《科技之巅3》读书笔记

书籍信息

书名：《科技之巅3——《麻省理工科技评论》100项全球突破性技术深度剖析》
作者：麻省理工科技评论
资源：https://download.csdn.net/download/zhiyuan411/87533007，密码：book

人工智能，“吃一堑长一智”的机器

1. 深度学习，人工智能的一大突破
2. 强化学习，人机围棋大战机器的胜利
3. 对抗性神经网络，数字版的“猫鼠游戏”
   • 该模型使用2个神经网络，他们使用同一个数据集进行训练
   • 一个叫生成网络，它的任务是依照所见过的图片来生成新的图片
   • 另一个叫判别网络，它的任务是判断所见到的图片是否真实
   • 两个网络互相对抗，不断完善自己。最终得到可以生成以假乱真的图片的网络和善于鉴别图片真实性的网络
4. 自动驾驶，车联网的未来已来
5. 支付技术早已遍地开花
6. 巴别鱼耳塞，耳朵里的实时翻译
7. 给所有人的人工智能

入选技术：
2013，Deep Learning，深度学习
2015，Vehicle-to-Vehicle Communication，车对车通信
2015，Apple Pay，苹果支付
2016，Tesla Autopilot，特斯拉自动驾驶仪
2017，Reinforcement Learning，强化学习
2017，Self-Driving Trucks，自动驾驶货车
2017，Paying with Your Face，刷脸支付
2018，Babel-Fish Earbuds，巴别鱼耳塞
2018，AI for Everyone，给所有人的人工智能
2018，Dueling Neural Networks，对抗性神经网络

人机交互，为解决“交流障碍”问题而生

1. 智能软件助手：Hi ！Siri
2. 手势界面：让人机互动彻底展现
3. 语音接口接下交互界面革新的接力棒
4. 智能手表：用“手腕”处理事务
5. Oculus Rift 与Magic Leap：体验人机交互技术的风暴
   • Oculus的虚拟现实头盔Rift，支持极其逼真的虚拟现实游戏，如毁灭战士等
   • Magic Leap的AR眼镜，增强现实/混合现实技术

入选技术：
2009，Intelligent Software Assistant，智能软件助手
2011，Gestural Interfaces，手势界面
2013，Smart Watches，智能手表
2014，Oculus Rift
2015，Magic Leap
2016，Conversational Interfaces，语音接口

硬件与算法，好马还需好鞍

1. 赛道内存与哈希存储，双管齐下创新存储技术
   • 赛道内存采用U形的磁性纳米线作为存储器件，通过纳米线的电流中就带有纳米线中全部的磁畴信息。目前还在实验室阶段。
2. 3D 晶体管，半导体器件的另一维度
   • 又称为FinFET
   • Intel在2011年5月才将22纳米3D晶体管进行量产
3. 稀疏傅里叶变换，算法和人性解读的结合
   • 2012年1月，稀疏傅里叶变换的横空出世，比快速傅里叶算法还要快10~100倍
   • 稀疏傅里叶变换快的原因是只处理有意义的信号，即所谓“稀疏的”信息
4. 摄影与游戏，算法和痛点的初次尝试
5. 神经形态芯片，计算机的仿生乐章
6. 实用的量子计算机选择独舞
   • 量子计算机的运算是基于量子比特的，这种运算和存储的单元可以存储叠加态
   • 考虑一个有N个物理比特的存储器，若它是经典存储器，则只能存储2^N个可能数据当中的任意一个;若它是量子存储器，则可以同时存储2^N个
   • 有学者预计，在50个量子比特左右，量子计算机就能达到“量子霸权”(Quantum Supremacy)，即超越传统计算机
7. 材料的量子之跃，量子计算机与材料共舞

入选技术：
2009，Hash Cache，哈希存储
2009，Racetrack Memory，赛道内存
2010，Mobile 3-D，移动3-D
2012，3-D Transistors，3D 晶体管
2012，Sparse Fast Fourier Transform，稀疏傅里叶变换
2012，Light-Field Photography，光场摄影
2014，Neuromorphic Chips，神经形态芯片
2017，The 360-Degree Selfe，360 度自拍
2017，Practical Quantum Computers，实用型量子计算机
2018，Material’s Quantum Leap，材料的量子之跃

模式创新，赋予技术新的定义

1. 社交电视，观众从被动接受信息到主动创造内容
2. 实时搜索，让信息更具时效性
3. 脸书的“时间线”，让信息从源头就开始有序
4. 暂时性社交网络，一种新型的信息分享模式
5. 移动协作工具，极大提升工作效率
6. 向潜在消费者融资的众筹模式或许还有新玩法
7. 谷歌气球，让偏远地区的人享受互联网服务
   • 谷歌气球计划试图通过用飘浮在平流层的大型氦气球建立空基无线网络，为偏远地区的人们带来互联网服务
   • 谷歌气球计划已经有多个成功的应用案例。并且在各种突发性通信中断的情况下特别有效，能快速恢复通信

