量化生物标记(人体内标志着稳态紊乱的分子),从而通过病人对疾病的敏感性、预后以及对药物最有可能的反应,将病人区分成不同的亚型。早期的分子诊断工具着眼于单个分子,例如糖尿病患者的葡萄糖。

想象一下,你咬了一口鲜嫩多汁的牛肉汉堡,而这是在不杀死任何动物的前提下发生的。利用实验室的细胞培育出的人造肉,正在将这种设想变成现实。多家初创企业正在开发实验室培育的牛肉、猪肉、家禽和海鲜。

早期分子诊断工具只观测单一的分子,比如对糖尿病患者就只会监测血糖。但在过去的10年里,生物组学技术取得了突破性进展:能在体液或组织样本中迅速、准确地对个体的全部基因组进行测序,或测量所有蛋白水平、代谢副产物或微生物数量。

由于只需为培育和维持人工培养的细胞提供资源,人造肉还可以减少肉类生产过程中的高昂环境代价。

新型诊断工具已经开始给标准的疾病诊断与治疗手段带来变革了。为病人提供对他们来说最有效的治疗方案,甚至可以降低医疗开支。将来,许多人可能会拥有生物标记数据的个人云,随着时间的推移,这些数据将积累起来,并帮助提供个性化治疗。

人造肉是由从动物身上提取的肌肉样本制成的。技术人员从动物组织中收集干细胞,让它们迅速增殖,分化成原肌纤维,随后膨大形成肌肉组织。Mosa Meat公司称,一份从牛身上采集的组织样本就足以生产出8万个牛肉汉堡。

03AI辅助助化学分子设计

一些初创企业表示,他们预计在未来几年内正式推出人造肉产品。但在上市之前,人造肉还必须克服重重障碍。

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其中两个障碍分别是成本和口味。以2013年向各大媒体展示的实验室人造肉汉堡为例,汉堡中肉饼的制作成本超过30万美元,而且肉质过于干燥。自那以后,人造肉的制作成本逐年下降。2018年,Memphis Meats公司声称,四分之一磅人造牛肉馅的价格约为600美元。按照这一趋势,在几年内,人造肉就可能成为传统肉类的竞争对手。

设计新的太阳能材料、抗癌药物或者能阻止病毒攻击农作物的化合物的过程非常耗时,并且涉及许多失败的尝试。现在,AI开始提高设计和合成的效率,使这个过程变得更快、更容易、更便宜,同时减少化学废物。

4.会辩论的人工智能

目前,近100家初创企业已经在探索用于研发新药的人工智能方法。最近,Benevolent AI筹集了1.15亿美元,准备将其人工智能技术应用于运动神经元疾病、帕金森病和其他难治疾病的药物研发。

如今的智能助理已经能在某些情形下让你误以为它们是人类,但未来的智能助理还会更加先进。在手机屏幕背后,智能助理使用复杂的语音识别软件来识别你的需求、为你提供帮助,然后生成听起来很自然的语音,给出符合你问题的预设答案。这样的系统必须预先经过“训练”:大量学习人类经常提出的请求,而相应的回复必须由人类来编写,并组织成高度结构化的数据格式。

例如,德国明斯特大学的研究人员开发了一种AI工具,它可以反复模拟已知的1240万个单步化学反应,并以比人类快30倍的速度设计出多步合成路线。在制药领域,基于AI的“生成机器学习”技术也令人兴奋。大多数制药公司储存了数以百万计的化合物,并对它们进行筛选,以确定其作为新药的潜力。

实际上,这些系统已经能够“学习”了——通过机器学习技术,它们能够改进问题与现有答案之间的匹配方式,但改进程度有限。即便如此,它们仍然令人印象深刻。

04金沙js娱乐场官方网站,会辩论和提供指导的AI

在更高复杂度的层面上,目前科学家正在致力于开发新技术,以使下一代的系统能够从各个来源吸纳、组织非结构化数据,然后自主撰写出有说服力的建议,或者就一个它们从未接受过训练的问题与对手辩论。

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2018年6月,IBM展示了一项更加先进的技术:一套没有事先就某一主题或立场进行过培训,就能与人类专家实时辩论的系统。系统必须使用非结构化数据来确定信息的相关性和真实性,并将之组织成某种可重复使用的形式,然后根据它所处的立场,来调取相关的论据。系统还必须对人类对手的论述作出回应。在演示时,这套系统参加了两场与人类的辩论,在其中一场辩论中,有许多观众认为,该系统的辩论更具说服力。

如今的数字助手有时会欺骗你,让你相信它们是人类,但更强大的数字助手正在到来。Siri、Alexa等使用复杂的语音识别软件来识别你的请求和如何提供相应信息,它们会生成听起来很自然的语音,给出符合你问题的脚本答案。

5.可植入人体的制药细胞

今年6月,IBM展示了一种先进的技术:没有事先就某一主题进行过培训,但可以与人类专家进行实时辩论的系统。系统必须使用非结构化数据来确定信息的相关性和真实性,并将其组织成某种可重复使用的形式,形成一致的论述来支持它被分配的立场。它还必须回应人类对手的论述。该系统演示了两场辩论,在其中一场辩论中,有许多观众认为该系统的辩论更具说服力。

许多糖尿病患者每天都要多次刺破手指,测量血糖水平,从而决定需要多少胰岛素。如果能在病人体内植入制造胰岛素的胰岛细胞,就能取代这一烦琐的过程。除了糖尿病,细胞植入技术还能改变癌症、心力衰竭、血友病、青光眼、帕金森病等多种疾病的疗法。但细胞植入存在一项风险:患者必须持续使用免疫抑制剂以防止免疫系统的排异。这种药物可能带来严重的副作用,包括增加感染或恶性肿瘤的风险。

05植入式制药细胞

现在,研究者开始应对这一挑战。2016年,一支来自麻省理工学院的团队发布了一种能让移植的细胞在免疫系统面前隐形的方法。在研发并筛选了上百种材料之后,研究者们选择了一种经过化学修饰的藻酸盐凝胶。藻酸盐已经被证实可在人体中安全使用。当他们在患糖尿病的小鼠体内植入密封在藻酸盐凝胶内的胰岛细胞后,这些细胞立刻开始根据血糖的变化生产胰岛素,并在为期6个月的试验中持续控制血糖水平。研究者没有观测到任何纤维症的出现。这个团队还在另一项研究中发现,抑制一种在纤维化过程中起重要作用的免疫分子(集落刺激因子I受体),可以有效抑制疤痕的产生。加入这种受体抑制剂将进一步提高植入细胞的存活率。

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6.用人工智能设计化学分子

几十年来,科学家们发明了一种方法,将细胞包裹在半透性的保护膜中,防止免疫系统攻击植入的细胞。这些胶囊仍然允许营养物质和其他小分子流入,需要激素或其他治疗蛋白流出。然而,不让这些细胞受到伤害是不够的,如果免疫系统认为这种保护性物质本身是外来的,它将导致疤痕组织在胶囊上生长。这种“纤维化”会阻止营养物质到达细胞,从而杀死它们。

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