《麻省理工科技评论》2024年“十大突破性技术”正式发布

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10 Breakthrough Technologies 2024​www.technologyreview.com/2024/01/08/1085094/10-breakthrough-technologies-2024/

01 万物皆可AI（AI for everything）

当OpenAI在2022年11月推出名为ChatGPT的免费Web应用时，没有人知道未来会发生什么。但它的发布改变了一切。

直到2023年1月，ChatGPT已成为有史以来增长最快的网络应用，为所有网络用户提供了有史以来最强大的神经网络之一。我们感到眼花缭乱的同时也伴随着一种不安。

而这只是个开始。2023年2月，微软和谷歌透露了与之抗衡的计划，将聊天机器人和搜索相结合—该计划重构了我们与互联网的日常互动。

早期的演示并不理想。微软的必应聊天出了问题，回答就像是在胡说八道。谷歌Bard也被发现在其促销宣传中犯了错误。但是覆水难收，不管它是好是坏。

微软和谷歌不再局限于搜索引擎，通过他们的办公软件将聊天机器人助手推送给数十亿人。这项技术承诺可以在几秒钟内总结电子邮件和会议内容、起草报告和自动回复，以及生成完整幻灯片集的标题、要点和图片。

微软和Meta发布了图像制作模型，用户只需点击即可生成任意可共享的图像。

谷歌的新手机现在可以使用AI来编辑照片，以达到前所未有的程度，如把悲伤表情换成高兴，把阴天的下午换成美丽日落的傍晚。

此前，从未有过新技术从实验原型到消费产品发展速度如此之快，规模如此之大。很明显，我们甚至还没有开始理解这一切，更别说考虑其影响了。

高光时刻是否到此为止？也许吧。随着一次次的发布，令人惊讶的事情变得平凡。但2023年的贡献是明确的：数十亿人现在已经见证了AI的面孔。现在我们需要弄清楚究竟应该考虑些什么。

代表

Google、Meta、Microsoft、OpenAI

应用时间

现在

02 超高效太阳能电池（Super-efficient solar cells）

将传统硅与尖端钙钛矿相结合的太阳能电池可以将效率提升到新的高度。

2023年11月，一项热门的太阳能技术打破了一项效能的世界纪录。之前的记录只维持了五个月，但新记录应该也不会保持太久。这种效率提高的惊人加速来自于下一代太阳能技术的一个特殊品种：钙钛矿串联太阳能电池。这些电池用具有独特晶体结构的材料覆盖传统的硅。

在科学家们一直在研究钙钛矿太阳能技术的十年中，它一直在刷新自身的效率记录，这些记录计算了照射到电池上的阳光被转化为电能的比率。硅电池占当今太阳能市场的95%。钙钛矿吸收的光与硅电池吸收的光不同，当硅和钙钛矿在串联太阳能电池中一起工作时，它们可以利用更多的太阳光谱，使电池产生更多的电力。

硅基电池的技术效率水平最高不到30%，而纯钙钛矿电池的实验效率达到了26%左右。但钙钛矿串联电池在实验室中的效率已经超过33%。这就是该技术诱人的前景：如果大规模部署，钙钛矿串联电池能够以更低的成本产生比传统太阳能电池更多的电力。

但钙钛矿在实际部署时存在困难。硅基太阳能电池可以使用几十年。但很少有钙钛矿串联电池板在外界进行过测试。

钙钛矿的电化学组成意味着它们对吸水和受热降解很敏感，尽管研究人员一直努力在面板周围创造更好的屏障，并转向更稳定的钙钛矿化合物。

2023年5月，总部位于英国的牛津光伏（Oxford PV）表示，其商业尺寸的钙钛矿串联电池的效率已达到28.6%，明显大于实验室中用于测试材料的电池，并计划在2024年交付首批电池板并扩大产量。其他公司可能会在2030s末期推出产品。

代表

Beyond Silicon, Caelux, First Solar, Hanwha Q Cells, Oxford PV, Swift Solar, Tandem PV

应用时间

3-5年

03 Apple Vision Pro

Micro-OLED技术已经发展了十多年，但Vision Pro将是迄今为止最引人注目的展示其能力的产品。

历史上充斥着注定失败的脸机（Face Computer）设备。谷歌眼镜(Google Glass)、微软全息透镜(Microsoft HoloLens)，甚至Meta的Quest系列都未能火起来。现在，轮到苹果尝试了。

今年下半年，苹果计划开始推出其新的Vision Pro，这是该公司的第一款混合现实头显。它的商业成功在很大程度上是一个悬而未决的问题，但Vision Pro无疑是一款突破性的设备，其显示屏好于比以前任何一款产品。

