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  • 美国《技术评论》评选出2008年十大新兴技术(下)
  • 作者: 来源: 时间:2009-9-5 17:44:39 阅读次 【
  •     每年,美国《技术评论》杂志都会公布本年度10大新兴技术,并预计这些技术将在未来几年对我们的生活和社会产生重大影响。2008年评选出的这些即将走出实验室、迈向实践的10大新兴技术涵盖了能源、计算机硬件和软件以及生物成像等领域。其中纤维素酶和原子磁力计2项技术是顶尖科学家正在着力解决的关键问题,“异常”建模、神经连接学、概率芯片、现实挖掘和离线网络应用5项技术代表了观察问题的全新方式,石墨晶体管、纳米收音机和无线电源3项技术是已经创造的了不起的工程壮举。
      利用手机收集的数据,可了解更多有关人类行为与社会互动的知识。人物:桑迪放颂乩嫉拢拦槭±砉ぱг?
      定义:个人现实挖掘技术是通过对可测量位置、体力活动等手机感应器收集到的信息,运用数据挖掘算法来推导出人际关系和行为。
      影响:分析来自个人和群体的数据而构建的模型,将使自动安全设置、智能个人助理和监测个人和社区的健康状况成为可能。
      背景:现在的手机功能已经足够强大,具备了收集和分析有关个人行为数据的能力。研究人员正在开发使手机能对这样的信息进行排序的技术。
      9现实挖掘
      你每使用一次手机,都会留下一些数字信息。电话要寻找最近的基站来确定位置,你的服务提供商也会记录你的通话时长和拨出的电话号码。
      有些人对身后遗洒的这些数字“面包屑”无所谓,而潘特兰德却沉迷于此。事实上,这位麻省理工学院媒体艺术和科学系教授希望通过手机,能收集到更多有关它主人的信息,记录下这些主人从体力活动到通话节奏的所有信息。潘特兰德断定,在一些算法的帮助下,这些信息可帮助我们确定要做什么事或去认识一个新人。这也可使手机更易使用,譬如自动设定安全设置。更重要的是,手机数据还能揭示出工作场所的动态性和社区的幸福感,它甚至能预测疾病暴发过程以及提供个人健康信息。潘特兰德10年来一直在筛选从移动设备收集得来的数据,他将这项实践称为“现实挖掘”。
      他表示,现实挖掘就是关注生活中所有模式的信息,使用这些数据可帮助我们实现像设置个人隐私模式这样的事情,和人们分享这些事情,并通知人们。总的来说,就是帮助你的生活更生动。
      多年来,研究人员一直在从物理世界挖掘数据。工厂里的传感器能告诉经营者机器什么时候出了故障,公路上的摄像头则可监测交通流量。但是现在,现实挖掘正在变得越来越个性化。
      潘特兰德预测,在接下来的几年里,现实挖掘将变得越来越普遍,这部分得益于手机的普及和日益精良。许多手持设备现在已拥有低端台式机的处理能力,并且因为有了像GPS这样能跟踪定位的设备,手机还能收集到更多不同的数据。像潘特兰德这样的研究人员也能更好地把握所有这些信息。
      为构建一个个人交际网络的精确模型,潘特兰德研究团队将手机的通话记录和蓝牙设备持续收集到的邻近用户的设备信息结合起来。借助因子分析,这是一种常用于社会科学解释多重变量的相关性的统计技术,研究人员确定了数据中的模式,并将它们转换成人际关系图。这样的图可被用于将你通讯录中的人准确地归类为朋友、家人、熟人或同事。反过来,这种信息也能用以自动建立隐私设置,譬如只允许你的家人查看你的日程表。如果再加入定位数据,手机就能预测什么时候你会出现在你的人际关系网中的某个人附近。在去年5月发表的论文中,潘特兰德研究团队表示,利用手机数据,他们获得了大约100名麻省理工学院学生和教授的人际关系网络的精确模型。他们还准确地预测到,这些实验对象在一周的任一天会在哪里遇见他们人际关系网络中的成员。
      这种人际关系的信息也许还能派上更大的用场。研究人员正计划利用手机数据来改进现有的关于像SARS这样的疾病如何蔓延的计算模型。大多数流行的模型并不能通过人们在什么地方、和谁一起度过时光这样的细节数据来支持它们的预测,人际关系及邻近数据的补充则可使这些模型更准确。研究人员称,最有趣的是,你将会看到一种疾病的传播取决于谁是第一个感染者。
      利用手机中的其他传感器,譬如麦克风或是最新的苹果iPhone手机中内置的加速度计,甚至能将现实挖掘技术扩展,给个人健康护理带来的好处。譬如,抑郁症的诊断线索可在一个人的通话方式中找到,抑郁的人说起话来会比较慢,一个装在电话上的语音分析软件,可能会比家人或朋友更容易识别这种变化。一个电话的运动传感器可监测到步态的轻微变化,这可能预示着罹患像帕金森氏症这样的疾病的一个前兆。
      现实挖掘的前景是非常广阔的,但收集如此多的个人信息,自然也会引起很多与隐私相关的问题。潘特兰德表示,现实挖掘的关键是行为记录技术,并不会强迫任何人。但是,法规滞后于我们的数据收集能力,这使得开始讨论技术将如何被使用显得格外重要。
      不过现在,潘特兰德还是对现实挖掘对简化人类生活的潜力感到无比兴奋。他说:“我们拥有的设备中的所有信息,是我们完全不知道的最紧要的东西。一个人可能知道有关网页和电话号码等各种各样的东西。但说到底,我们还是要跟人打交道。现在有了现实挖掘,你就能看到它们是怎样发生的,这真是一只有趣的上帝之眼。”
      生物燃料行业的最大挑战之一,就是设计出可更好分解纤维素的酶。人物:弗朗西斯钒⑴档拢又堇砉ご笱Фㄒ澹合宋孛缚煞纸馍镏手械南宋兀虼怂捎米饕恢稚锶剂系脑稀S跋欤涸黾酉宋厣锶剂系氖褂茫杉跎傥率移宓呐欧牛跎俣允偷囊览怠?