入选技术：
2010，Real-Time Search，实时搜索
2010，Social TV，社交电视
2011，Social Indexing，社交索引
2012，Crowdfunding，众筹模式
2012，Facebook’s Timeline，脸书的“时间线”
2013，Temporary Social Media，暂时性社交网络
2014，Mobile Collaboration，移动协作
2015，Project Loon，谷歌气球
2016，Slack

云与数据共享，灵活应对信息的爆发式增长

1. SDN，云计算时代的网络管理
2. 云端信息流，让应用在云端运行
3. 云编程，海量分布式动态数据的解决方案
4. 手机廉价，但上传的大数据可不廉价
5. 传感城市，让城市治理更自主、更智能
6. 嵌入式系统的设计缺陷让僵尸物联网有机可乘
   • 僵尸网络就是一个由已经被黑客等恶意第三方控制的设备硬件组成的网络
   • 僵尸网络进化成以数量庞大的物联网设备为主体
7. 保护个人隐私的超私密手机应运而生
8. 形式验证技术支撑下的防崩溃代码
9. 无需解密就能分析与应用数据的同态加密
   • 同态加密允许对加密后的数据即密文直接进行分析和计算，直接生成已经加密后的结果
   • 同态加密算法包括密钥生成函数、加密函数、解密函数和计算函数。
   • 完全同态加密（Fully Homomorphic Encryption）的计算函数支持任意的数据处理方法
   • 部分同态加密（Somewhat Homomorphic Encryption）的计算函数则只支持满足一定条件的某些特定运算
   • 在市场应用上，同态加密技术当前还处于早期阶段，在理论和工程实现上还有很多挑战
10. 完美的网络隐私
    • “零知识验证”（Zero-knowledge Proof），仅仅知道某项声明（而不是私密信息）就足以表明被验证者确实知道这一私密信息。比如：不用透露出生日期就能证明自己年满18岁
    • 2012年，Bitansky等提出了Zk-SNARK（Zero-knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge）简明非交互零知识验证，大受欢迎。

入选技术：
2009，Software-De ned Networking，软件定义网络
2010，Cloud Programming，云编程
2011，Cloud Streamin，云端信息流/ 流媒体
2011，Crash-Proof Code，防崩溃代码
2011，Homomorphic Encryption，同态加密
2013，Big Data from Cheap Phones，来自廉价手机的大数据
2014，Ultraprivate Smartphones，超私密智能手机
2017，Botnets of Things，僵尸物联网
2018，Perfect Online Privacy，完美的网络隐私
2018，The Sensing City，传感城市

“机器人”，从电影和小说里走出来

1. 蓝领机器人：人类协同工作的好帮手
2. 知识分享型机器人：自己学习新技能
3. 灵巧型机器人：踉跄后也能快速恢复平衡
   • Boston Dynamics（波士顿动力）代表了世界的最高水平
   • 因为Boston Dynamics很少参与学术会议和发表学术论文，外界对其机器人是如何实现的知之甚少
4. 农用无人机：还要用手操控的“机器人”
5. 可回收火箭：人类火箭技术发展的里程碑
6. 生物机器：让小型动物去完成任务
   • 这个技术把一个Micro-Electro-Mechanical-System（微型机械电子系统）移植到昆虫等小型动物身上，让人可以通过电子信号遥控刺激动物的神经系统，从而达到一定程度上控制动物的行为的目的
   • 在应用层面还处于非常早期的阶段，在公开资料中并没有商业应用的例子

入选技术：
2009，Biological Machine，生物机器
2013，Baxter: The Blue-Collar Robot，Baxter 蓝领机器人
2014，Agile Robots，灵巧型机器人
2014，Agricultural Drones，农用无人机
2016，Reusable Rockets，可回收火箭
2016，Robots That Teach Each Other，知识分享型机器人

能源新技术，现在关注或许还能免受“末日审判”

