《创业前线》下的《科技前线》原创制作
作者|伊恩
在英国有一本非常著名的杂志叫《自然》。
它是世界上最古老、最负盛名的科学期刊之一，涵盖了全球科学领域最前沿的研究成果。
而这本杂志有一个更受欢迎的“姐妹刊物”:《科学美国人》。它和自然最大的区别在于，后者更热衷于“说人话”关于科学。
《科学美国人》自173年创刊以来，一直是读者公认的最受欢迎的高水平学术期刊。
北京时间9月19日上午，《科学美国人》杂志和世界经济论坛联合发布了一份榜单:2018年全球十大新兴技术。
该榜单由来自《科学美国人》、科学美国人全球顾问委员会、世界经济论坛全球专家网络和世界未来委员会的生物学、无机化学、机器人和AI领域的顶尖专家共同评选。
除了这个榜单的权威性，官方还用了三个“必须”来形容这次入选的10项技术:
1.一定要在未来3-5年内对社会和经济提供重大帮助；
2.它必须具有潜在的颠覆性，能够改变行业或既定的做事方式；
3.它肯定处于相对早期的发展阶段，还没有被广泛使用。
可以说权威中有客观，客观中有一丝调皮，很符合杂志的调性。难怪爱因斯坦最喜欢在这里发文章。
让我们来详细看看这个列表中最前沿的技术。其中有多少是你听说过的，又有多少是你所不知道的。
这项技术已经被推测了很多年，它的原理其实很简单:
实时覆盖真实世界中计算机产生的信息。
众所周知，人与计算机信息的交互需要计算机来完成，而与现实世界的交流不需要媒介。如果计算机产生的信息能够与现实世界融合，它将带来的最大变化是:
1.电脑信息的呈现会更加元、直观、有血有肉；
2.我们有更多的方式与计算机交流。
与现在的“偶尔玩玩AR”相比，未来大量面向消费者的应用将使用AR技术:
AR技术其实已经开始走向大众市场了。一些分析家认为:
目前15亿美元估值的AR市场将在2020年达到1000亿美元。苹果、谷歌、微软等大型科技公司已经开始在AR和VR领域投入大量资金和人才。
对于我们普通消费者来说，体验“真AR技术”的门槛暂时还是比较高的，但我们乐观地认为，我们已经“有机会”体验到了。
随着支撑AR的硬件成本的降低，其高效率、高精度的属性将对整个行业、制造业、设计业、教育业产生颠覆性的改变，甚至直接改变我们的生活方式。
以前对疾病的治疗大多是:一个确诊的疾病，对应一个治疗方案，但技术瓶颈是对病源的诊断，达不到足够高的准确率。
然而，在过去的十年中，随着“组学”技术的巨大进步，现在已经可以快速、可靠和廉价地对人类的全基因组、蛋白质组、代谢组学等进行测序。
这一系列的“群”包含了每个人的身体状况，然后结合AI对这些数据进行挖掘、筛选、对比，从而准确定位是哪些分子导致了患者的疾病。
医生可以针对不同的患者进行定制化治疗。
同时，这些数据将成为伴随每个人一生的“医学数据集”，就像一个巨大的分子病例，记录着你身上已经发生、正在发生和将要发生的一切变化。
目前，这种将高通量组学技术与AI技术相结合的诊断方法已经在临床上应用于癌症、子宫内膜异位症、自闭症、帕金森病和阿尔茨海默病的治疗。
分子合成领域最大的困难是不能快速避免合成过程中失败的反应和副作用。在AI中，机器学习算法通过分析所有已知的过去实验，设计新分子的合成步骤，可以大大提高分子合成的成功率。
举两个例子:
德国明斯特大学的研究人员开发了一种AI工具，可以重复模拟已知的1240万个单步化学反应，设计出比人类快30倍的多步合成路线。
在制药领域，制药公司将数百万存储的化合物信息输入到AI工具中，并对其进行筛选，以确定其作为新药的潜力，同时消除可能的副作用。
和分子合成一样，新材料、新化学品的研发，最大的困难是不能有效排除实验结果对健康和安全的影响。在AI的帮助下，可以用最低的成本高效消除这些风险。
今年6月，IBM开发的人工智能Project Debater在旧金山与两位顶级人类辩手进行了两场辩论，人工智能成功取得一场胜利。
这次辩论赛与以往不同的是，Project Debater在比赛前并不知道辩题是什么。除了辩论赛开始时的寒暄和玩笑，辩论赛的语句都是Project Debater自由发挥，没有固定语句。
当它得到一个新的话题时，它需要找到素材，理解论点，组织语言，甚至根据人类对手的抱怨进行反驳。
这项技术已经发展了5年。与其他语言AI技术相比，它的强大之处在于，它不仅可以自己理解人类的自然语言，还可以检测语言中包含的情感，最终给出一个“最像人类”的反馈。
目前，研究结果已经证实，将一些能够释放药物的健康细胞植入人体内，对于疾病的治疗将会更加高效、成本更低。
然而，植入细胞与免疫系统之间的“斗争”始终难以解决。
以糖尿病为例。如果将正常情况下可以产生胰岛素的胰岛细胞植入体内，会干扰人体的免疫系统，使用免疫抑制剂会对人体产生巨大的副作用。
