《麻省理工科技評論》每年鎖定可望造福全世界的創新科技,2024年入選名單正式出爐,無不代表著科技進展有成,有機會在目前或未來幾年發揮影響力。
智慧資通訊,人工智慧,GAI

2024年10大突破性科技

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行事曆icon 2024/01/31
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2024年10大突破性科技


 翻譯/連育德

《麻省理工科技評論》每年鎖定可望造福全世界的創新科技,2024年入選名單正式出爐,無不代表著科技進展有成,有機會在目前或未來幾年發揮影響力。

1 無所不在的 人工智慧

ChatGPT等生成式人工智慧(AI)工具以空前速度普及化,顛覆整體產業的走勢。

主要研發單位:Google、Meta、微軟、OpenAI

成熟期:現在

2022年11月,OpenAI低調推出一款免費網路應用程式,名為ChatGPT,萬萬沒人料想得到它會掀起巨變。

到了1月,ChatGPT已成為史上成長最快速的網路應用程式。只要有瀏覽器,每個人都能使用這個有史以來數一數二強大的神經網絡。大家讚嘆之際難掩憂心。

殊不知,AI爭霸戰這時才剛要起跑。2月時,微軟與Google不甘示弱,宣布要將聊天機器人整合於搜尋功能,重新定義我們與網路的日常互動。

初期的展示成效不佳,微軟的Bing Chat捅出簍子,胡亂給答案,而Google的Bard在展示時,被人抓到回答內容有地方與事實不符。但精靈既出,就算怪模怪樣,就不會再回到神燈。

微軟與Google後續把應用範圍從搜尋拓展到辦公室軟體,將聊天機器人助理交到幾十億用戶的手上,可望為電子郵件與會議做出摘要、草擬報告與回覆、製作出完整投影片(標體、要點與圖片一樣也不少),幾秒鐘就搞定。

微軟與Meta發表圖像製作模型,使用者按個鍵,就能生成可分享的創意圖像。網路現在充斥著無厘頭的混搭圖像,甚至有數十張是米老鼠或海綿寶寶開飛機飛向雙子星大樓。

Google新款手機採用AI技術,提供前所未見的照片編輯功能,可以把醜臉換成笑臉、把陰暗午後換成完美夕陽。

生成式AI從實驗原型躍升到消費者產品,速度之快、規模之大,非歷史其他顛覆型技術所能比。可以確定的是,我們才正要一窺堂奧,更別說瞭解它的衝擊了。

AI光環是否變淡了?或許吧。技術每更新一次,就更不容易有驚艷感。但數十億人在2023年首度第一手接觸AI,無疑是重大里程碑。我們現在要摸索清楚的是,它是敵是友?

─希文(Will Douglas Heaven)


2 第一個基因編輯療法

CRISPR療法問世,首先鎖定鐮形血球貧血症。

主要研發單位:CRISPR Therapeutics、Editas Medicine、Precision BioSciences、Vertex Pharmaceuticals

成熟期:現在

第一個基因編輯療法來了!病患心存感激,稱它「徹底翻轉人生」。

短短11年前,科學家研發出強大的DNA剪輯技術,稱為CRISPR,如今這項技術已走出實驗室,能夠實際用於治療鐮形血球貧血症。

之所以罹患鐮形血球貧血症,是因為從父母雙方同時遺傳到變異的血紅素基因,症狀包括劇烈疼痛,患者平均壽命只有53歲。美國每4千人有1人得病,幾乎全數是非裔民眾。

鐮形血球貧血症是如何成為首個CRISPR成功案例的?生物學的巧合是原因之一。人體還有另一種方法可以製造血紅素,只是出生時關閉了。研究人員發現,只要在骨髓細胞進行簡單的DNA編輯,就能重新開啟機制。

許多CRISPR療法處於實驗階段,但在2022年,位於美國波士頓的福泰製藥(Vertex Pharmaceuticals)率先將相關療法送審核准,便是鎖定鐮形血球貧血症。骨髓細胞經過剪輯後,自願參加試驗的患者幾乎全數不再疼痛。

這固然是好消息,但治療費用預計動輒200到300萬美元。此外,福泰製藥短期並沒有在非洲推出的計畫,偏偏鐮形血球貧血症在非洲最為常見,而且仍會奪走幼童性命。

該公司指出,這是因為療程過於複雜,患者必須住院,而醫生必須取出骨髓、編輯細胞,再植回人體。對於仍舊無法因應基本醫療需求的國家,這項手術仍舊太過先進,未來有待更簡單、更便宜的CRISPR療法問世。

─瑞加拉多(Antonio Regalado)


3 熱泵技術

熱泵是行之有年的技術,如今在減碳領域出現實質進展,住家、建築大樓,甚至製造業都可望受惠。

主要研發單位:大金、三菱、Viessmann

成熟期:現在

熱泵時代來臨!

