編譯/《中國(guó)民商》記者 李雨蒙

2017年十大新興科技

編譯/《中國(guó)民商》記者 李雨蒙

這些新興科技都具有很強(qiáng)的持久力，對(duì)我們的政治和經(jīng)濟(jì)都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，同時(shí)提高醫(yī)療技術(shù)，影響人類(lèi)的文化。其中一些已經(jīng)展開(kāi)應(yīng)用，另一些還要花費(fèi)10年或許更久的時(shí)間進(jìn)一步的研究發(fā)展

“神經(jīng)分路”治愈癱瘓

早在10多年前，西儲(chǔ)大學(xué)的Robert Kirsch 博士就開(kāi)始研究讓癱瘓患者恢復(fù)運(yùn)動(dòng)能力的方法。去年，神經(jīng)學(xué)家Gregoire Courtine教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在癱瘓猴子的大腦中植入了一個(gè)圖釘大小的電極陣列，用于感應(yīng)大腦中知道腿部運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)元活動(dòng)。隨后，他們利用無(wú)線發(fā)射器將這些信號(hào)傳遞到一件為猴子特制的夾克上，當(dāng)猴子發(fā)出想要行走的信號(hào)時(shí)，就會(huì)觸發(fā)脊髓中的預(yù)編程序，使猴子重新行走起來(lái)。2017年，科學(xué)家們利用類(lèi)似原理，打造了一系列的“神經(jīng)分路”，將大腦與四肢重新連接起來(lái)。比如Bolu Ajiboye博士和研究團(tuán)隊(duì)就成功在患者大腦的運(yùn)動(dòng)皮層植入了兩個(gè)硅電極陣列，通過(guò)露骨的金屬端口導(dǎo)出，連接到翻譯信號(hào)的計(jì)算機(jī)。當(dāng)患者腦部發(fā)出信號(hào)到電極上時(shí)，就會(huì)引起不同程度的肌肉收縮，實(shí)現(xiàn)手掌的開(kāi)合，抬起手臂，然后握住杯子把水送到嘴邊。

液態(tài)活檢成無(wú)創(chuàng)癌癥篩查利器

液態(tài)活檢是一種可以在血液樣本中發(fā)現(xiàn)癌癥跡象的技術(shù)，其主要檢測(cè)物包括循環(huán)腫瘤DNA (ctDNA)、循環(huán)RNA等等。利用液體活檢技術(shù)，臨床醫(yī)生可以在影像學(xué)技術(shù)還未發(fā)現(xiàn)病灶時(shí)，就在外周血中檢測(cè)到腫瘤細(xì)胞或相關(guān)遺傳物質(zhì)，提前預(yù)支癌癥。

從干燥空氣中提取飲用水

2017年，《科學(xué)》雜志發(fā)表一項(xiàng)研究成果，美國(guó)麻省理工學(xué)院的Evelyn Wang 教授和加州伯克利分校的Omar Yaghi 教授等人將一種多孔金屬有機(jī)骨架（MOF-801）負(fù)載于薄銅板上，所得的裝置僅依靠太陽(yáng)能就可以從空氣中獲得水。即使在空氣濕度很低的時(shí)候，這種神奇的太陽(yáng)能“飲水機(jī)”仍能正常工作。實(shí)驗(yàn)證明，在自然陽(yáng)光下每公斤MOF-801每天能從濕度為20%的空氣中汲取約2.8升的水，無(wú)需提供額外的能量。Evelyn 和Omar教授等人將蒸汽源引入環(huán)境中，水蒸氣通過(guò)擴(kuò)散吸附在MOF-801材料表面，吸附飽和后撤除蒸汽源，并接入太陽(yáng)能模擬裝置，此時(shí)該材料中析出水分，通過(guò)冷凝裝置加以收集。隨后對(duì)材料的孔隙率和厚度等進(jìn)行優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了在太陽(yáng)能作用下連續(xù)24小時(shí)進(jìn)行水分收集。

卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）的圖像識(shí)別優(yōu)于人類(lèi)

卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它的人工神經(jīng)元可以相應(yīng)一部分覆蓋范圍內(nèi)的周?chē)鷨卧瑢?duì)于大型圖像的處理有突出的表現(xiàn)。不同于傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，CNN系統(tǒng)深度學(xué)習(xí)具備許多功能，通過(guò)識(shí)別行人，制造安全性交稿的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。還能夠廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物檢測(cè)，醫(yī)學(xué)、保險(xiǎn)等多個(gè)領(lǐng)域。

人造樹(shù)葉

哈佛大學(xué)Daniel Nocrea教授聯(lián)手生物學(xué)教授Pamela Silver, 研究出“二代仿生葉子”，遠(yuǎn)超光合作用的效率，首次被用于制造液態(tài)燃料。二代仿生葉子采用水培技術(shù)，吸收太陽(yáng)能之后，可以將水分子分解成氫氣和氧氣，其中的氫氣能夠在工程菌的作用下產(chǎn)生液體燃料，也可用于發(fā)電。新一代仿生樹(shù)葉的功效遠(yuǎn)超于以往的產(chǎn)品，主要是因?yàn)楫a(chǎn)生氫氣所用的全新的鈷磷合金催化劑，能夠避免以往生成活性氧破壞工程菌的DNA的情況，從而大大提高光合作用的效率。據(jù)測(cè)試結(jié)果表明，這種新催化劑能以10%的效率將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為生物能，是自然界植物效率的10倍。

