权威发布：《麻省理工生物技术评论》2019年“全球十大突破性技术”

自 2001 年起，《爱荷华理工生物科技卫报》每年都亦会十佳出新当年的“十大近期电子技术”，这份在全世界生物科技领域举足轻重的榜单曾精准预报了脑机接口、智能手表、前列腺癌基因组疗法、低度进修等诸多热门电子技术的崛起。当然，与其知道是“预报”，不如知道是《爱荷华理工生物科技卫报》站在全世界生物科技最前沿，亲眼目睹了生物科技新颖的百年变迁后的一种沉淀，是对科研迈向金融业的行不通性分析，是对电子技术商业既有及权威的研判。今年是《爱荷华理工生物科技卫报》创刊 120 周年，2019 年的“十大近期电子技术”榜单也与过去稍有多种不同。在本次的榜单十佳中会，我们颇为荣幸的引荐到了尼尔·霍华德先生作为副教授十佳人，他时长实际上参与了十佳工作，并为本届榜单所撰。本届榜单的入选电子技术也多是以“生物福祉”为在短期内。正如尼尔·霍华德先生所知道，看完这些近期电子技术以后，你亦会觉得“美好的未来，值得我们为之奋斗”。《爱荷华理工生物科技卫报》在今天正式揭晓 2019 年“全世界十大近期电子技术”（10 Breakthrough Technologies）。图 | 2019 年《爱荷华理工生物科技卫报》全世界十大近期电子技术榜单最主要：与众不同机械、核能先锋派、风湿热预报、十二指肠显微镜冷冻、应用操作系统前列腺癌接种、人造猪杜塞尔多夫、猎取二氧既有锂、可穿心电仪、无排流水系统外观设计护理间、知道英语话语的AI副手共 10 大近期电子技术。表列是该份榜单详实章节及一小解读简介：与众不同机械极其重要：机器正试图通过自我进修学亦会应对这个现实当今世界。如果机械能学亦会应对混乱的现实当今世界，那么它们就可以胜任越来越多的任务。主要学术学术界：OpenAI（计算机科学非营利组织）、卡内基梅隆学院、密歇根学院、内华达州学院伯克利分校秋冬季：3-5年尽管人们一直在讨论机器变为生物工作的话题，但现阶段工业机械仍然表现得较为幼稚且控制能力欠佳。虽然机械可以在装配线上不厌其烦地单调着同一个动作，同时还能保持超低的精准度，但哪怕尽可能重力场被稍微移动了一点，或将其替换成多种不同的部件，机械的能用操作过程就亦会非常极为幼稚甚至是实际上抓空。如今，虽然我们还能够让机械认真到和人一样，在看到重力场后就明白如何将其拿起，但从前它可以通过在绑依此空间里面进行时每一次的飞行测试，最终自主学亦会管控眼前的重力场。座落在旧金山的非盈利组织 OpenAI 就热卖新了这样一套 AI 系统外观设计 Dactyl，并已出乎意料操控一个机器手让其灵活地翻转一块积木。这套神经网络操作系统很难通过强既有进修，让机械在各种类型的环境中会学亦会能用并转动积木后，如此一来让机器手进行时实际操作。这套操作系统开始时亦会进行时随机的试着，并在大大地相似在短期内的操作过程中会逐渐加强网络内部的连接出去。上会我们能够让机械将各种类型练习中会得到的科学知识应用于到现实环境里面，因为我们很难各种类型出新像摩擦力或是材料的多种不同性质这样的比较简单变量。而 OpenAI 制作组则通过在绑依此锻炼中会导入随机性来克服了这个解决急于。现阶段，我们还要获取越来越多的突破才能让机械非常越来越加灵活。但如果学术研究医务人员很难很差地透过这种进修方式，未来的机械将月内很难学亦会装配电子产品、将餐具摆入洗碗机里面、甚至是很难将卧床的人从床上扶起。核能先锋派极其重要：先进的轻流水和核分裂核电站正试图走过现实。在减不及锂废气和限制环境保护的努力之外，核能的起到似乎正非常越来越不可或缺。主要学术学术界：陆地如此一来生能源（Terrestrial Energy）、妮可如此一来生能源（TerraPower）、比奇斯凯尔（NuScale）、General Fusion秋冬季：新型核分裂核电站到 2020 中期中会期月内充分透过大权威也应用于；轻流水核电站仍需至不及十年时间。