熱泵設備以電力供應冷氣或暖氣。許多建築目前的暖氣系統仍採用化石燃料,又以天然氣為主流。

若能改用以再生能源為電力來源的電熱泵,有助於住家、辦公室,甚至是製造工廠大幅降低碳排。

熱泵從20世紀中葉便已應用於建築,但相關技術如今出現新突破。2022年熱泵空調全球銷量成長11%,連續第二年達10位數增幅(然2023年成長力道可能放緩)。歐洲的轉變最大,2022年熱泵裝置數量激增40%,主要是因為俄烏戰爭引爆能源危機,歐洲各國亦設法降低對天然氣的依賴。

亞洲是另一個成長亮點,中國的裝置數量領先全球,而中國與日本亦合占2010年以來熱泵技術新專利申請數逾半。新型熱泵能夠加溫到更高溫度,因此可望供電產生用於食物加工與造紙的蒸氣,進而降低工業生產的碳排。

熱泵有機會在2030年前降低全球碳排達5億噸,相當於歐洲目前的汽車總碳排。要做到這點,熱泵裝置數量必須在2030年前達6億台左右,形同全球所有建築約兩成的供熱需求。

熱泵技術未來仍舊面臨重大考驗,包括必須擴大產能,因應逐漸攀升的需求,也要確保電網夠強大,足以供電到其他氣候友善技術。但從種種跡象來看,熱泵技術正要步入全盛期。

─柯朗哈(Casey Crownhart)


4 推特殺手

數百萬人棄守「 鳥地方」,湧入去中心化的社群媒體服務。

主要研發單位:Bluesky、Discord、Mastodon、Nostr、Threads

成熟期:現在

有長達17年的時間,推特是全球對話的重鎮,內容或喧鬧或繁雜或暴躁,時而有趣時而嚇人,永遠沒有中斷的一刻。想及時掌握生活大小事和熱門話題,推特是社群媒體霸主。

但馬斯克(Elon Musk)買下推特後,重新更名為「X」、開除大多數員工,還在一定程度上取消了審核與驗證系統。他訂下新的財務結構,卻變相鼓勵了創作者散播與放大謊言與外宣。許多人已開始另尋其他選項,最好是有一種能不受任何個人控制的服務。

在去中心化、「聯邦式」(federated)社群媒體裡,伺服器主機或平台獨立運作,但透過ActivityPub、AT Protocol、Nostr等網通協議彼此溝通。這類社群媒體的審核更精細、更能避免企業主或政府審查單位的一時興起,也有機會掌握自己的社交圖譜,甚至轉換伺服器後還能追蹤同樣一群人。

多年來,不少人期盼市場出現有如推特的去中心化服務,許多業者嘗試過都無疾而終,App.net與Identi.ca是最著名的例子。市場一直沒有出現實力相當的競爭對手,因為大家沒有離開推特的強烈理由,即使離開了,也沒有其他服務可用。如今這兩個理由都成立。

根據網站分析平台Similarweb,X的流量較去年同期萎縮近兩成。市場研究公司Apptopia的研究亦指出,X的每日活躍用戶人數從1.41億人降至1.2億人。相較之下,去中心化服務如Mastodon、Bluesky與幾家Nostr用戶端程式的人氣飆漲。不過,Meta旗下的Threads才是最大贏家。Meta在9月透露Threads每月使用人數將近1億人(截至本刊發稿前,Threads尚未採用ActivityPub協議,但承諾會導入)。宅男宅女最愛的Mastodon遠遠位居第二,活躍用戶人數達150萬人,但逐漸增加。仍舊只採邀請制的Bluesky,使用AT Protocol協議,有200萬名用戶。

