2023 年10 项突破性技术

 杰西卡 哈姆泽鲁等

《麻省理工科技评论》

​每年，我们都会选出当前最重要的10 项技术。你会认出一些；其他人可能会让您感到惊讶。我们寻找会对我们的生活产生重大影响的进步，然后分析它们为何重要。

高胆固醇的CRISPR

在过去十年中，基因编辑工具 CRISPR 迅速从实验室发展到临床。它从罕见遗传疾病的实验治疗开始，最近扩展到包括高胆固醇在内的常见疾病的临床试验。新形式的 CRISPR 可以使事情更进一步。

去年，一名新西兰妇女成为第一个接受基因编辑治疗以永久降低胆固醇的人。这名妇女患有心脏病，并有患高胆固醇的遗传风险。但实验性治疗背后的科学家认为它几乎可以帮助任何人。  

该试验是他们使用的编辑工具 CRISPR 的一个潜在转折点。自大约十年前该技术首次被编程为编辑基因组以来，我们已经看到 CRISPR 从科学实验室走向临床。但最初的实验性治疗主要集中在罕见的遗传疾病上。高胆固醇治疗具有更广泛的潜力。 

由 药物研发公司 开发的降胆固醇治疗依赖于一种称为碱基编辑或“CRISPR 2.0”的基因编辑形式。这是一种更有针对性的方法——科学家们现在可以将单个 DNA 碱基替换为另一个，而不是简单地进行切割以关闭特定基因。从理论上讲，这应该更安全，因为你不太可能错误地切割一个重要的基因，并且你可以避免 DNA 被切割后自我修复时可能发生的潜在错误。 

一种更新形式的 CRISPR 可以使事情更进一步。Prime 编辑——或“CRISPR 3.0”——允许科学家将 DNA 块插入基因组。如果它对人体有效，它可以让科学家替换致病基因。  

总之，这些新形式的 CRISPR 可以扩大基因编辑的范围，以适应许多条件——并非所有条件都是遗传的。有一天，人们可能可以选择将被认为可以预防高血压或某些疾病的基因添加到他们的遗传密码中。   

制作图像的AI

今年是人工智能艺术家的一年。由谷歌、人工智能研究公司 和其他公司开发的软件模型现在仅需几个文本提示就可以生成令人惊叹的艺术作品。输入几乎所有内容的简短描述，您会在几秒钟内得到您所要求内容的图片。一切都不会再一样了。

人工智能研究公司OpenAI在2021年发布文本到图像的模型DALL-E时，引入了一个奇怪而美妙的混叠世界。输入几乎任何东西的简短描述，程序在几秒钟内就会吐出你所要求的东西的图片。2022年4月发布的DALL-E 2是一次巨大的飞跃。谷歌还推出了自己的图像制作人工智能，名为Imagen。

然而，最大的改变游戏规则的是“稳定扩散”，这是英国初创公司Stability AI在8月免费发布的一款开源文本到图像模型。稳定扩散不仅可以产生一些最令人惊叹的图像，而且它被设计成可以在一台(好的)家用电脑上运行。

通过让所有人都可以使用文本到图像的模型，Stability AI为已经充满创造力和创新的地狱注入了燃料。数百万人在短短几个月内创造了数千万张图片。但也存在问题。艺术家们被卷入了十年来最大的动荡之中。而且，就像语言模型一样，文本-图像生成器可以放大隐藏在从互联网上抓取的训练数据中的偏见和有害关联。

这项技术现在被内置到商业软件中，比如Photoshop。视觉效果艺术家和视频游戏工作室正在探索如何快速跟踪开发流程。文字到图像的技术已经发展到文字到视频。谷歌、Meta和其他公司在过去几个月里演示的人工智能生成的视频片段只有几秒钟长，但这将会改变。有一天，只要把剧本输入电脑，就可以制作电影。