在过去的一年中会，新型核核电站发展势头惊人，核能的运用于将亦会非常越来越安全性，生产成本也越来越低。新型核电站的发展最主要：颠覆了传统观念外观设计的第四代核分裂核电站、小型模块既有核电站，以及似乎忍耐也能够充分透过的轻流水核电站。第四代核分裂核电站的开发计划者，比如新西兰的 Terrestrial Energy 和的办公室座落在华盛顿的妮可如此一来生能源（TerraPower），仍然开始与电力母公司建立联系开发外观设计共同关联，力争在 2020 中期之前充分透过并网发电（这个估计可能会有些乐观）。小型模块既有核电站可以导致了的电力，上会为数十兆瓦（整体而言，传统观念核核电站可以导致了左右 1000 兆瓦的电力）。像俄勒冈州的 NuScale 这样的母公司表示，小型既有的核电站可以节左右资金生产成本，并缩减环境和金融高风险。轻流水之外也有困难重重。虽然没人指望可视轻流水电子技术亦会在 2030 年之前充分透过交付，但像 General Fusion 和 Commonwealth Fusion Systems 这样的来自爱荷华理工学院的始自跨国公司，正试图获取一些更进一步困难重重。不少人普遍认为可视轻流水只是黄粱美梦，然而，由于轻流水核电站不亦会出新现堆芯熔毁，也不亦会导致了核素期长、放射性低的核废料，它所可能会亦会面临的社会公众抵制应该亦会比常规核核电站不及很多。（尼尔·霍华德是妮可如此一来生能源和 Commonwealth Fusion Systems 的投资商。）风湿热预报极其重要：每年有 1500 万女婴以致于出新生，这是 5 岁表列老年人失踪的主要状况主要学术学术界：Akna Dx秋冬季：可在 5 年内转到临床测试。简单的验血可以预报孕妇究竟有以致于受孕的高风险。我们的核酸主要存在于细胞上皮体内。但是不及量的“无细胞上皮细胞”DNA 和 RNA 也浮在我们的肾脏中会，上会由垂死细胞上皮细胞释放。在孕妇中会，这些游离的核酸碎片来自妊娠、胎盘和父母的细胞上皮细胞。斯坦福学院的生物施工师 Stephen Quake 仍然找到了一种方式来解决医学界最棘手的解决急于之一：大左右极为之一的女婴以致于出新生。自由浮的 DNA 和 RNA 感染者之前所需医学影像细胞上皮细胞能用细胞上皮细胞的反馈，例如对进行时活组织健康检查或夹住孕妇的腹部进行时羊上皮细胞穿刺术。不一样的是从前越来越非常容易探测和分析肾脏中会无细胞上皮细胞核酸。在过去几年中会，学术研究医务人员开始通过从肾脏中会探测细胞上皮细胞的 DNA，以及通过肾脏探测对孕妇进行时陈氏综合症等结核病的产前筛查。这些探测依赖于寻找 DNA 中会的基因组等位基因。另一之外，RNA 是调节基因组表达的分子物质，很难决依此从基因组中会导致了多不及蛋白质。通过对父母肾脏中会的自由浮的 RNA 进行时测序，Quake 筛选出新与风湿热有关的七种基因组表达的涨落。这让他可以辨别可能会以致于受孕的女性。一旦被警告，内科医生可以采取措施避免风湿热，并赋予父母越来越好的求生存机亦会。Quake 知道，肾脏探测所运用的电子技术，较慢，简便，每次测量不到 10 美元。他和他的共同者仍然创办了主营创业者母公司 Akna Dx 将其商业既有。十二指肠显微镜冷冻极其重要：一种小型的、可食道的电子元件，不运用于也可以捕捉到十二指肠的详实图像，甚至在女婴和老年人体外也可以。这一电子元件使十二指肠结核病的探测和学术研究非常越来越为非常容易，其中会最主要使贫困内陆地区的数百万老年人软骨的一种结核病。主要学术学术界：爱荷华医院院长秋冬季：现阶段在体外运用于；女婴飞行测试将于2019年进行时。