MIT Technology Review 2021年［编者按］近日，MIT Technology Review一年一度的“十大突破性技术”榜单正式发布。自2001年起，该杂志每年都会评选出当年的“十大突破性技术”，这份在全球科技领域举足轻重的榜单曾精准预测了脑机接口、量子密码、灵巧机器人、智慧传感城市、深度学习等诸多热门技术的崛起。本年度MIT Technology Review “十大突破性技术”分别为：mRNA疫苗、生成式预训练模型、数据信托、锂金属电池、数字接触追踪、超高精度定位、远程技术、多技能型人工智能、TikTok推荐算法和绿色氢能。接下来，和机械知网一起了解一下这十项技术的科学价值及其背后的科学故事吧~
mRNA疫苗（Messenger RNA vaccines）
在1918年大流感100年后，全球爆发了又一次呼吸道病毒传染病大流行，罪魁祸首是一种具有包膜的正链单股RNA病毒——严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）。根据世界卫生组织的统计，截止到2021年6月17日，全球已有176 693 988人确诊，造成3 830 304人失去了生命。面对病毒的挑战，人类最有力的对抗武器是疫苗。针对这次疫情，从疫苗研发到实际应用的速度空前。截止到2021年6月15日，全世界已接种了2 377 780 590剂次针对SARS-CoV-2的各种疫苗。其中包括有首次应用就一战成名的mRNA疫苗，它被MIT Technology Review评选为2021年“全球十大突破性技术”之一。具有写作和对话功能的大规模自然语言模型使人工智能朝着更好地理解人类的自然语言与人机交互这一目标迈出了坚实的一步。在众多语言模型中，OpenAI公司开发的GPT-3是目前为止参数最多、规模最大、能力最强的模型。通过利用大量的互联网文本数据和成千上万的书籍进行模型训练，GPT-3模型对人类自然语言的模仿到了一个不可思议的地步，极具真实性，也因此成为迄今为止令人印象最深刻的语言模型。虽然GPT-3模型建模能力、描述能力非常强，但是也存在众多问题和局限性。首当其冲的就是GPT-3模型不能理解什么是真正意义上的写作（自然语言生成），因此有时会生成一些不可控的内容。其次，训练GPT-3模型需要大量的算力、数据和资金投入，并会产生大量的碳排放，只有资源充足的实验室才有能力开发类似的模型。此外，由于GPT-3模型在充斥错误消息和偏见的互联网文本数据上进行训练，往往会产生与训练数据类似，即带有偏见的篇章段落。数据信托是信托类型化研究和当代信托立法中典型的新生事物，信托制度起源于英国，发展于美国，从法律角度看，信托是指基于对受托人的信任，委托人从其自身利益出发，将资产交给受托人管理的行为，数据信托则是受托人管理一群人的数据或数据权利的行为，这就像医生有责任依据病人的利益来行事一样，数据受托人管理委托人的数据或数据权利，同时要对其利益负责。理论上，数据信托允许用户行使其作为数据生产者的权利。
锂金属电池（Lithium-metal batteries）
制约电动汽车产业发展的一大难题就是电池技术。目前，电动汽车普遍使用的是锂离子电池，这种电池昂贵、笨重、能量密度低，并且其所依赖的液体电解质在碰撞时极易起火。电池的一系列缺点体现在电动汽车上就是：价格高、续航低、充电慢，而且还存在安全隐患，这些正是让众多车主对电动汽车望而却步的原因。显然，要使电动汽车比汽油汽车更具竞争力，就需要一种突破性电池来弥补这些缺陷。硅谷初创公司 QuantumScape 声称已经开发出全新的锂金属电池，其采用固体电解质（陶瓷）克服了传统锂离子电池存在的这些缺陷。公众号《机械工程文萃》，工程师的加油站！
“数字接触追踪”技术（Digital contact tracing）
2020 年全球都在经历的新冠肺炎疫情让 “数字接触追踪” 引起人们的关注。新冠疫情之下，科技为公共卫生调查人员追溯感染者的行踪提供新思路 —— 数字接触追踪。使用该技术，卫生调查人员不再需要依靠病人的记忆对其行踪进行追踪，这减轻了对疾病监控的压力。这一技术对应到实际应用被称为 “曝光通知”（Exposure Notification）。对于该数字接触追踪系统，程序员在几周内完成了建立和运行，并将代码开源共享，以保证全球各地的、苹果和安卓的用户都可以使用这一功能。
超高精度定位（Hyper-accurate positioning）