1. 化石能源与核能，成熟能源技术的清洁化
   • 行波反应堆最大的特点就在于其可以对贫化铀、天然铀、钍和轻水堆产生的核废料进行转化，把未经浓缩的天然核燃料，甚至是其自身产生的乏燃料转化为可以深度焚烧的合格燃料
   • 行波反应堆的制造极其危险、困难，自1958年提出、2008年由Terra Power全力研发至今，尚未有任何一座真正的反应堆被建造出来
2. 太阳能，路在何方
   • 薄膜电池成本低，但转化效率明显低于常规硅晶光伏电池
   • 与普通薄膜电池相比，用银纳米颗粒沉降处理过的电池效率提高了30%之多。其原理是光会在形成于纳米颗粒表面的等离子体中折射来折射去，直到被光电转化材料吸收并转化为电能（等离子体是一种不同于固态、液态、气态的“第四种物质形态”）
   • 砷化镓材料制成的太阳能光伏电池获得了高达34%的发电效率，而同时期的硅晶电池单结转化效率只有20%左右
   • 多频段超高效太阳能：用分光器将太阳光分成好几份，分别让不同的半导体材料吸收（不同的半导体材料总是对某一频段的光吸收得比较多）
   • 太阳能热光伏电池：先把太阳光转化为热，再通过特定温度下的热辐射把热变回特定频率的光，而这时的频段几乎可以全部被光伏电池利用
3. 电网对新能源的智能化适应
   • 目前为止，比较成熟的无线电力传输还只能用于小型设备（比如电动牙刷、手机等），而大规模、大功率的无线电力传输仍未进入应用层面

入选技术：
2009，Traving Wave Reactor，行波反应堆
2010，Solar Fuel，太阳能燃料
2010，Light Trapping Photovoltaics，光捕捉式太阳能发电
2011，Smart Transformers，智能变压器
2012，Ultra-Efcient Solar，超高效太阳能
2012，Solar Microgrids，太阳能微电网
2013，Ultra-Efcient Solar Power，多频段超高效太阳能
2013，Supergrids，超级电网
2014，Smart Wind and Solar Power，智能风能和太阳能
2016，Solar City’s Gigafactory ，Solar City的超级工厂
2016，Power From the Air，空中取电
2017，Hot Solar Cells，太阳能热光伏电池
2018，Zero-carbon Natural Gas，零碳排放天然气发电

先进材料，改变人类生活，助力社会发展

1. 3D 打印、反渗透淡化技术，产业结构正在被改变
2. 高速筛选电池、纳米压电器件，仍在迎难而上
   • 2006年，佐治亚理工学院王中林教授团队，发明了能将机械能转化为电能的世界最小的发电装置——直立式纳米发电机
   • 在2007年和2008年初，王中林教授团队发明了超声波驱动的直流纳米发电机和纤维纳米发电机。后来，发明了封装型交流纳米发电机
   • 纳米发电机离大规模的产业化应用还有很长的路要走

入选技术：
2009，Liquid Battery，液态电池
2009，Nanopiezo Electronics，纳米压电器件
2010，Green Concrete，绿色混凝土
2011，Solid State Battery，固态电池
2012，High-Speed Materials Discovery，高速筛选电池材料
2013，Additive Manufacturing，增材制造技术
2014，Microscale 3-D Printing，微型3D打印
2015，Nano-Architecture，纳米结构材料
2015，Megascale Desalination，超大规模海水淡化
2018，3-D Metal Printing，3D金属打印

生物医疗，用智慧辨识破坏，用科技逆转伤害

1. 寻找重启生命“游戏”的Plan B——干细胞
2. 绘制通向未来的“地图”，从大脑开始
3. 用更简单的检测手段撕下疾病的“伪装”
4. 风起云涌的基因疗法与免疫疗法

入选技术：
2009，Paper Diagnostics，诊断试纸
2010 ，Engineered Stem Cells，干细胞工程
2010，Dual-action Antibodies，双效抗体
2010，Implantable Electronic，植入式芯片
2012，Egg Stem Cells，卵原干细胞
2013，Memory Implants，移植记忆
2014，Brain Mapping，脑部图谱
2015，The Liquid Biopsy，液体活检
2015，Brain Organoids，大脑类器官
2016，Immune Engineering，免疫工程
2017，The Cell Atlas，细胞图谱
2017，Reversing Paralysis，治愈瘫痪
2017，Gene Therapy 2.0，基因疗法2.0
2018，Arti cial Embryos，人造胚胎

基因研究，让人类更了解生命

1. 初识自我，拆分生命的单位——基因
   • ONT（Oxford Nanopore Technologies，牛津纳米孔科技公司）发布的第一款纳米孔测序仪MinION，大小和重量都与一副扑克牌相似，通过电脑的USB接口运行，每秒可以处理20~400个碱基
   • MinION表面的高分子膜具有很高的电阻，膜上有500个纳米级的蛋白孔。仪器使用时，在膜的两端施加电压，电流就会从纳米孔流过，当DNA链穿过纳米孔时，不同的碱基会使通过的电流发生微弱的变化，捕捉这一变化便可以快速地确认碱基类型，即DNA序列
2. 解读生命密码，了解那些“命中注定”
3. 改写生命，体验“造物”