去年，人工智能领域没有什么比这更吸引人们的注意力了，原因有好有坏。现在，我们拭目以待，看看这些工具将对创意产业以及整个人工智能领域产生什么样的持久影响。

改变一切的芯片设计

芯片行业正在经历一场深刻的变革。制造商长期以来一直从几家大公司获得芯片设计许可。现在，一种名为 RISC-V 的流行开放标准通过让任何人都能更轻松地创建芯片来颠覆这些动力动态。许多初创公司正在探索各种可能性。

有没有想过你的智能手机如何连接到你的蓝牙扬声器，因为它们是由不同的公司制造的？嗯，蓝牙是一个开放标准，这意味着它的设计规范，例如所需的频率和它的数据编码协议，都是公开可用的。基于开放标准（以太网、Wi-Fi、PDF）的软件和硬件已经家喻户晓。 

现在，一种称为 RISC-V（发音为“risk five”）的开放标准可能会改变公司制造计算机芯片的方式。 

 英特尔和安谋等芯片公司长期以来一直对自己的蓝图保持专有。消费者会购买现成的芯片，这些芯片可能具有与他们的产品无关的功能，或者为定制设计支付更多费用。由于 RISC-V 是一个开放标准，任何人都可以使用它来设计芯片，而且免费。RISC-V 规定了计算机芯片指令集的设计规范。指令集描述了芯片改变其晶体管所代表的值的基本操作ーー例如，如何加两个数。RISC-V 最简单的设计只有47条指令。但是 RISC-V 也为寻求具有更复杂功能的芯片的公司提供了其他设计规范。

全球约 3,100 名成员，包括公司和学术机构，现在正通过非营利组织 RISC-V International 合作建立和发展这些规范。2022 年 2 月，英特尔宣布了一项 10 亿美元的基金，该基金将部分支持构建 RISC-V 芯片的公司。

RISC-V 芯片已经开始出现在耳塞、硬盘和 AI 处理器中，已经出货了 100 亿个内核。公司还致力于为数据中心和航天器设计 RISC-V。RISC-V 的支持者预测，几年后，芯片将无处不在。 

大众市场军用无人机

由于费用高昂和严格的出口管制，军用无人机曾经对小国来说遥不可及。但消费组件和通信技术的进步帮助无人机制造商以低得多的价格制造复杂的战争机器。土耳其 Bayraktar TB2 和其他廉价无人机改变了无人机战争的性质。

几十年来，高端精确打击美国飞机，如“捕食者”和“死神”，主导了无人机战争。然而，乌克兰战争的特点是中国、伊朗或土耳其制造的低预算模型。它们的广泛使用改变了无人机战斗的进行方式以及谁可以进行战斗。 

其中一些新型无人机是现成的四轴飞行器，例如 DJI 的四轴飞行器，可用于侦察和近距离攻击。其他的，例如价值 30,000 美元的伊朗制造的爆炸式 沙希德 无人机，俄罗斯曾用来攻击基辅的平民，能够执行更远距离的任务。但最著名的是价值 500 万美元的 Bayraktar TB2，由土耳其的 Baykar 公司制造。

TB2 是将足够好的零件组合在一个缓慢飞行的身体中的集合。它以每小时 138 英里的速度行驶，通信范围约为 186 英里。Baykar 说它可以在高空停留 27 小时。但是，当与可以与地面站共享视频的摄像机结合使用时，TB2 将成为一种强大的工具，既可以瞄准其机翼上携带的激光制导炸弹，也可以帮助从地面引导炮火。

最重要的是它的可用性。像“收割者”这样的美国制造的无人机性能更强，但价格更高，而且受到严格的出口管制。任何想要 TB2的国家都可以使用它。土耳其军方在2016年对库尔德人使用了无人机。从那以后，它们被用于利比亚，叙利亚和埃塞俄比亚，以及阿塞拜疆对亚美尼亚的战争。2019年，乌克兰购买了6架无人机，用于在 顿巴斯的军事行动，但这些无人机在2022年初吸引了全世界的注意，当时它们帮助挫败了俄罗斯入侵者。战术优势显而易见。同样可悲的是，这些武器将对世界各地的平民人口造成越来越可怕的伤亡。