話說回來,真正的推特殺手是誰?正是馬斯克自己。

─霍南(Mat Honan)


5 增強型地熱系統

拜進階鑽探技術之賜,地熱能可望在更多應用領域發揮潛力。

主要研發單位:AltaRock Energy、Fervo Energy、Utah FORGE lab

成熟期:3到5年

地熱是一種儲量豐富的無碳能源,可以取代化石燃料,也不會因為天氣或每日早晚而變化。然而,傳統地熱發電廠必須搭配特定的地質條件,特別是需要具有水源的透水岩。

有鑑於此,地熱能只占全球再生能源產能的不到1%。所幸,有項新興技術可望進一步利用就在我們腳下的熱能。

增強型地熱系統自1970年代以來發展至今,近期技術進展有成,新型系統可望大幅提升再生能源產能。費沃能源(Fervo Energy)在2023年選在美國內華達州測試一款系統,結果證實具有商用價值。該公司目前正在猶他州興建另一座新廠,目標在2026年前穩定供應潔淨電力。

有了增強型地熱系統,相關企業能夠在新地點取得地熱。受到石油天然氣產業廣泛採用的水力壓裂技術,目前也用於裂解相對堅固的岩石,而且比現行地熱鑽井更深許多。接著是將水注入岩石,產生蒸氣,進而驅動渦輪機發電。

此外,費沃能源希望借重增強型地熱技術,研發出可以連通電網的大型地下電池。透過累積或釋放鑽井的壓力,該公司可以在需求較低時儲存電力,需求攀升時增加發電。

這項技術並非沒有潛在風險,尤其是水力壓裂技術對地震活動的影響,科學界尚無定論。儘管有些人認為地震風險很小,但南韓在2017年大地震後調查發現,原因與一座增強型地熱發電廠難脫關係。

另外幾家企業與實驗室正在推動相關試辦計畫與研究。位於華盛頓州的AltaRock Energy ,正在研發能夠鑽探極高溫岩石的特殊技術,預計得以大幅提升能源產量。接受美國能源部資助的Utah FORGE,則正在開挖新井,未來將用於測試增強型地熱技術。許多相關計畫仍在實驗階段,但愈來愈能確定的是,增強型地熱是能源產業此刻的熱門話題。

─金俊(June Kim)


6 減重新藥

效果顯著的新型減重藥大受歡迎,但對健康的長期影響仍是未知數。

主要研發單位:禮來、諾華、諾和諾德、輝瑞、Viking Therapeutics

成熟期:現在

美國成年民眾有三分之一人口過重,罹患心臟病、糖尿病、癌症的風險較高。包括Wegovy與Mounjaro在內的新型減重藥,有助於打擊這場健康危機。打開Reddit與TikTok等網路平台,到處可見減重成功案例。市面上的高人氣減重藥當中,有兩款便出自藥廠諾和諾德(Novo Nordisk),公司利潤一路長紅,藥局也常常供不應求。

這類減重藥的原理在於抑制食慾,其中大多數原本以治療第二型糖尿病為主,但Wegovy在2021年6月獲准用於減重,成為2014年以來首例。Wegovy與Ozempic(糖尿病藥物,但經常開藥用於減重)都含有Semaglutide,這種活性成分模仿腸道在飯後釋放的一種荷爾蒙,產生飽足感。患者每周在家注射一次,能夠減去約12%到15%的體重,不過許多人後來就進入停滯期。

新型減重藥並非萬靈丹,常見副作用包括噁心、腹瀉、嘔吐等。許多患者必須終生用藥,才能避免復胖,而且這些藥物的長期影響仍是未知數。此外,新型減重藥的價格不斐,每個月要1千美元以上,多數保險並不支付減重用途。

儘管如此,新型減重藥可望改善數百萬民眾的健康,有些研究甚至指出能減緩心臟衰竭的症狀。目前有幾十家企業正在研發次世代減重藥,其中有幾個採口服形式。

2023年11月,美國食品藥物管理局(FDA)核准禮來(Eli Lilly)的糖尿病藥物Zepbound用於減重。目前研發中的減重新藥約有70款,其中6款正在等待審核。展望2024年,預計有更多企業的試驗進入最終階段,尋求核准上市,因應飆漲的市場需求。