环境性肠功能障碍（EED）可能会是你从未听知道过的耗时最低昂的结核病之一。以十二指肠坏死、十二指肠泄露和营养成分吸收不良为特征，这一结核病在贫穷国际组织广泛传播，这也是这些内陆地区不少人营养成分不良、发育迟缓、未能达致但会身低的状况之一。不能人知道引起 EED 的具体状况是什么，也不能人知道怎样预防或化疗这一结核病。切实行不通的探测手段可以希望医务工作者了解何时应该施压及怎样化疗。在女婴中会仍然有了化疗方式，但检验和学术研究这些幼儿十二指肠结核病上会所需，并将一个称为内窥镜的管子插入脸颊。这种方式低廉、不舒服、且在 EED 受到重视内陆地区难以推展。因此，爱荷华医院院长（MGH）的生理学和施工师 Guillermo Tearney 开发外观设计了一种小型电子元件，这种电子元件很难探测 EED 的表现症状，甚至可以进行时组织解剖。与内窥镜多种不同，它在基础卫生探测操作过程中会应用于简单。Tearney 的可食道冷冻显微镜镜附在可侧向的斜向食道上，被连接出去到一种叫认真折射相干断层成像系统外观设计( OCT )的电子元件上。在医护医务人员将冷冻食道后，卫生医务人员在将纤维冷冻比如说的操作过程中会，很难无死角对整个消既有道认真纤维放射治疗。这种冷冻在消毒后可以单调透过（这听出去有点难以置信不适，但是 Tearney 的制作组仍然开发外观设计出新一种电子技术，据他们知道，这种电子技术不亦会导致不适。）它还隐含以单细胞上皮细胞分辨率拍摄消既有道微小的电子技术，以及捕捉几毫米低度的投影圆锥的电子技术。这项电子技术有几种应用于；在爱荷华医院院长， 它被用来探测巴雷特腹腔，一种腹腔癌的前身。关于 EED，Tearney 的制作组开发外观设计出新了一种越来越小的版本，可以给不能食道药丸的女婴运用于。这仍然在受到重视 EED 的巴基斯坦内陆地区的青不及年口中验证过了，此外，计划在 2019 年进行时女婴飞行测试。这一小型探测仪将希望学术学术界们问到关于 EED 困难重重的具体解决急于——例如它亦会负面影响什么细胞上皮细胞和究竟有芽孢涉及其中会——并评估施压手段和潜在疗法。应用操作系统前列腺癌接种极其重要： 通过辨别各的特异性等位基因，激发人体的天然防守能力，从而对癌细胞上皮细胞进行时系统性毁坏。传统观念既有学疗法对身心健康细胞上皮细胞有很大负面影响，而且对的治果并不也许理想。主要学术学术界：BioNTech 、Genentech秋冬季：已在的测试现阶段，科学研究正处于将首支个性应用操作系统接种商业既有的下一场。如果其效果真如预期的话，该接种就的确很难通过新颖的等位基因触发人体免疫系统外观设计对其进行时辨别，从而短时间内阻挡多种前列腺癌的愈演愈烈。越来越重要的是，与传统观念既有学疗法多种不同，接种是通过运用于人体的天然防守系统外观设计来选择性地毁坏细胞上皮细胞的，对身心健康细胞上皮细胞的损害较有限。此外，在初始化疗后，攻击性免疫细胞上皮细胞将也亦会对游离的癌细胞上皮细胞保持警惕。在生物基因组组计划已完成五年后的 2008 年，当生物化学公布了癌细胞上皮细胞的第一个碱基时，这种接种的发端就不如此一来是；也了。自此不久，学术研究医务人员开始将癌细胞上皮细胞的 DNA 与身心健康细胞上皮细胞和其他细胞上皮细胞三者的 DNA 进行时较为。学术研究断依此，所有这些癌细胞上皮细胞都成份数百个甚至数千个特依此的等位基因，其中会大多数是这些各自特有的。几年后，主营名叫 BioNTech 的德国始自母公司提可供了难以置信信服的证据，证明成份这些等位基因拷贝的接种可以催既有EVA的免疫系统外观设计导致了 T 细胞上皮细胞，从而认真好见到、攻击和摧毁所有成份这些等位基因癌细胞上皮细胞的准备。