 通过远程医疗的堕胎药

到 2022 年，堕胎不再是美国的宪法权利，现在各州的禁令阻止许多人堕胎。因此，医疗保健提供者和初创公司已转向远程医疗来开具和递送药片，让人们能够在家中安全地进行人工流产。

 在美国，获得堕胎护理的机会急剧减少。但另一个方向发生了重大转变：足不出户就可以获得医疗服务。2021 年，在大流行期间，美国食品和药物管理局暂时允许医疗保健提供者向患者邮寄两种药片——米非司酮和米索前列醇——这两种药片一起服用时可以诱导流产。多年前，食品和药物管理局发现这些药丸在妊娠早期终止妊娠是安全有效的，到 2020 年，它们占美国所有堕胎的一半以上。然后，在 2021 年底，食品和药物管理局 将其决定永久化。 

六个月后，美国最高法院裁定堕胎不是一项宪法权利。随着禁止堕胎的州“触发法”生效，人们对堕胎药的兴趣和需求激增。Aid Access 等非营利组织和Choix、Just the Pill和Hey Jane等初创公司随时准备提供帮助。尽管流程因服务而异，但符合条件的患者通常会使用带照片的 ID 进行注册，然后通过视频通话、短信或应用程序咨询医疗服务提供者。提供者开出药片，服务将其运送给患者。 

获得药物流产并不是一个解决的问题。援助通道总部设在欧洲，其独特之处在于它可以向美国任何一个州运送药品。但是大多数通过邮件提供堕胎药物的创业公司都遵循州法律，这意味着居住在13个禁止堕胎的州，或者另外7个需要医生亲自开药的州的人，必须跨州旅行或者建立另外的邮寄地址来使用这些服务。尽管如此，帮助人们远程获得堕胎药物的组织在关键时刻为许多人带来了护理。他们的远见卓识和不懈努力意味着这些解决方案在人们需要的时候已经就绪。

更新：2023 年 1 月，食品和药物管理局 表示将允许在线和实体零售药店向有处方的患者分发堕胎药，此举可能进一步扩大在允许的州获得这些药物的机会。

 按需器官

每天，仅在美国，平均就有 17 人死于等待器官移植。这些人可能会因健康器官的无限供应而得救——以及许多其他人的帮助。科学家们正在对猪进行基因工程，其器官可以移植到人体中，并使用患者自身的细胞 3D 打印肺部。

去年有两个月的时间，一位名叫大卫贝内特的 57 岁男子胸腔内跳动着一颗猪心。马里兰大学的外科医生把它放在那里是为了看看：经过基因编辑的猪心脏能否让人活下来？

需要器官移植才能生存的人远远多于能够获得器官移植的人。全世界每年大约有 130,000 例器官移植，但还有更多的人在等待器官移植时死亡，或者因为他们甚至从未进入移植等待名单。 

动物器官是一种潜在的解决方案。但要克服人体对它们的自然反抗并不容易。例如，猪组织表面的糖分会使我们的免疫系统进入攻击模式。药物可以帮助抑制反应，但这还不够。因此，生物技术公司使用基因编辑技术对猪进行改造，去除那些糖分子并添加其他基因，使猪看起来更像人类。 

通过以这种方式编辑猪的 DNA，几家生物技术公司现已培育出器官与人体更相容的动物。虽然贝内特死了，并且在移植器官中发现了病毒，但他的医生声称他接受的猪心从未出现器官排斥的典型迹象。现在他们正计划对更多患者进行研究。

将来，器官工程可能根本不需要动物参与。研究人员正处于探索如何从头开始构建复杂组织的早期阶段。有些是肺部形状的3D 打印支架。另一些人则从干细胞中培养出类似小团的“类器官”来模仿特定的器官。从长远来看，研究人员希望在工厂里培育定制的器官。无论它们是在动物体内生长还是在制造工厂内建造，无限供应的器官可以使移植变得更加普遍，并使更多的人能够获得替代部件。阅读关于 马丁内·罗斯布拉特的文章，这位企业家梦想着制造无限器官的工厂。