      背景:对实际应用来说,制造纤维素生物燃料的工艺成本仍然过于昂贵。一些公司正在竞相寻求解决的办法。
      10纤维素酶
      2007年12月,美国总统布什签署了能源独立和安全法案,提出美国2020年的可再生燃料产量要达到现有水平的5倍,即每年达到360亿加仑。在这个总量中,产自农业废弃物、木屑和牧草的纤维素生物燃料预计将占到160亿加仑。如果该目标得以实现,那么汽油的消费量将能显著下降,从而减少温室气体排放及进口外国石油。
      但这个雄心勃勃的计划面临的一个主要障碍是,还没有出现真正具有成本竞争力的纤维素生物燃料生产工艺。今天,美国生产的几乎所有乙醇都来源于玉米粒中的淀粉,这种淀粉很容易分解成经发酵后可制成燃料的糖。用廉价的原材料生产乙醇,需要一种有效方式释放纤维素的结晶链,这种链是植物重要的结构成分。加州理工大学化学工程和生物化学系教授、从事蛋白质研究的工程师弗朗西斯钒⑴档鲁疲庹悄壳跋宋厣锶剂洗蠊婺I桃祷畎汗蟮囊桓霾街琛?
      阿诺德和其他科学家相信,更有效和更低廉地分解纤维素的关键就是更好的酶。阿诺德在过去20年间一直在设计从药品到污渍清洁剂所用的酶,她对找到更好分解纤维素的酶充满信心。
      与无论是汽油还是玉米乙醇相比,纤维素燃料具有许多优势。举例来说,燃烧纤维素乙醇而非汽油,可消减汽车87%%的温室气体排放量,而玉米乙醇仅能消减18%%到28%%。纤维素也是地球上最丰富的有机物质。
      但是,玉米淀粉转化为糖只需要一个单酶,而分解纤维素则需要一系列复杂的酶阵列(纤维素酶)一起工作。过去,曾用在真菌中发现的纤维素酶来进行分解工作,但实践证明这些纤维素酶的分解过程过于缓慢和不稳定。通过以新的方式混合这些纤维素酶或调整其氨基酸组分来提高性能的努力,也只是取得了适度的成功。研究人员已将每生产1加仑乙醇所用的纤维素酶的成本降至20美分到50美分,但是这个成本必须降至3美分到4美分,纤维素乙醇才能和玉米乙醇相竞争。
      最终,阿诺德不只是想制作出更低廉、更高效的纤维素酶,她想要设计出可将糖发酵成生物燃料的纤维素酶。长期以来,研究人员的目标是找到一种“超级细菌”,它既能代谢纤维素和制成燃料,又能大幅降低纤维素生物燃料的生产成本。阿诺德表示,如果能够巩固这两个步骤,就能在整个生产工艺中获得降低生产成本的协同效应。
      巩固这些步骤则需要纤维素酶工作在用于工业发酵过程的诸如酵母和细菌等健全的有机物中。这些纤维素酶必须具有稳定性和高活性,还须耐受高糖水平,并在存在污染的环境中发挥作用。此外,研究人员还必须能够生产出足够数量的有机物。这看起来似乎有些苛刻,但这些年来,阿诺德已经开发出一些新的工具来制作新型蛋白质。她开创了一项称为定向进化的技术,可创造出许多基因突变的特殊蛋白质。这些突变基因插入到微生物中,产生大量新蛋白质,然后就可进行特性筛选。
      她的最新策略是利用计算机筛选法来快速确定数千个新的蛋白质序列。这种方法将比其他方法产生更多的序列变异,从而大大增加了创造出具有有用新属性功能分子的机会。
      阿诺德正在利用该技术建立包含有数千个新纤维素酶基因的基因库。这样,研究人员就可以筛选纤维素酶以观察它们如何作为一种混合酶的一部分发挥作用,而如果用它们本身来进行测试的话,则很难了解它们作为一个整体是如何工作的。
      为了最终实现能代谢纤维素并生产出生物燃料的超级细菌的目标,阿诺德正在和加州大学化学工程系教授詹姆斯妨谓泻献餮芯俊A谓淌谧罱铣闪艘恢执蟪Ω司苡行У亟亲捎胍掖枷啾染哂懈吣芰康纳锶剂稀〈肌0⑴档孪M芙男旅富旌先肓谓淌诳刹〈嫉奈⑸镏小0⑴档略诘し鸫戳⒌囊患页莆狦evo的先创公司,已经获得廖教授的技术许可,将量产丁醇等先进生物燃料。
      克服纤维素对分解的天然抵抗力,是最具挑战性的蛋白质工程问题之一。这个问题的解决,将有助于决定低排放生物燃料是否将永远成为化石燃料的可行替代品。
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