现阶段正试图进行时的飞行测试针对至不及 10 种实体前列腺癌，尽可能是在全世界各地招募 560 名以上的民间组织。现阶段，这两家母公司正试图外观设计新的装配电子技术，以期能低成本较慢地装配数千种私人订制接种。但这亦会是块“硬骨头”，因为仿造接种所需对医护医务人员的进行时解剖，对其 DNA 进行时测序和分析，并将这些反馈迅速传达致装配彩排。一旦装配出新来，接种就需要及时送到医院，而任何延误都可能会是致命的。人造猪杜塞尔多夫极其重要：研究所孕育出的人造猪和植物学金属制的素猪，能在不毁坏环境的情形相似真实猪类的风味和营养成分价值。人造猪的出新现，可以缓解畜牧业装配导致的毁灭性的森林砍伐、酸雨和保护环境氢气废气。主要学术学术界：加拿大人造猪跨国公司Beyond Meat秋冬季：现阶段仍然有成形的植物学性素猪；2020年左右可研制出乎意料研究所人造猪。根据联合国安理会的预报，当今世界比率将在 2050 年达致 98 亿，人口数量富裕流水准也亦会上升。但这于对环境保护来知道可不是什么好事——生物一旦脱贫致富，就往往要吃掉越来越多猪。据预报，到 2050 年，生物吃掉的猪亦会比 2005 年多 70%。事实证明，饲养可供生物猪的哺乳动物，是对环境的最大伤害之一。根据哺乳动物大类的多种不同，以西方工业既有方式装配一磅猪类蛋白要比装配等量植物学蛋白多用 4 到 25 倍的流水，6 到 17 倍的土地，6 到 20 倍的既有石燃油。而解决急于在于，人认同不亦会正要就戒掉猪类。也就是知道，研究所培养的人造猪和植物学金属制的素猪可能会是选择性环境恶既有的比较好急于。研究所人造猪的操作过程，是从哺乳动物口中提取肌猪组织，然后取长大物反应器进行时孕育出。虽然最终制成品的色泽可能会合理性提低，但外形上仍然与我们但会吃的猪相比之下了。荷兰马斯特里面赫学院的学术研究医务人员已在为研究所人造猪的投入装配而努力。他们普遍认为，到去年，人造猪杜塞尔多夫的装配生产成本可能会都比牛猪杜塞尔多夫还低。但人造猪也不理想，装配人造猪对环境到底有多大改善，我们还不用粗估。当今世界金融业论坛最近的一份报告知道，装配研究所人造猪的保护环境氢气如此一来生能源消耗也只比装配牛猪装配不及大概 7%。对环境越来越友善的猪类低生产成本，就是 Beyond Meat 和 Impossible Foods（尼尔·霍华德投资了这两家加拿大人造猪始自跨国公司）等母公司开发外观设计的植物学金属制的“素猪”。他们用蓝莓蛋白、大豆、小麦、马铃薯和植物学油来氢化哺乳动物猪的坚硬和色泽。Beyond Meat 母公司在内华达州开在了主营占地 26000 平方英尺（左右 2400 平方米）的加工厂，仍然在 3 万家的商店和餐馆售出新了超过 2500 万个杜塞尔多夫。密歇根学院可持续系统外观设计中会心分析推测，Beyond Meat 制作杜塞尔多夫导致了的保护环境氢气可能会比传统观念牛猪杜塞尔多夫不及 90%。猎取二氧既有锂极其重要：实用且金融业地从氢气中会实际上猎取二氧既有锂的方式，可以吸走而政府废气的保护环境氢气。从大气中会消除CO2可能会是阻挡灾难性的环境保护以后的行不通方式之一。主要学术学术界：Carbon Engineering、Climeworks、Global Thermostat秋冬季：5到10年即使我们缩减现阶段的二氧既有锂废气飞行速度，保护环境氢气导致的变暖效应依然亦会持续数千年之久。为防范最低温度攀升至可怕以内，联合国安理会环境保护委员亦会当前得出新的结论是，在本世纪，全当今世界将所需从大气中会消除低达 1 万亿吨的二氧既有锂。当年夏天，哈佛学院气候科学研究大卫·汤玛斯（Did Keith）计算以后难以置信兴奋地见到，一种叫认真实际上氢气猎取（Direct Air Capture，DAC）的方式，某种程度可以将机器捕集二氧既有锂的生产成本缩减到每吨 100 美元表列。