不可避免的电动汽车

电动汽车终于成为现实的选择。电池越来越便宜，政府已经通过了更严格的排放规定或完全禁止使用汽油动力汽车。主要汽车制造商已承诺实现全电动，各地的消费者很快就会发现购买电动汽车的理由比不购买的理由更多。

电动汽车正在改变汽车行业。

虽然销售额多年来一直在缓慢上升，但现在却在飙升。根据国际能源署的数据，到 2022 年，零排放汽车和卡车可能占全球所有新车销量的 13%，高于两年前的 4%。到本十年末，它们有望占这些销售额的 30% 左右。

多种力量共同推动车辆从小众选择成为主流选择。 

政府制定了政策，迫使汽车制造商进行重组，并激励消费者做出改变。值得注意的是，加利福尼亚州和纽约州将要求所有新车、卡车和SUV在2035年前实现零排放，而欧盟在发稿时几乎已经敲定了类似的规定

 反过来，汽车公司正在建立供应链，建设制造能力，并发布更多性能更好的车型，包括价格点和产品类型。

五菱宏光mini是一款起价略低于5000美元的小型汽车，已成为世界上最畅销的电动汽车，巩固了中国作为最大电动汽车制造商的主导地位。

 Hero Electric、Ather和其他公司越来越多的两轮车和三轮车帮助印度的电动汽车销量在去年翻了三番（尽管总销量仍只有43万辆左右）。从雪佛兰博尔特到福特F-150闪电，各种尺寸和价格的车型都在吸引更多的美国人加入电动汽车行列。

 未来仍有巨大的挑战。大多数汽车必须变得更便宜。充电选项需要更方便。清洁发电将不得不大幅增加，以适应车辆充电的激增。制造足够的电池将是一项艰巨的任务。但现在很明显，耗油量大的汽车的鼎盛时期正在逐渐暗淡。

 詹姆斯韦伯太空望远镜

世界上最强大的太空望远镜拍摄到的遥远宇宙的第一张令人叹为观止的图像激发了一种集体的敬畏和惊奇感。而这一切才刚刚开始。科学家们分析现在涌入的数据的速度几乎与发现的速度一样快。天文学的新时代已经开始。

经过数十年的努力，美国国家航空航天局耗资 100 亿美元的詹姆斯·韦伯太空望远镜于 2021 年 12 月发射升空，这是美国、欧洲和加拿大之间的合作项目，是有史以来发射到太空的最大望远镜，其功率是其前身哈勃太空望远镜的约 100 倍. 它还专门设计用于检测红外辐射，使其能够穿透尘埃并及时回溯到宇宙第一批恒星和星系形成的时期。 

詹姆斯韦伯太空望远镜就是为这种天文时空旅行量身定做的。它的主镜有 21 英尺宽，是哈勃望远镜直径的三倍，使其具有更大的分辨率。它带有一个网球场那么大的遮阳罩，以保护它的镜子和仪器免受太阳光和热的影响。为了帮助它进入太空，工程师们设计了詹姆斯韦伯太空望远镜 的镜子和遮阳罩，使其可以折叠起来，这样它们就可以安装在火箭整流罩内，在发射后展开，因为望远镜进入了距离地球 150 万公里的最终轨道。 

天文学家希望通过詹姆斯韦伯太空望远镜，他们能够拼凑出宇宙的第一个星系是如何在大爆炸之后形成的。但这并不是詹姆斯韦伯太空望远镜的唯一目标。这台望远镜被广泛应用于天文学领域。它可以提供对其他太阳系行星的前所未有的了解，使我们能够弄清楚它们的大气是由什么组成的。它将见证新世界的诞生，拍摄壮丽的星云图像，探测星系的结构，还有很多很多。