抵御疾病的基因疫苗

基因(DNA)疫苗是利用基因重組技術(shù)直接將編碼某種外源蛋白的目的DNA導(dǎo)入宿主體內(nèi)，使其在體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，從而達(dá)到免疫治療的作用。2017年Wistar研究所和Inovio制藥公司的研究小組使用分子技術(shù)研發(fā)出一種針對(duì)重要靶標(biāo)癌抗原增加免疫應(yīng)答的DNA疫苗，利用人體的自然防御系統(tǒng)改善癌癥免疫療法。過(guò)去的一些腫瘤抗原疫苗一直未能達(dá)到很好的療效，主要因?yàn)橐呙绲拿庖咴圆?。癌?xì)胞的抗原被認(rèn)為是自身抗原。而Wistar的此次疫苗中，使用修飾過(guò)的DNA序列，將WT1標(biāo)記為對(duì)宿主免疫系統(tǒng)的外來(lái)物，從而使免疫耐受得以解除。

軟體機(jī)器人

未來(lái)幾年內(nèi)，機(jī)器人將發(fā)展人類(lèi)般的柔軟度。2017年，世界首款全然體機(jī)器人Octobot章魚(yú)機(jī)器人誕生，它可以爬、游泳等活動(dòng)并與外界互動(dòng)。相比傳統(tǒng)剛性機(jī)器人，軟體機(jī)器人可以更好地與人類(lèi)和自然界進(jìn)行交互，比如將軟體機(jī)器人與可穿戴設(shè)備結(jié)合幫助特殊人群完成生理活動(dòng)，更好地服務(wù)于未來(lái)的人機(jī)交互、醫(yī)療康復(fù)等領(lǐng)域。

臉部識(shí)別支付

2017年，Iphone X的發(fā)布帶火了臉部識(shí)別的話題。其實(shí)，早在蘋(píng)果之前，許多國(guó)家和公司已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用人臉識(shí)別技術(shù)。人臉識(shí)別是圖像識(shí)別技術(shù)成熟的標(biāo)志，是弱人工向強(qiáng)人工智能轉(zhuǎn)化的信號(hào)。我們完全有理由相信，未來(lái)的“刷臉”技術(shù)會(huì)出現(xiàn)在智能門(mén)鎖、智能家庭物聯(lián)網(wǎng)等等地方，帶給我們更加智能的生活。

自動(dòng)駕駛卡車(chē)比想象中更近

近日，特斯拉公司發(fā)布了自動(dòng)駕駛半掛卡車(chē)，引起業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注?？ㄜ?chē)駕駛一般都是長(zhǎng)途運(yùn)輸，司機(jī)需要長(zhǎng)時(shí)間注意力集中，十分疲勞而且孤獨(dú)，交通事故率很高。而自動(dòng)駕駛卡車(chē)對(duì)卡車(chē)司機(jī)將是一種解放。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年約有4000名美國(guó)人死于與卡車(chē)有關(guān)的事故。因此，隨著自動(dòng)駕駛卡車(chē)的加速商業(yè)化，更加智能且安全的駕駛將比人類(lèi)司機(jī)更加靠譜。

人類(lèi)細(xì)胞圖譜

2016年9月，臉書(shū)創(chuàng)始人馬克·扎克伯格和妻子普里希拉·陳宣布成立基金會(huì) Chan Zuckerberg Initiative (CZI), 將在未來(lái)10年內(nèi)投入30億美元巨額資金資助科學(xué)家，推動(dòng)“人類(lèi)細(xì)胞圖譜計(jì)劃”（Human Cell Atlas Project）這是一項(xiàng)大型國(guó)際合作項(xiàng)目，旨在構(gòu)建一個(gè)全面的細(xì)胞圖譜，全面揭示人體是由什么組成的，為科學(xué)家提供生物學(xué)模型，加速藥物的開(kāi)發(fā)，對(duì)于疾病的診斷和治療將是革命性的改變。2017年10月，人類(lèi)細(xì)胞圖譜首批擬資助的38個(gè)項(xiàng)目正式公布，初步估計(jì)，人類(lèi)至少有37.2萬(wàn)億細(xì)胞，HCA的影響包括，比如與現(xiàn)有的“艾倫腦圖譜”相輔相成，完整建立大腦與神經(jīng)系統(tǒng)所有類(lèi)型和亞型細(xì)胞目錄；與人類(lèi)免疫學(xué)基因組計(jì)劃合作，擴(kuò)展到人類(lèi)整個(gè)“免疫系統(tǒng)”等等。

編譯自《科學(xué)美國(guó)人》《麻省理工科技評(píng)論》

（責(zé)任編輯 姜懿翀）