─桑尼(Abdullahi Tsanni)


7 小晶片

晶片廠力求延長摩爾定律壽命,紛紛看好體積更小、功能更專精的晶片。

主要研發單位:超微、英特爾、Universal Chiplet Interconnect Express

成熟期:現在

封裝聽來無趣,卻是電腦系統製程不可或缺的一環,如今拜技術進展之賜,企業正在定義新一代電子產品的樣貌。

過去幾十年,晶片廠不斷縮小電晶體體積,在晶片塞進更多電晶體,進而提升晶片性能,形成所謂的「摩爾定律」。但這股趨勢逐漸式微,現在的高科技產業需要複雜晶片,進一步縮小電晶體與製造晶片的成本龐大。

有鑑於此,晶片廠逐漸轉向體積較小、模組化較高的「小晶片」(Chiplet),這種晶片旨在執行特定功能(例如儲存數據或處理訊號),也能互相連結而組成一套系統。晶片體積愈小,出現瑕疵的機率愈低,因此能夠降低生產成本。

包括超微(Advanced Micro Devices)與英特爾(Intel)在內的晶片廠,銷售小晶片系統已經多年,但小晶片能否發揮助攻效果,讓晶片產業維持摩爾定律的效能提升速度,必須仰賴封裝技術,也就是把小晶片並排或堆疊起來,在彼此之間形成快速又高頻寬的電路連結,以塑膠保護膜包覆。

晶片廠目前仍在設法找到成本與效能的平衡點。美國在2022年通過金額高達527億美元的《晶片法案》(CHIPS Act),旨在扶植國內晶片產業,其中110億美元將用於「先進半導體」研究,另計畫成立「國家先進封裝製造計畫」(National Advanced Packaging Manufacturing Program),促進產學合作。

缺乏封裝技術標準,是小晶片目前不易提升採用率的原因,但這點正在轉變,因為晶片產業逐漸採取稱為「通用小晶片互連」(Universal Chiplet Interconnect Express)的開源標準。有了共通標準,不同晶片廠的小晶片理論上更容易整合,業者更能靈活布局人工智慧、航太、汽車等快速變遷的領域。

─歐科特(Mike Orcutt)


8 超高效率太陽能電池

新型太陽能電池結合傳統矽晶與先進鈣鈦礦,可望將太陽能板的效率提升到新高。

主要研發單位:Beyond Silicon、Caelux、First Solar、韓華Q Cells、Oxford PV、Swift Solar、Tandem PV

成熟期:3到5年

2023年11月,有項太陽能技術的效率再創世界新高,備受注目,打下只保持了約5個月的紀錄,但這項新紀錄恐怕也維持不久。效率能有驚人成長,主要是拜一項次世代太陽能技術之賜,亦即鈣鈦礦串疊型太陽能電池。這類電池在傳統矽晶上堆疊擁有同樣獨特晶體結構的材料。

過去10年,科學家持續試驗鈣鈦礦太陽能技術,轉換效率亦不斷打破紀錄,亦即有多少陽光能轉換成電池電能。鈣鈦礦電池所吸收的光波長不同於矽電池,後者占目前太陽能市場的95%。矽晶與鈣鈦礦在串疊型太陽能電池共同運作時,能夠利用更多太陽光譜,每個電池得以產生更多電力。

矽晶電池的技術效率最高不到30%,而全鈣鈦礦電池的實驗效率約26%,但鈣鈦礦串疊型太陽能電池在實驗室的效率已超過33%。這項技術的前景令人期待,倘若大規模部署,預計能比傳統太陽能電池生產更多電力,成本亦更低。

然而,鈣鈦礦電池的部署不易。矽晶太陽能電池的壽命長達數十年,反觀在室外測試過的鈣鈦礦串疊型太陽能板仍屬少數。

礙於鈣鈦礦的電化學組成,這類太陽能板容易吸附水氣,在高溫下也容易受損,但研究人員持續努力,希望為太陽能板研發出更好的阻隔層,並改用更穩定的鈣鈦礦化合物。

2023年5月,英國牛津光伏(Oxford PV)指出,旗下商用規模的鈣鈦礦串疊型電池已達28.6%的轉換效率,面積亦遠大於測試用電池。該公司計畫在2024年推出第一款太陽能板,並擴大產能。其他業者亦可望過幾年推出類似產品。