新发现几乎每天都在不断涌现，而且在望远镜的整个使用寿命(估计超过20年)内都将如此。

古代DNA分析

现在，基因组测序工具让我们能够读取非常古老的人类 DNA 链。研究很久以前人类的遗迹可以揭示我们是谁以及为什么现代世界看起来像现在这样。它还有助于科学家了解当时普通人的生活——而不仅仅是那些负担得起精心埋葬的人。

长期以来，科学家们一直在寻找更好的工具来研究古代人类的牙齿和骨骼。过去，他们不得不搜寻许多古代遗迹，才能找到保存完好的样本进行分析。  

现在，使受损 DNA 对商业测序仪清晰可见的更便宜的技术和新方法正在推动古代 DNA 分析的繁荣。 

今天，科学家甚至可以分析在尼安德特人小便时的泥土中发现的微观 DNA 痕迹——不需要牙齿或骨头。11 月，马克斯普朗克进化人类学研究所的遗传学家 斯万特·帕博  因其基础工作获得诺贝尔奖，现在被称为古遗传学的领域成为焦点。

古代 DNA 分析导致发现了两种已灭绝的人类物种——吕宋人和丹尼索瓦人——并告诉我们现代人类携带了大量的丹尼索瓦人和尼安德特人 DNA。我们现在拥有全基因组数据的古人类个体数量急剧增加，从 2010 年的 5 人增加到 2020 年的 5,550 人。 

通过表明印度人口来自不同祖先的混合，这些技术已经破坏了种姓制度。来自西西里岛2500年前战场的DNA显示，古希腊军队比历史学家描述的更加多样化。

古老的样本也能解开现代健康之谜。去年，科学家发现了一种突变，使人们在黑死病中存活的可能性提高了40%，而且它也是克罗恩病等自身免疫问题的风险因素。

不同文化对待人类遗骸的方式存在差异，这将继续为寻求研究古代DNA的学者带来伦理和后勤方面的问题。但它揭露的真相已经在改写历史。

电池回收

回收对于防止当今堆积如山的废弃电池最终进入垃圾填埋场至关重要，它还可以提供急需的金属来源，为明天的电动汽车提供动力。公司正在建设回收锂、镍和钴的设施，并将这些金属反馈给锂离子电池制造商，从而帮助降低成本。

 从旧笔记本电脑、腐蚀的电钻和电动汽车中回收的高价值金属可以为明天的汽车提供动力，这要归功于回收利用的进步使得将旧电池变成新电池成为可能。 

随着电动汽车变得越来越普遍，对锂离子电池的需求正在飙升。更多地使用电动汽车对气候来说是个好消息。但制造电池所需的金属供应已经捉襟见肘，到 2050 年对锂的需求可能增长 20 倍。 

回收可能有所帮助。处理废电池的旧方法难以可靠地回收足够的这些单独的金属以使回收经济。但新方法迅速改变了这一点，使回收商能够更有效地溶解金属并将它们与电池废料分离。 

回收设施现在几乎可以从废旧电池和电池生产留下的制造废料中回收所有的钴和镍，以及超过80%的锂，回收者计划以几乎与开采材料具有竞争力的价格重新出售这些金属。铝、铜和石墨也经常被回收。

如今，中国在电池回收方面处于世界领先地位，主要由CATL等大型电池公司的子公司主导。欧盟最近提出了针对电池制造商的广泛回收法规。在北美，红木材料和李氏回收等公司正在迅速扩大业务规模，获得了数十亿美元的公共和私人投资。

电池需求预计将在未来几十年呈指数级增长。仅靠回收利用还不足以满足它。这些新的回收过程并不完美。但电池回收工厂将为世界提供满足其气候目标所需的材料。

Jessica Hamzelou 是《麻省理工科技评论》的资深记者，负责报道生物医学和生物技术。她之前是《新科学家》杂志的健康和医学科学记者

原文标题是：10 Breakthrough Technologies 2023