入选技术：
2009，$100 Genome，100 美元基因测序
2011，Seperating Chromosomes，分离染色体
2011，Synthetic Cells，合成细胞
2011，Cancer Genomics，癌症基因组学
2012，Nanopore Sequencing，纳米孔测序
2013，Prenatal DNA Sequencing，产前 DNA 测序
2014，Genome Editing，基因组编辑
2015，Supercharged Photosynthesis，超高效光合作用
2015，Internet of DNA，DNA 的互联网
2016，Precise Gene Editing in Plants，精确编辑植物基因
2016，DNA App Store，DNA 应用商店
2018，Genetic Fortune-telling，基因占卜

《麻省理工科技评论》2019 年全球十大突破性技术

1. 灵巧机器人（Robot Dexterity）
2. 核能新浪潮（New Wave Nuclear Power）
3. 早产预测（Predicting Preemies）
4. 肠道显微胶囊（Gut Probe in Pill）
5. 定制癌症疫苗（Custom Cancer Vaccines）
6. 人造肉汉堡（The Gow-Free Burger）
7. 捕获二氧化碳 （Carbon Dioxide Catcher）
8. 可穿戴心电仪（An ECC on Your Wrist）
9. 无下水道卫生间（Sanitation without Sewers）
   • 就地分解粪便
10. 流利对话的 AI 助手（Smooth-Talking AI Assistant）

《麻省理工科技评论》2020 年全球十大突破性技术

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1659610996400128697

1. 防黑互联网
2. 超个性化药物
3. 数字货币
4. 抗衰老药物
5. 人工智能发现分子
   • 通过人工智能找到有希望成为药物的分子
6. 超级星座卫星
7. 量子优越性
8. 微型人工智能
9. 差分隐私
   • 人口普查局在数据中加入了一种“噪声”，会更改一部分人的年龄或人种信息，但它同时能保持每个年龄或种族群体的总数不变
   • 差分隐私是一种数学技术，它能够在给数据添加噪声的同时，一直计算隐私提升的程度，从而使得增加 “噪音” 的过程变得更加严谨
   • 苹果和 Facebook 已经使用这种方法来收集聚合数据，而不需要识别特定的用户
10. 气候变化归因

《麻省理工科技评论》2021 年全球十大突破性技术

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA3NTIyODUzNA==&mid=2649617707&idx=1&sn=92115ff0d5bb6d04a51cd3a7f3b10ada

1. mRNA疫苗
2. 生成式预训练模型
3. 数据信托
4. 锂金属电池
5. 数字接触追踪
6. 超高精度定位
7. 远程技术
8. 多技能型人工智能
9. TikTok推荐算法
10. 绿色氢能

《麻省理工科技评论》2022 年全球十大突破性技术

https://mp.weixin.qq.com/s/svrENU_zy9zcY0jsGCka0A

1. 新冠口服药
2. 实用型聚变反应堆
3. 终结密码
   • 无需输入密码就能登录应用和服务的方法，包括生物特征识别、短信和邮件验证码等
4. AI 蛋白质折叠
   • 获悉单个蛋白质的作用对大多数药物开发和了解许多疾病都至关重要，而一个蛋白质的作用是由其三维结构决定的
   • 人工智能技术，可以预测蛋白质的形状，甚至精确到原子
5. PoS 权益证明
   • 一种确保数字货币安全的替代方法，可以结束加密货币的能源消耗困境
   • 有了权益证明，验证者进入一个抽奖活动。那些被选中的人获得了验证一组交易的权力（并因此获得更多的加密货币）
   • 以太坊在2022年过渡到这种模式，预计这一转变将减少99.95%的能源使用
6. 长时电网储能电池
7. AI 数据生成
8. 疟疾疫苗
9. 除碳工厂
10. 新冠变异追踪

《麻省理工科技评论》2023 年全球十大突破性技术

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA3NTIyODUzNA==&mid=2649690624&idx=1&sn=08d31c30e539050da491a33f3df79d59

1. 詹姆斯·韦伯太空望远镜
2. 用于高胆固醇的 CRISPR
3. 制作图像的 AI
4. 按需器官制作
   • 通过编辑猪的 DNA，几家生物技术公司现在已经创造出了器官与人体更兼容的动物
   • 研究人员希望在工厂里培育定制器官
5. 远程医疗堕胎药
6. 改变一切的芯片设计
   • 一个被称为 RISC-V 的开放标准可能会改变公司制造计算机芯片的方式
7. 古代 DNA 分析
8. 电池回收利用
9. 必然到来的电动汽车
10. 大规模生产的军用无人机