今年6月，苹果在年度开发者大会上发布了这款头显设备(苹果称其为空间电脑)，称它可以提供更适合观看电影、体验照片、与他人交流、甚至阅读和创作的方式。

与虚拟现实不同，混合现实将数字内容覆盖到真实世界中。嵌入耳机的摄像头和传感器可以拍摄房间里发生的事情，并在屏幕上重现。耳机可以加入你选择的所有数字内容，例如将一段冲浪视频虚拟地投影在用户的沙发前。

Vision Pro存在一个问题，即人们会用它来做什么？苹果已经准备好了一套应用，开发者也可以创建自己的应用，但它充其量不过一个花哨的视频浏览器吗？此外，人们真的会戴着它吗？苹果在设备的正面添加了虚拟眼睛来显示佩戴者的视线，但在6月的发布会上，只分享了佩戴者的视频。这些虚拟眼睛看起来会怎样，是不是怪怪的？

Vision Pro售价3,499美元（约合2.7万rmb），比其他耳机贵上数千美元。

也就是说，多年来没有其他公司在开发和营销消费技术方面取得如此成功。苹果的投资可能会给混合现实市场带来不错的机会。

代表

Apple

应用时间

2024年

04 减肥药（Weight-loss drugs）

像Wegovy和Mounjaro这样的减肥药物非常受欢迎和有效，但它们对健康的长期影响仍然未知。

1/3的美国成年人患有肥胖症，肥胖人群更容易患上心脏疾病、糖尿病和癌症。像Wegovy和Mounjaro之类的抗肥胖药物可以帮助解决这一危机。

从Reddit到TikTok，成功的故事在网上随处可见。两种受欢迎药物背后的诺和诺德公司利润飙升。

这些药物通过抑制食欲来帮助人们减肥。大多数药物最初是为治疗二型糖尿病而开发，但在2021年6月，Wegovy成为自2014年以来首个获批用于体重管理的药物。Wegovy和Ozempic（一种用于减肥的糖尿病药物）中的活性成分索马鲁肽（Semaglutide）模仿肠道在进食后释放的激素，使人有一种饱腹感。患者每周在家中注射一次药物，可以减轻12%至15%的体重（尽管许多人之后会达到平台期）。

许多患者必须终身服用这些药物以保持体重，药物的长期影响尚不可知。这些药物也很昂贵，每月要花费超过1,000美元，大多数保险都不包括减肥药。

不过这些治疗方法可以改善数百万人的健康状况。一些研究甚至表明，它们可以缓解心力衰竭的症状。许多公司正在开发这些减肥药物的新品，其中一些可以口服。

2023年11月，美国食品和药物管理局批准了礼来公司（Eli Lilly）用以治疗肥胖症的糖尿病药物Zepbound。大约有70种新的肥胖治疗方法正在开发中，其中6种正在等待监管审查。

在接下来的一年里，随着需求的飙升，预计会有更多的公司进入试验的最后阶段并寻求批准。

代表

Eli Lilly, Novartis, Novo Nordisk, Pfizer, Viking Therapeutics

应用时间

现在

05 增强地热系统（Enhanced geothermal systems）

先进的钻井技术可以释放无碳可再生能源的潜力。

地热是一种丰富的无碳能源，它提供了一种能够不随天气或时间变化的化石燃料替代品。但是，传统的地热发电厂需要特定的地质条件，特别是具有水源的渗透性岩石。因此，地热占全球可再生能源容量的不到1%。但一项新兴技术可以让我们利用更多的热量。

增强地热系统自1970s年代以来一直在开发中。最近的进展表明，它可以大幅增加可再生能源的产量。Fervo Energy去年在内华达州测试了一个这样的系统，并证明了其商业可行性。该公司正在犹他州建设另一个项目，目标是到2026年提供持续的清洁电力。

通过增强地热，公司可以在新的地点使用地热。水力压裂技术广泛应用于石油和天然气行业，如今，在比现有的地热井更深的深度被用于破开坚硬的岩石。然后将水注入这些岩石中产生蒸汽，随后驱动涡轮机发电。

Fervo还希望使用增强地热技术来为电网创造巨大的地下电池。通过在井中增加或减轻压力，可以在需求低的时候节省能源，在需求上升的时候增加发电量。

这项技术并非没有潜在的风险。特别是，科学界对水力压裂如何影响地震活动存在分歧。虽然有些人认为地震风险很小，但2017年韩国发生的一起事件与一个增强地热项目有关。

其他几家公司和实验室正在推进该领域的试点项目和研究。总部位于华盛顿的AltaRock Energy正在开发专项技术来开采高温岩石，这可能会大幅增加能源产量。由美国能源部赞助的犹他州FORGE lab正在钻探一口井，这口井可以作为增强地热技术的试验台。这些项目中的多数仍处于试验阶段，但越来越明显的是，增强型地热是能源世界的热门话题。

