《MIT科技評論》：2022年全球十大突破性技術

從2001年開始，《麻省理工科技評論》推出了年度“十大突破性技術”（10 Breakthrough Technologies）。不少在當年初露崢嶸的技術，如今已經深刻改變了我們生活。

近日，《麻省理工科技評論》2022年“全球十大突破性技術”正式發布。

此次發布的突破性技術包括：“新冠口服藥”“實用型聚變反應堆”“終結密碼”“AI蛋白質折疊”“PoS權益證明”“長時電網儲能電池”“AI數據生成”“瘧疾疫苗”“除碳工廠”“新冠變異追蹤”。

每年評選的“全球十大突破性技術”，都具有很強的科技“策源”屬性，今年的也不例外。例如“終結密碼”可以使各大公司改變認證方式，不再是極其不安全的字母和數字；“長時電網儲能電池”可以幫助分攤可再生能源的供應壓力，並擴大清潔能源的使用範圍；“AI數據生成”有望填補數據資源豐富的領域的空白等。

1、新冠口服藥

重大意義：易於服用的治療嚴重的 COVID-19 的藥片也可能對下一次大流行病起作用。

主要研究者：默克，輝瑞，Pardes Biosciences

技術可實現性：已實現

還記得唐納德·特朗普（Donald Trump）服用的治療瘧疾的羥氯喹，以及將人們送到毒物控製中心的馬用驅蟲劑伊維菌素（ivermectin）嗎？這些藥物對新冠肺炎 COVID-19 並不有效。但是，人們還是迫切地希望它們是有效的。吞下一粒藥丸就能使病毒消失，這是一個樸素的願望。

現在，這個願望變成了現實：通過使用截然不同的方法來設計藥片以阻止新冠病毒。事實證明，新的方法確實有效。感染幾天的病人服用輝瑞公司的一種抗病毒藥物後，可將住院的幾率減少 89%。美國政府已經訂購了價值100億美元的這種名為 Paxlovid 的新藥。

新的藥片並不隻是在黑暗中一次幸運的嚐試。化學家們設計這種藥物來擾亂病毒的自我複製能力，該藥會鎖定並阻斷一種叫做蛋白酶的蛋白質，它是新冠病毒進行具有威脅性的複製的核心。

其它類型的冠狀病毒中也存在類似的蛋白酶，這意味著輝瑞公司的藥物也有望抵禦下一次大流行病。而且，科學家們確信，更多像 SARS-CoV-2 病毒（新冠病毒） 這樣的病原體，正潛伏在蝙蝠居住的洞穴和工業化的養殖場中。

新的抗病毒藥物的研發比病毒疫苗的設計、合成和測試時間更長（其中一種來自默克公司，這種藥物主要針對病毒複製的不同機製）。但是，這些抗病毒藥物仍然創造了記錄。以前從未有一種全新的戰勝疾病的分子能如此迅速地從化學家的實驗室進入誌願者的口中，並獲得美國食品和藥物管理局的批準。輝瑞公司的 CEO 艾伯特·波拉（Albert Bourla）說，當他在2021年11月得到該藥物有效的消息時，他激動得“淚流滿麵”。

該藥片將防止許多人死於 COVID-19，包括免疫係統較弱而疫苗對其無效的人。如果出現了能打敗疫苗的新變種，抗病毒藥物可能是我們最後的手段。

2、實用型聚變反應堆

重大意義：核聚變有望產生廉價的、無碳的、永遠在線的能源，沒有核反應堆堆芯熔毀的危險，也幾乎沒有放射性廢物。

主要研究者：Commonwealth Fusion Systems，國際熱核聚變實驗反應堆（ITER），美國勞倫斯利弗莫爾國家點火裝置，Helion Energy，托卡馬克能源公司（Tokamak Energy），通用聚變公司（General Fusion）

技術可實現性：大約10年

2021年9月， Commonwealth Fusion Systems 的研究人員對一塊10噸重的D型磁鐵緩慢充電並提升場強，直到它超過20特斯拉（T）。這是同類磁鐵的一個新記錄。該公司的創始人說，這一壯舉解決了開發一個緊湊、廉價的聚變反應堆過程中所麵臨的主要工程挑戰。

幾十年來，核聚變發電一直是物理學家的夢想。在遠高於1億攝氏度的溫度下，就像在太陽中一樣，核子融合在一起，在此過程中釋放出大量的能量。如果研究人員能夠在地球上以可控和持續的方式實現這些反應，那麽它就可以利用幾乎無限的燃料來源，提供廉價、持續、無碳的電力來源。

