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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

330期2019年06月號

出版日期:2019/06/15

正方形 Icon 觀念探索 Trend

發明如何形塑未來(下)

翻譯/連育德

客製化癌症疫苗

本刊取得美國麻省理工學院Technology Review期刊圖文授權
本刊取得美國麻省理工學院Technology Review期刊圖文授權

這種療法找出每種腫瘤的突變,啟動人體的自然防禦機制,只會破壞癌細胞。

▶獲選原因:
傳統化療會連帶破壞健康細胞,而且治療腫瘤未必有效。

▶主要研發單位:
BioNTech
基因科技

▶成熟期:
正在進行人體測試。

全球第一款個人化癌症疫苗即將問世。這款疫苗能夠啟動人體的免疫系統,找出不同腫瘤特有的突變,倘若效果如研究人員預期,將可有效杜絕許多類型的癌症。

跟傳統化療不同的是,這款疫苗利用人體的自然防禦機制,只會破壞癌細胞,限制對健康細胞的傷害。經過初期治療後,發動攻擊的免疫細胞也能夠保持警覺,偵測有無游離的癌細胞。

癌症疫苗之所以成真,要回溯到2008年,當時人類基因體計劃(Human Genome Project)已經完成5年,遺傳學家公布第一個癌細胞基因體序列。不久後,科學家著手比較腫瘤細胞與健康細胞的DNA,也比較不同癌細胞的DNA,結果研究證實,所有癌細胞都有幾百個、甚至幾千個突變,大多數依不同腫瘤而異。

幾年後,德國新創企業BioNTech提出有力證據,指出如果疫苗含有這些突變的複製,可以催化人體的免疫系統,產生T細胞,找出所有含有突變的癌細胞,進而攻擊破壞。

2017年12月,BioNTech與生技大廠基因科技(Genentech)合作,開始大規模在癌症患者中測試疫苗,目前仍在進行中,鎖定起碼10種實體固態瘤,希望在全球各地招募超過560名病患參與。

2家企業正在設計新的製造方法,以便宜又快速的方式生產幾千劑客製化疫苗。但這點知易行難。要製造疫苗,必須針對病患的腫瘤進行切片檢查,將DNA定序分析,再把分析資料迅速送往生產據點。疫苗生產完畢,又必須立刻送到醫院。過程如果出現延誤,可能會要人命。

人造肉漢堡

人造肉和素肉的味道與營養價值近似傳統肉品,卻不會破壞環境。

▶獲選原因:
畜牧業嚴重破壞環境,包括森林砍伐、水汙染、溫室氣體排放等等。

▶主要研發單位:
不肉主義
不思議食物

▶成熟期:
目前以素肉為主,人造肉預計約在2020年問世。

聯合國預估,全球人口在2050年前將達到98億人,而且愈來愈富有。這2個趨勢都不利氣候變遷,主因在於,大家一旦脫貧,肉類攝取量通常會隨之增加。根據該項預估,肉類攝取量會比2005年增加70%。研究亦發現,畜牧雖然讓人類有食物可吃,卻對環境造成無以復加的傷害。

與植物蛋白質相比,以歐美工業方法生產肉類所需要的水量要多4到25倍(因動物而異),土地面積要多6到17倍,化石燃料用量要多6到20倍。但問題是,要大家戒掉吃肉的可能性不高,也因此,如果想要限制畜牧對環境的破壞,改吃人造肉或素肉可能是最好的解方。

人造肉的製程是從動物身上萃取肌肉組織,移到生物反應器培養,最終成品就像真肉一樣,只是研究人員還在設法提升味道。荷蘭馬斯垂克大學(Maastricht University)的研究人員正在研發如何大量生產人造肉,他們認為明年就能大幅降低成本,使得人造肉漢堡和傳統牛肉漢堡的製造成本差不多。但人造肉有個缺點:它對環境的好處仍舊不顯著。根據世界經濟論壇(World Economic Forum)近期一份報告指出,人造肉的溫室氣體排放量只比牛肉小7%左右。

換成以植物製造的素肉,環境好處更多,相關業者包括比爾蓋茲投資的不肉主義(Beyond Meat)與不思議食物(Impossible Foods)。2者使用了豌豆蛋白、大豆、小麥、馬鈴薯、植物油等等,來模擬肉類的口感與味道。

不肉主義的加州新廠占地26,000平方呎(2,400平方公尺),合作的商家與餐廳達3萬家,目前已售出超過2,500萬個漢堡。密西根大學永續系統中心(Center for Sustainable Systems)的分析報告指出,不肉主義的肉餡所產生的溫室氣體大幅減少,可能比傳統牛肉漢堡少90%。

捕捉二氧化碳

捕捉大氣中的二氧化碳現在有符合現實狀況又經濟實惠的方法,能夠吸收過多的溫室氣體排放量。

▶獲選原因:
為了避免氣候變遷造成難以想像的下場,可能只剩捕捉大氣中的二氧化碳這個方法。

▶主要研發單位:
碳工程
氣候工廠
全球溫控

▶成熟期:
5-10年後。

即便我們減緩二氧化碳排放量,溫室氣體的暖化效應仍有可能持續幾千年。聯合國氣候小組指出,為了防止氣溫上升到危險水平,全球本世紀必須清除高達1兆噸大氣中的二氧化碳。

哈佛大學氣候科學專家凱斯(David Keith)去年提出跌破各界眼鏡的發現。經他估計,如果以機器進行所謂的「直接空氣捕獲」(direct air capture),理論上成本1噸不到100美元,只有先前預估數字的1成,並不如許多科學家所認為的昂貴。美中不足的是,直接空氣捕獲技術的成本要降到凱斯的預估值,還要很多年時間。