在过去的几十年里，科学家们已经开发出一种方法来封装受攻击的细胞，但用于封装的保护膜仍然会被免疫系统作为异物攻击，最终导致细胞死亡。
2016年，在筛选了数百种材料后，麻省理工学院的研究团队选择了一种化学修饰的海藻酸盐凝胶作为保护膜。这种物质可以保证免疫系统不能“识别”和“攻击”，保证细胞营养的供给。
可以说，这种“治疗胶囊”从内部药物细胞的提取到胶囊外壳的材料问题都得到了解决。未来几年，这项技术将对医疗领域产生巨大影响。
人造肉是从动物身上提取的肌肉样本培育出来的。世界上第一家人造汉堡肉饼发明公司Mosa Meat表示:
从牛身上采集的一个组织样本就足以制作8万个牛肉汉堡。
人造肉还有两个不可逾越的障碍:成本和口感。目前，在成本方面已经取得了一些突破:
2013年，汉堡制作肉饼的成本超过30万美元，而且肉是干的。此后，费用逐年下降。今年，孟菲斯肉类公司表示，1/4磅人造牛肉的价格约为600美元。
按照这个趋势，不出几年，就会出现物美价廉的人造肉，成为传统肉类的竞争产品，逐渐改变我们的饮食习惯，对伦理和环境这两个不可逾越的问题更加友好。
这种疗法其实并没有我们想象的那么糟糕。
电刺激器是一种利用电流脉冲治疗疾病的装置，在药学领域有着悠久的历史。目前常见的应用有:起搏器、人工耳蜗、治疗帕金森病的脑深部电极刺激。
目前，这项技术的应用领域更多:
1.范斯坦医学研究所的凯文·特雷西发现的迷走神经刺激疗法也可以治疗免疫性疾病。
2.通过耳后皮肤向脑神经和枕神经发送信号，用于缓解戒断阿片类药物时的戒断反应。
与VNS相比，后者的进步在于这种设备是非植入式的，其运行成本极低，对人体的伤害也更小。
随着这项技术的进步，一些需要长期药物治疗的慢性病患者，几年后会有更好的选择。
目前基因工程可以实现基因的“改造”，现在又有了一项新技术:可以人为控制含有某种遗传因子的后代数量。
简单来说，就是找到了一个可以控制后代繁衍的基因，并成功改造。
它在许多方面对人类有益:例如，逐渐减少携带病毒的昆虫的数量，或修改害虫的基因以减少繁殖数量，增加粮食产量等。
与此同时，为了防止转基因物种扩散到野外，影响其他物种的正常繁殖，或者被用作生物武器破坏农业生产，一个研究小组还发明了一种驱动开关:只有输送一种特殊物质，驱动基因才能发挥作用。
但是这种技术未知的风险是很大的，它的副作用可能比它的正面作用更不可预测。因为这种控制相当于被改造的基因加速了原有生态环境的改变。
早在2007年，加州理工学院的哈里·阿特·沃特(harry arter Water)就撰文预测“等离子”技术可能会投入非常广泛的应用。
10年后的今天，等离子技术已经进入商用阶段，更多的应用正在从实验室走向市场。
这项技术依赖于电磁场与金属中自由电子的相互作用，决定了材料的导电性和光学性质。
然后，通过限制材料的尺寸，可以控制其自由电子的振荡频率，从而控制材料是发光还是导电。
目前，该技术应用最广泛的领域是化学或生物成分的检测。通过将等离子纳米材料包裹在特定分子上，可以通过光反馈来检测该分子的存在。
金纳米球、片、棒上生长金银合金纳米岛已经有初创公司开发了基于这项技术的应用程序:
检测电池活动以提高功率密度和充电率；
用于磁盘上的磁性存储，以增加内存容量；
注射血液使其附着在肿瘤细胞上，精准消灭癌细胞。
在科学领域，材料往往是技术发展的主要障碍，而这种“超材料”的出现将使未来更多的技术领域得以真正实现。
量子计算机独特的叠加和纠缠特性，使其在解决特定问题时比任何传统计算机都更高效，但其副作用也非常明显和致命:
一个叫做退相干的过程会破坏它的功能。
世界上最先进的量子计算机之一 IBM Q得益于NISQ量子计算机已经向全世界开放，世界各地的研究人员一直在做大量专门针对NISQ的算法，极大地推动了量子技术的发展。
目前，NISQ上出现的两种算法被认为具有非常广阔的前景:
1.模拟算法:可以提高从能源到健康科学等领域新材料的设计效率。
2.机器学习:从大型数据集或经验中学习，并基于现有的统计样本生成新的样本。
测试结果表明，目前量子计算机在这两个领域的计算效率已经远远超过了最先进的传统计算机。随着量子计算硬件和算法的不断发展，它带来的变化可能会推动整个人类文明的发展。
这份关于未来的榜单每年都由《科学美国人》发布。
除了总结这一年的重大科技进步，它更重要的意义还在于:让科学事业之外的大多数人，为即将发生的事情做好准备。
即使我们面对未来往往很被动，但在另一个维度，这种准备一定会让它来得更快。
当我们明年这个时候回头看这个列表的时候，也许我们已经在用这些技术创造另一个新的未来了。
参考资料:
1.2018年十大新兴技术-科学美国人
2.全球Science-huanqiukexue.com