在其中一種方法中，磁鐵被用於將離子和電子的氣體，即所謂的等離子體，限製在甜甜圈形狀的反應器內。更強大的磁鐵意味著更少的熱量損失，從而使得更多的核聚變反應可以在一個更小、更便宜的設施內發生。這種改變不僅僅是一點點：磁場強度增加一倍，產生相同能量所需的等離子體的體積就會減少16倍。

盡管過去數十年的研究已經耗費數十億美元的投資，但還沒有人建造出一個產生能量比反應堆的消耗更多的核聚變工廠。但是，Commonwealth Fusion Systems 及其支持者充滿希望，其他聚變初創公司和研究工作也報告了最近的進展。

Commonwealth Fusion Systems 正在建設一個工廠，以大規模生產磁鐵，並為原型反應堆奠定基礎。如果一切如願，這家初創公司計劃在21世紀30年代初期向電網提供聚變能源。

3、終結密碼

重大意義：各大公司終於改變了認證方式，不再使用極其不安全的字母和數字。

主要研究者：微軟，穀歌，Okta，Duo（Alphabet 旗下）

技術可實現性：已實現

在20世紀60年代初，麻省理工學院教授費爾南多·科爾巴托（Fernando Corbató）正在開發一種新的共享計算機係統，並希望有一種方法讓人們能夠保護他們的私人文件，他的解決方案是使用密碼。多年來，科爾巴托的解決方案戰勝了其它技術手段，成為了我們登錄幾乎所有地方的標準方式。

那麽問題是什麽？密碼本質上是不安全的。它可以被竊取、猜測或被暴力破解。但大多數情況下，人們會使用一些低級的密碼。更糟糕的是，他們還重複使用。

像 Dashlane 和 1Password 這樣的密碼管理器可以為你追蹤所有這些不同的字母數字，甚至可以替換掉那些薄弱的密碼。但在安全方麵，密碼管理隻是措施的一半，真正的行動是完全消除密碼。

這一過程已經在進行中。像 Okta 和 Duo 這樣麵向企業的公司，以及像穀歌這樣的個人身份供應商，都為人們提供了無需輸入密碼就能登錄應用和服務的方法。同時，蘋果公司的麵部識別係統已將生物識別登錄納入主流。最值得注意的是，微軟在2021年3月宣布，其部分客戶可以完全不輸入密碼，隨後在9月，告訴人們可以完全刪除他們的密碼。那些被稱為“其他”的認證方法，終於取得了勝利。

你可能已經親身經曆過這種情況。你去登錄一個網站或啟動一個應用程序，但你沒有被要求輸入密碼，而是被提示從認證應用程序中輸入一個六位數的代碼，點擊你手機上的通知，或點擊發送到你電子郵件的鏈接，抑或隻需要把手機舉到你的麵前。這些操作都很簡單。

至於輸入一堆你必須回憶、寫下或存儲在數據庫中的字符和符號？擺脫這一切吧。

4、AI蛋白質折疊

重大意義：DeepMind 通過解決生物學中一個困擾研究者長達50年的問題，為藥物發現和設計開辟了新的道路。

主要研究者：DeepMind（Alphabet 旗下），lsomorphic Labs（Alphabet 旗下），Baker Lab（華盛頓大學）

技術可實現性：已實現

到2020年底，英國的人工智能實驗室 DeepMind 已經在人工智能方麵取得了許多令人印象深刻的成就。然而，當該小組預測蛋白質折疊的程序於當年11月發布時，生物學家對它的工作效果感到震驚。

你的身體所做的一切，幾乎都是通過蛋白質完成的。因此，獲悉單個蛋白質的作用對大多數藥物開發和了解許多疾病都至關重要，而一個蛋白質的作用是由其三維結構決定的。

蛋白質是由氨基酸組成的，氨基酸會折疊成一個複雜而扭曲的結。確定這種形狀，從而確定蛋白質的功能，需要在實驗室中花費數月時間。多年來，科學家們一直在嚐試用計算機預測的方法來使這一過程更容易。但是，沒有一種技術能夠接近人類所達到的準確性。

DeepMind 開發的 AlphaFold2 改變了這種情況。該軟件使用一種稱為深度學習的人工智能技術，可以預測蛋白質的形狀，甚至精確到原子，這是計算機第一次達成與實驗室中使用的速度較慢但結果準確的技術相當的水準。