─莫辰特(Emma Foehringer Merchant)


9 蘋果Vision Pro

有機微發光二極體(micro-OLED)技術已經發展逾10年,如今隨著Vision Pro問世,它的能見度將高於以往。

主要研發單位:蘋果

成熟期:2024年

頭戴式裝置的失敗案例不勝枚舉,Google眼鏡、微軟HoloLens,甚至是Meta的Quest系列,全都雷聲大雨點小。如今換蘋果以Vision Pro試試身手。

蘋果計畫在2023年底開始出貨這款旗下的第一款頭戴式裝置。它能否熱賣還是未知數,但無疑代表技術上的一大突破,性能大幅優於其他既有產品。

蘋果在6月的年度開發者大會首度展示Vision Pro,稱之為「空間電腦」,宣稱可以提升生活體驗,包括觀賞電影、瀏覽照片、與他人互動,甚至是閱讀與創作。

不同於虛擬實境,混合實境將數位內容疊加到真實世界的環境。內建相機與感測器捕捉室內動態,重現於兩個螢幕,一眼各一個。裝置接著加入你所選擇的數位內容,例如衝浪影片,再虛擬投影在正前方。

Vision Pro採用兩個micro-OLED顯示器,解析度與對比度大幅高出多數虛擬實境裝置的液晶顯示器,除了呈現混合實境之外,還能提供前所未見的沉浸式體驗。

但有個關鍵問題有待回答:大家會拿它做什麼?蘋果旗下有許多現成的應用程式可供使用,開發人員也能自創,但Vision Pro會淪為只是拿來看影片的奢侈裝置嗎?其次,真的會有人願意戴嗎?蘋果在前螢幕添加了虛擬眼睛,可以顯示出使用者的視線方向,但在6月的開發者大會上,蘋果只秀出展示影片。虛擬眼睛實際上看起來是逼真、還是奇怪?此外,Vision Pro要價3,499美元,價格比其他頭戴式裝置高出幾千美元。

儘管如此,蘋果多年來研發與行銷消費型科技產品有成,非其他企業所能比。在蘋果的投資下,混合實境可能總算有機會掀起熱潮。

─諾卓恩(Amy Nordrum)


10 百萬兆級電腦

每秒能夠運算100京次的超級電腦,正在拓展科學家所能模擬的極限。

主要研發單位:橡樹嶺國家實驗室、Jülich Supercomputing Centre、中國國家超級計算無錫中心

成熟期:現在

2022年5月,全球超級電腦排名因為「前沿」(Frontier)的登場而大洗牌。它現在是全球最快的超級電腦,每秒可達100京(10的18次方)次浮點運算,也就是Exaflop,等於每秒運算能力媲美10萬台筆電。

位於美國田納西州的橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)推出前沿後,正式開啟百萬兆級運算元年。還有幾個百萬兆級電腦很快會加入陣容。美國的研究人員正在安裝2台超級電腦,運算速度比前沿快1倍,一個是加州勞倫斯利佛摩國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)的El Capitan,一個是伊利諾州阿岡國家研究所(Argonne National Laboratory)的Aurora。Jupiter是歐洲的第一台百萬兆級超級電腦,預計在2024年底啟用。中國據傳也有百萬兆級超級電腦,但尚未公布標準指標測試的結果。

科學家與工程人員摩拳擦掌,希望透過這些超級電腦推動眾多領域的發展。天文物理學家已經在使用前沿模擬銀河系內外的氣體流動,不只模擬大如銀河系的移動,也能聚焦在爆炸的新星。從這個應用可以看出超級電腦的特性,能夠同時以多種規模模擬物體。

進展不會到此止步。過去30年,超級電腦的速度每4年左右就增加約10倍。次世代超級電腦已經在醞釀當中:橡樹嶺國家實驗室正在研發一款超級電腦,運算速度是前沿的3到5倍,預計在未來10年推出。

不過,能源足跡仍舊是一大挑戰。前沿雖然已經採取節能的創新技術,但閒置時仍舊需要龐大電力,足以供電給幾千戶住家。工程人員打造這些巨無霸時,除了考量速度之外,恐怕還要設法兼顧環境永續性。

─陳索妃(Sophia Chen)

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