先前估计的生产成本要比这个位数低出新一个预报值，因而许多科学研究曾普遍认为这项电子技术有点过低廉，不具备行不通性。不过，实际上氢气猎取仍需至不及数年的时间，才有可能会将生产成本缩减到相似 100 美元的以内。然而，一旦出乎意料充分透过了二氧既有锂的捕集，还要想急于管控。由汤玛斯在 2009 年实际上参与共同创办的新西兰始自跨国公司锂施工母公司（Carbon Engineering），计划扩大其飞行测试加工厂的权威也，来提低裂解燃油的产量。这种裂解燃油的关键制成品之一，就是所猎取的二氧既有锂。（尼尔·霍华德是锂施工母公司的投资商。）实际上从大气中会吸取 CO2，是一种低难度的应对环境保护的方式，但我们仍然不能多不及选择了。的办公室座落在苏黎世的 Climeworks 在比利时的实际上氢气猎取加工厂，将透过捕集到的二氧既有锂和氢气一齐装配甲烷，而他们座落在瑞士的第二家加工厂则亦会把二氧既有锂出新售给汽流水跨国公司。比奇左右的 Global Thermostat 也是如此，该母公司于当年在阿拉巴马州已完成了第主营商业既有锂捕集加工厂的建设。不过，如果二氧既有锂被用于裂解燃油或装配汽流水，那么它们中会的大一小以后还是亦会离开了大气中会去。我们的出发点，是充分透过保护环境氢气的永久封存。其中会的一些亦会被封存在类似于铝合金、聚合物或混凝土这样的产品中会去，但越来越多的所需深埋于地上。现阶段还不能行不通的商业化来默许这项生产成本低昂的工作。事实上，从施工学的本质来看，从氢气中会吸取 CO2 是应对环境保护最极为困难、也是最低廉的方式之一。但鉴于现阶段我们缩减废气的进程有点过很慢，我们并不能多不及别的选择。可穿心电仪极其重要： 随着监管管理机构的批准和具体电子技术的进步，人们可以轻松通过可穿电子元件持续受控自己的脑干身心健康。可探测腹腔镜的智能手表可以该系统如心肌梗死等潜在的导致危害生命的脑干结核病。主要学术学术界：苹果、AliveCor、Withings秋冬季：从前身心健康受控装置并不是显然的卫生电子元件，轻微的运动或表带没系紧都亦会扰乱传感读取脉搏。而腹腔镜则是在医护医务人员中会风或脑干病发作之前，内科医生就可以用其来检验脑干异常，但所需去正规诊所才能健康检查，因此人们经常不能及时就诊。随着主管部门新条例的出新台和软、硬件的具体新颖，心电受控智能手表仍然实用化，它具有可穿电子元件的功用，并且很难提可供相似卫生电子元件的精准度。硅谷始自母公司 AliveCor 热卖新了一款与苹果手表兼容的腕带，该腕带可以探测出新心肌梗死，这是随之而来血栓和中会风的类似于状况。当年，苹果发布了隐含腹腔镜 (ECG) 功能的 Apple Watch，并且该功能仍然通过 FDA 认证。随后，身心健康电子元件母公司 Withings 也宣布计划发布一款配有腹腔镜功能的手表。现阶段的可穿腹腔镜受控电子元件仍然只有一个传感，而显然的腹腔镜电子元件则有 12 个传感。现阶段还不能任何一种可穿电子元件很难检验脑干病。但这种上述情况可能会很快就亦会偏离。当年秋天，AliveCor 就一款应用于程序和双传感系统外观设计向加拿大脑干协亦会 (American Heart Association) 提交了初步甄别，据称该系统外观设计可以探测到某大类型的脑干病。无排流水系统外观设计护理间极其重要： 节能洗手间可以在不能排流水系统外观设计系统外观设计的情形运用于，并且可以就地分解粪便。23亿人依赖安全性的护理设施，并不少人因此失踪主要学术学术界：杜克学院、南俄勒冈州学院、Biomass Controls、内华达州理工学院秋冬季：1-2年全世界大左右有 23 亿人不能良好的护理条件。