捕捉到二氧化碳後,還有如何處置的問題。

2009年由凱斯共同創辦的加拿大新創企業碳工程(Carbon Engineering),計畫擴大測試廠的規模,以捕捉到的二氧化碳為主要原料,量產合成燃料。(比爾蓋茲是碳工程的投資人。)

位於蘇黎世的氣候工廠(Climeworks)在義大利設有直接空氣捕獲廠,將以捕捉到的二氧化碳與氫氣生產甲烷;瑞士二廠未來將把二氧化碳賣給飲料產業。紐約的全球溫控(Global Thermostat)也有類似計畫,而且去年剛在阿拉巴馬州蓋完第一座商用廠。

儘管如此,二氧化碳如果用於製造合成燃料與汽水,大部分最後還是會排放回大氣。最終的目標還是要永久鎖住溫室氣體,有些可以固定於碳纖維、聚合物或混凝土等產品,但大部分氣體還是必須埋在地下,工程成本高昂,目前似乎沒有可行的營運模式。

從工程角度來看,透過捕捉二氧化碳來克服氣候變遷的問題,是難度與成本最高的方法之一。但考量目前減排進度緩慢,我們已經沒有其他好方法可選。

穿戴式心電儀

拜法規核准與技術進展之賜,可穿戴式裝置現在更容易持續監控心臟活動。

▶獲選原因:
穿戴式心電儀能為心臟疾病患者持續監控心臟活動,偵測如心房顫動等潛在危急生命的問題並提早預警。

▶主要研發單位:
蘋果
AliveCor
Withings

▶成熟期:
現在。

健康追蹤器並非真正的醫療裝置,只要是劇烈運動或表帶沒戴緊,都有可能干擾感測器測量脈搏。但如果要照心電圖,讓醫生及早診斷出中風或心臟病發作的初期徵兆,不但需要上醫院,大家也常常無法及時接受檢測。

受惠於新法規,加上軟硬體推陳出新,現在已經有能夠測量心電圖的智慧手表,有可穿戴式裝置的方便性,精準度也逼近醫療器材。

矽谷新創企業AliveCor研發出與蘋果手表相容的腕帶,可以偵測出心房顫動,也就是血栓與中風的常見病因;這款裝置已於2017年取得美國食品藥物管理局(FDA)認證。蘋果手表去年亦公布經過食管局核准的心電圖功能。

健康裝置業者Withings隨後亦公布要推出搭載心電圖功能的手表。

目前的可穿戴式裝置只用1個感測器,傳統心電儀有12個。此外,目前還沒有可穿戴式裝置能夠當下偵測出心臟病發作。

但這樣的現象可能很快會有轉變。AliveCor正在研發1款應用程式與雙感應器系統,能夠偵測特定的心臟病發作,去年秋天已將初步結果送交美國心臟學會(American Heart Association)審查。

對話流利的人工智慧助理

新技術能夠捕捉字眼的語意關係,讓機器進一步瞭解自然語言。

▶獲選原因:
人工智慧助理不再只是接受簡單指令,現在還能處理對話類型的工作,例如餐廳訂位或安排包裹遞送。

▶主要研發單位:
Google
阿里巴巴
亞馬遜

▶成熟期:
1-2年後。

不管是用Alexa在客廳播放音樂,還是叫Siri設定手機鬧鐘,大家對人工智慧助理已經不陌生,但它們卻還達不到所標榜的智慧。它們本應讓我們的生活更輕鬆自在,現在卻僅有些微成效。它們只會辨識一小部分指令,指令稍微偏了,就容易出錯。

還好相關技術近期出現進展,即將讓數位助理的功能更多樣。2018年6月,OpenAI的研究人員研發出1種新技術,以未標記的文本訓練人工智慧,省去人工分類並標記所有數據的金錢與時間。幾個月後,Google旗下一支團隊推出BERT系統,學習了幾百萬個句子之後,已經會預測句子遺漏的字。在選擇題中進行填空時,表現不輸人類。

拜這些進展之賜,加上語音合成技術愈趨精進,我們不再只是對人工智慧助理下簡單指令而已,還能跟它們對話。它們以後能處理日常瑣事,例如做會議筆記、搜尋資料、上網購物等等。

有些產品已經存在。例如,Google助理的擬人升級版Google Duplex,可以幫你接聽手機,事先過濾掉垃圾電話與行銷電話,還可以幫你打電話預約餐廳或髮廊。
中國消費者也漸漸習慣阿里巴巴的「阿里小蜜」,它能在電話中協調包裹遞送,還可以跟對方討價還價。

儘管人工智慧軟體愈來愈能夠看出使用者需求,卻還是看不懂句子。它們使用的句子必須事先設定,或者依賴數據產生,可見要讓機器真正瞭解語言的難度有多高。一旦我們跨過這道障礙,就能再次大躍進,讓人工智慧助理不再只是物流協調員,還能化身褓姆、老師,甚至是朋友。

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