世界各地的科學團隊已經開始使用它來研究癌症、抗生素抗性和新冠病毒。

DeepMind 還建立了一個公共數據庫，在 AlphaFold2 預測蛋白質結構時，它會將其填入數據庫。這個數據庫目前有大約80萬個條目，DeepMind 說它將在明年增加超過1億個條目，包含了幾乎科學上已知的所有蛋白質。

DeepMind 已將這項工作孵化成一家名為 Isomorphic Labs 的公司，據說該公司將與現有的生物技術和製藥公司合作。AlphaFold2 的真正影響可能需要一兩年的時間才能明確，但其潛力正在世界各地的實驗室中迅速展開。

5、Pos權益證明

重大意義：一種確保數字貨幣安全的替代方法可以結束加密貨幣的能源消耗困境。

主要研究者：Cardano，Solana，Algorand，以太坊

技術可實現性：以太坊2022年可實現

像比特幣這樣的加密貨幣需要使用大量的電力。2021年，比特幣網絡消耗了超過100太瓦時，比芬蘭的年度能耗還要多。

權益證明提供了一種建立不需要耗能太多的網絡的方法。如果一切按計劃進行，世界第二大加密貨幣、運行各種應用程序的以太坊將在2022年上半年過渡到這種模式。預計這一轉變將減少99.95%的能源使用。

加密貨幣在區塊鏈上運行，通過交易產生的數字賬本，其安全性必須得到保證，防止作弊者、欺詐者和黑客入侵。比特幣和以太坊目前使用工作量證明算法來確保安全：“礦工”解決加密難題，從而競爭驗證新交易區塊的權利。成功的“礦工”會獲得加密貨幣作為他們工作的獎勵。

工作量證明意味著尋找數學難題的解決方案，這需要大量的計算能力，因此也需要電力。

有了權益證明，驗證者不必相互爭奪並在能源和計算硬件上投入巨大。相反，他們的加密貨幣緩存或權益，允許他們進入一個抽獎活動。那些被選中的人獲得了驗證一組交易的權力（並因此獲得更多的加密貨幣）。在一些網絡中，表現出不良行為的驗證者會受到懲罰，從而失去一部分權益。

以太坊將成為使用權益證明的最大網絡。它已經為該係統建立了一個新的區塊鏈，且該係統一直在平行運行。現在需要發生的是“合並”，將實際執行交易和持有用戶資產的“層”（Layer）轉移過來，並在此過程中摒棄工作量證明。

如果成功，以太坊的股權證明區塊鏈可以為廣泛應用的節能技術創造條件。其他網絡也考慮過轉換，但他們似乎采取了觀望的態度。

6、長時電網儲能電池

重大意義：廉價、持久的鐵基電池可以幫助分攤可再生能源的供應壓力，並擴大清潔能源的使用範圍。

主要研究者：ESS，Form Energy

技術可實現性：已實現

2021年4月，一個陽光明媚的下午，可再生能源打破了加州主要電網的記錄，提供了足夠的電力來滿足94.5%的需求。這一時刻被譽為低碳化道路上的一個裏程碑。但是，當太陽落山，微風停止，會發生什麽？

處理可再生能源帶來的波動式電力生產需要廉價的存儲，時間為數小時甚至數天，新型的鐵基電池可能能夠勝任這一任務。

總部位於俄勒岡州的ESS公司，其電池可以儲存4至12小時的能量，它在2021年推出了其第一個電網規模的項目。總部位於馬薩諸塞州的 Form Energy 公司在2021年籌集了2.4億美元，其電池可儲存電能長達100小時，它的第一次安裝將是在明尼蘇達州的一個一兆瓦的試驗工廠，預計將在2023年完成。

這兩家公司都選擇使用鐵基電池，而鐵是地球上最豐富的材料之一。這意味著他們的產品最終可能比其他電網存儲候選者，如鋰離子電池和釩係液流電池更便宜。

Form Energy 公司表示，其電池最終的成本可能僅為每千瓦時 20 美元，甚至低於未來幾十年對鋰離子電池的樂觀預測。

但是，仍有一些挑戰需要解決。鐵基電池的效率通常很低，這意味著投入其中的相當一部分能量無法被回收。另外，副反應也會隨著時間的推移而使電池退化。但是，如果鐵基電池能夠以足夠低的成本被廣泛部署，它們可以幫助更多人使用可再生能源供電。

7、AI數據生成

8、瘧疾疫苗

9、除碳工廠

10、新冠變異追蹤