由于依赖护理的洗手间，人们将粪便倾倒在附近的沼泽地和溪流中会，这亦会传播芽孢、病毒和寄生虫，从而随之而来高血压和霍乱。全当今世界每 9 名老年人中会就有 1 名死于高血压。从前，学术研究医务人员正试图努力开发计划一种新型洗手间，这种洗手间对发展中会国际组织来知道也充分便宜，不仅可以管控粪便，还可以对其进行时分解。2011 年，尼尔·霍华德明确指出新重新造出洗手间下一场，并设立了 X 殊荣。自从下一场开始以来，有几个制作组仍然将外观设计的洗手间蓝本投入运用于。所有的粪便都是就地管控的，不所需用大量的流水把它们送到遥远的管控厂。大多数的洗手间蓝本都是统一的，不所需排流水系统外观设计，但他们有点像传统观念的洗手间，装在一个小隔间里面并且有浴缸。由南俄勒冈州学院外观设计的 NEW generator 浴缸用一种细菌上皮细胞过滤二氧既有锂，这种细菌上皮细胞的圆孔比芽孢和病毒都小。另一个来自马萨诸塞州 Biomass Controls 的概念设计则像是一个海上运输泊位大小不一的发电站，它能加热粪便，使其转既有成一种富含锂的物质，当做土壤肥料。但是这些洗手间有一个在电子技术上，它们并不是在所有场合都能运用于。例如，Biomass Controls 的产品每天能为成千上万的用户提可供方便，因此它不有点适合较小的村庄。无论如何，杜克学院开发计划的另一套系统外观设计则不用可供不及数家庭运用于。所以，从前的下一场是如何让这些洗手间越来越便宜，越来越能适应性多种不同权威也的社区。来自南俄勒冈州学院、领导 NEW generator 小组的 Daniel Yeh 副教授表示：“建造一两个蓝本洗手间颇为棒，但要显然让电子技术负面影响当今世界，唯一的急于就是让这些电子元件进行时大权威也装配。”知道英语话语的 AI 副手极其重要：捕捉单词错综比较简单语义关联的新电子技术正试图使机器越来越好地理解自然语言。计算机科学副手从前可以执行基于话语的任务，如试播餐厅或协作行李托运，而不仅仅是服从简单军令。主要学术学术界：Google、阿里面巴巴、亚马逊秋冬季：1-2 年后我们仍然习惯了计算机科学副手——Alexa 在客厅里面重播钢琴演奏，Siri 在你的Android上为你依此扩音器——但它们并不能显然认真到所谓的智能。它们本应简既有我们的生活，但却收效甚微。它们只辨别很小以内的暂存器，稍遇偏差就很非常容易出新错。但最近的一些困难重重将缩减你的位数助理的功能。2018 年 6 月，OpenAI 的学术研究医务人员开发计划了一种电子技术，可以在未标记的脚注上锻炼计算机科学，以减不及人工对数据进行时类群标记时耗时的生产成本和时间。几个月后，Google的一个制作组热卖新了一个名叫 BERT 的系统外观设计。该系统外观设计在学术研究了数百万个词组后学亦会了如何预报漏掉的单词。在一个多项选择测试中会，它在填空之外的表现和生物一样好。这些改进加上越来越好的语音裂解系统外观设计，让我们从简单的向计算机科学副手下暂存器转向与它们聊天。它们将很难管控日常琐事，如认真亦会议记录、查找反馈或网上购物。这样的计算机科学副手仍然推出，如Google副手的逆天进化版Google Duplex，可以帮你接听电话，甚至过滤掉垃圾邮件及电话行骗。它还可以打电话帮你预左右餐厅或沙龙。在中会国，消费者正试图习惯阿里面巴巴 (Alibaba) 的 AliMe。AliMe 通过电话协作包裹寄送，还可以与顾客讨价还价。尽管计算机科学程序能越来越好地找出新你的需求，它们仍然不能理解一个比较简单的词组。脚本既有或由统计转换成的问到反映了向机器灌输显然的语言理解是多么极为困难。一旦我们解决了这个难题，我们也许亦会看到计算机科学的另一种进既有：从物流协作员到保姆、老师，甚至好朋友。