代表

AltaRock Energy, Fervo Energy, Utah FORGE lab

应用时间

3-5年

06 小芯片（Chiplets）

芯片制造商认为，更小、更专业的芯片可以延长摩尔定律的寿命。

封装一词听起来也许没什么新奇，但它是构建计算机系统的重要组成部分。现在，企业正在定义新一代机器的外观。

几十年来，芯片制造商通过将更小更多的晶体管塞进芯片来提高性能。这种趋势的通俗名称是摩尔定律。但这个时代正在走向终结。进一步缩小晶体管和制造当今高科技产业所需的复杂芯片的成本变得非常昂贵。

作为回应，制造商正在转向更小，更模块化的“小芯片”（也称芯粒），这些小芯片专为特定功能（如存储数据或处理信号）而设计，可以连接在一起构建系统。芯片越小，它可能包含的缺陷就越少，这使得制造成本更低。

包括Advanced Micro Devices和Intel在内的许多公司多年来一直在销售基于小芯片的系统。但是，小芯片是否能帮助该行业保持摩尔定律的速度，将取决于“封装”，这需要将它们并列放置或堆叠，在它们之间形成快速、高带宽的电连接，并将它们包裹在保护性塑料中。

制造商仍在寻找平衡成本与性能的最佳方法。2022年，美国通过527亿美元的《芯片法案》(CHIPS Act)，旨在支持美国的芯片产业，该法案将110亿美元用于“先进半导体”研究，并创建了一个国家先进封装制造计划，以促进学术界和工业界之间的合作。

到目前为止，由于缺乏封装的技术标准，小芯片的采用受到了阻碍。这种情况也在发生变化：业界已经接受了一个开源标准，叫做通用芯片互连快线（Universal Chiplet Interconnect Express）。从理论上讲，标准将使不同公司生产的芯片更容易组合，这可能会给芯片制造商在人工智能、航空航天和汽车制造等快速发展领域提供更多的自由。

代表

Advanced Micro Devices，Intel，Universal Chiplet Interconnect Express

应用时间

现在

07 第一例基因编辑治疗（The first gene-editing treatment）

镰状细胞病是第一种被CRISPR击败的疾病，但这种新的治疗方法的预期价格为200万至300万美元。

直到11年前，科学家们才首次开发出名为CRISPR的有效DNA剪切技术。现在，他们已经将CRISPR从实验室带到了现实医学中，并通过它来治愈镰状细胞病的症状。

PS：CRISPR英文全称是 Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats，规律成簇的间隔短回文重复，是大多数细菌及古细菌中一种不断进化适应的免疫防御机制。

镰状细胞病（SCD）是一种常染色体隐性遗传疾病，是由表达β-珠蛋白的HBB基因的 A·T-to-T·A 点突变引起，突变导致β-珠蛋白上第六位原本的谷氨酸被替换成缬氨酸，进而导致红细胞形态异常，呈现镰刀型，因此也叫做镰刀状细胞贫血症。症状包括贫血、严重急性/慢性疼痛、免疫缺陷、多器官衰竭，甚至过早死亡。这种疾病的预期寿命只有53年。在美国，每4000人中就有1人患有这种疾病，几乎所有人都是非裔美国人。

那么，这种疾病是如何成为CRISPR的第一例成功案例呢?生物学上的一个偶然实际现象是答案的一部分。我们的身体有另一种制造血红蛋白的方式，这种方式会在我们出生时关闭。研究人员发现，对骨髓细胞进行简单的DNA编辑可以使其重新启动。

许多CRISPR治疗方法正在试验中，但在2022年，总部位于波士顿的Vertex Pharmaceuticals率先将一种药物提交监管机构批准。这项治疗是针对镰状细胞病的患者，对其骨髓编辑后，几乎所有自愿参加试验的患者的疼痛感觉都消失了。

这确实是好消息。但基因编辑治疗的预期价格为200万至300万美元。Vertex目前还没有计划在非洲提供这种治疗，因为在非洲，镰状细胞病非常常见，而且它会导致儿童死亡。

该公司表示，因为治疗方案非常复杂，需要住院、取出骨髓、编辑细胞，然后将它们移植回去。在那些仍致力于满足基础卫生需求的国家，这一程序显得过于苛刻。因此，接下来可能会出现更简单、更便宜的方法来传递CRISPR。

代表

CRISPR Therapeutics, Editas Medicine, Precision BioSciences, Vertex Pharmaceuticals

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