全球卫星定位系统的精度正在从 “米” 提高到 “厘米” 级别，这将为自动驾驶汽车、送货机器人等在街道上安全行驶提供更大支撑。2020 年正式开通的北斗三号全球卫星导航系统可实时捕获地面上几米的位置变化，甚至其处理精度能够达到毫米级。该系统已用于检测中国各地山体滑坡易发地区地表的细微变化，并于当年预测到中国湖南省将遭遇数十年来最严重的山体滑坡，使村民得以提前撤离。中国科学院航天信息研究所专家表示，如果卫星定位精度仍然在米或分米的水平，对此，这是不可能实现的。其实，北斗和全球卫星定位系统（GPS）精度的进一步提升都需要通过地面设施来提高定位精度。在目前广泛使用的方法中，一种是实时动态（Real Time Kinematic，RTK）定位，精度可达 3 cm 以下；另一种是精确点定位（Precise Point Positioning，PPP），也可以达到厘米级别的精度。此外，中国科学院航天信息研究所专家表示：“我们正在开发 PPP-RTK 技术，结合二者的优势，有望在几年后投入使用。”（图片来源：MIT Technology Review官方APP）远程技术是指利用无线/有线网络通信技术，通过将分布在不同空间位置的多个终端有效互联，实现高效的信息传播和共享，进而提高远程工作、学习的便捷性和效率。自20世纪70年代以来，随着传感器技术、信息与通讯技术（ICT）、人工智能（AI）等相关技术的快速发展，远程技术得到了长足进步，并被广泛应用于教育、医疗等领域。特别是受新冠肺炎疫情的影响，远程技术得以短时间内迅速发展，导致诸多行业工作方式以及普通民众生活方式上的重大变革。因此远程技术入选2021年MIT Technology Review“全球十大突破性技术”。2012 年底，人工智能科学家首次弄清了如何让神经网络 “拥有视觉”，随后，他们还掌握了如何让神经网络模仿人类推理、听觉、语言和写作的方式。虽然人工智能在完成特定任务方面已经变得非常像人类，甚至是超越人类，但它仍然没有人类大脑的 “灵活性”，即人脑可以在一种情境中学习技能，并将其应用到另一种情境中。公众号《机械工程文萃》，工程师的加油站！受儿童成长过程的启发，如果将感官和语言结合起来，并让人工智能拥有更接近于人类的方式来收集和处理信息，那么它能否发展出对世界的理解？答案是肯定的。这些可同时获得人类智能的感官和语言的 “多模态” 系统，应该会生成一种更强大的人工智能，也更容易适应新情况、以及解决新问题。如此一来，我们便可以使用这样的算法来解决更复杂的问题，或者将其移植到机器人中去，使得机器人能够在日常生活中与我们交流协作。2020 年 9 月，艾伦人工智能研究所 AI2 的研究人员创建了一个可以从文本标题生成图像的模型，展示了算法将单词与视觉信息关联的能力；11 月，北卡罗来纳大学教堂山分校的研究人员开发了一种将图像纳入现有语言模型的方法，此举提高了模型的阅读理解能力；2021 年初，OpenAI 对 GPT-3 进行了扩展，发布了两个视觉语言模型，其中一个将图像中的对象与标题中描述它们的单词联系起来，另一个则根据它所学的概念组合生成图像。从长远来看，“多模态” 系统取得的重大进展可以帮助突破人工智能的极限，不仅会解锁新的人工智能应用，也会让它们的应用变得更加安全可靠，更加精密的多模态系统也将使更先进的机器人助手成为可能。总而言之，多模态系统可能会成为第一批我们可以真正信任的人工智能。
（TikTok recommendation algorithms)
TikTok 是全球最具吸引力、增长最快的社交媒体平台之一。截至目前，TikTok 在全球范围内已超过 26 亿次下载量，在美国拥有 1 亿用户。TikTok 发现和提供内容的独特方式是其具有吸引力的 “秘密武器”。TikTok 将网红博主的视频与新人博主的视频混合放在 “为你推荐” 页面，然后以浏览量奖励优质创作内容，用这种方式将更多新人博主的视频推给广大用户。该应用不同于其他社交媒体平台的是，任何人在 “为你推荐” 页面都有可能 “一举成名”。视频将通过 TikTok 的推荐算法向与视频博主有共同兴趣、爱好或特定身份的用户不断推荐，从而使优质的创作内容快速传播。视频博主有多少粉丝、是否走红过等因素并不会作为 TikTok 推荐算法的判断依据，它的推荐取决于视频标题、声音和标签，结合用户拍摄内容、点赞过的视频领域等进行推荐。概括来说，TikTok 增强用户粘性的技能越来越 “炉火纯青”，不仅能够精准地为用户推荐感兴趣的视频，还能通过推荐算法帮助他们拓展与其有交集的新领域。面对全球性的能源危机与环境污染，开发绿色、可持续、低成本的能源成为了全人类的共识。氢气一直是重要的清洁能源，但到目前为止，大多数氢气是由化石能源制备而来，这个过程是高污染和高耗能的。可喜的是，利用太阳能和风能发电的成本迅速下降，意味着可用通过耦合可再生能源利用技术与电催化分解水技术制备“绿色氢能”。“绿色氢能（Green Hydrogen）”作为未来能源发展的重要方向入选2021年MIT Technology Review的“全球十大突破性技术”，展现出广阔的发展前景，成为学界与业界共同关注的焦点。
来源：MIT Technology Review官方APP
