工業技術研究院

身處於科技日益精進的時代，我們需要一張科技地圖以佈局未來，
無法釐清科技的走向，就抓不住未來的方向。
哪些科技會改變未來生活及產業生態，甚至開啟龐大商機？
接續上期，Technology Review選出的另五項2009年前瞻科技，
將為我們帶來全新的視野！

智慧軟體助理 亞當.齊爾正領頭設計強而有力的軟體，要當你的個人的助理。

對 大部分人來說，搜尋是踏進網際網路的入口；許多人已經養成習慣，總是把一項任務化為一組關鍵字，上網搜尋所需的工具和資訊。但是矽谷新創企業犀利（Siri）的共同創辦人亞當‧齊爾（Adam Cheyer）想到一種新方法，要讓人和網際網路上供應的服務互動：那是「幹活的引擎」（do engine），不是搜尋引擎。犀利正在研發虛擬的個人助理軟體，希望幫助使用者完成任務，而不只是蒐集資訊。

齊爾是犀利公司負責工程的副總裁。他說，這種軟體考慮到使用者所處的情境，非常實用且彈性十足。「想獲得能夠行動和推理的系統，需要的是能和你互動及了解你心意的系統，」他說。

犀利公司的源起，是軍方出資，在史丹福研究院（SRI International）進行的一項人工智慧計畫，稱做CALO，意思是「會學習和整理的認識型助理」（cognitive assistant that learns and organizes）。包括齊爾在內的這項計畫領導人，結合傳統上互不相關的人工智慧方法，試著發展會因為與使用者互動，而不斷改善的個人助理。齊爾仍在SRI服務的時候，另外帶領一支工程師團隊，做出消費性版本；同事後來說服他根據研發出來的初型另創公司。犀利的核心技術，是向SRI取得授權。

有鑑於以往研發虛擬個人助理的一些嘗試，有時失敗得非常難看，犀利的創辦人將公司的經營目標設得相當保守。預定2009年發行的初期版本，目標針對行動使用者，只執行一些特定類型的功能，例如協助預訂餐廳座位、檢查航空班次，或者計畫周末的活動。使用者可以隨意拼湊句子，打進或者說出指令，軟體會從前後的語意，判讀使用者的意圖。犀利已經和多個線上服務連線，與它互動能夠很快做好幾件小任務，不必像平常那樣，非得造訪好幾個網站不可。舉例來說，使用者可以請犀利找市內某處的中等價位餐館，然後幫忙訂位。

齊爾表示，近來電腦處理器的能力不斷改善，是將這種複雜水準帶到消費性產品，不可或缺的一環。CALO的許多能力仍然不能塞進這種產品。但由於行動電話的功能愈來愈強，網路的速度愈來愈快，犀利公司的總部可以處理一些事情，並將結果回送使用者，軟體因此能夠做到以前根本無法完成的任務。

「搜尋已經把它的事情做得非常好，短期內不可能更上一層樓，」犀利的共同創辦人兼執行長戴格‧吉特勞斯（Dag Kittlaus）說。「但我們相信五年後，每個人都會有一位虛擬助理，可以把許多瑣碎的任務交給他去做。」 雖然個人助理軟體將兼具智慧和實用性，該公司並沒有那種雄心壯志，想把它做得像人。「我們認為，可以創造一種不可思議的體驗，幫助你過生活、解決問題和做事情更有效率，」齊爾說。但是犀利永遠只是個工具，不想挑釁人類的智慧，「我們可是非常務實的。」

──Erica Naone

能原液態電池 多納德.沙多威正在研發一種一種全新的電池，要讓城市在夜晚也能靠太陽來綻放美麗。

我 們還找不到儲存大量電力的好方法，所以太陽能沒辦法留到晚上才用。不過，一種用全液態活性材料做成的新型電池，在儲存電力的選擇方面，讓我們燃起新的希望。根據目前做出來的初型，這些液態電池的成本，不到今天最好電池的三分之一，壽命卻要長得多。

這種電池和其他的電池不一樣。電極是金屬溶液，在電極之間導電的電解液則是溶鹽，這就做成了彈性難得一見的裝置，能夠很快吸收大量的電力。在麻省理工學院（MIT）擔任材料化學教授，也是電池發明家的多納德‧沙多威（Donald Sadoway）指出，電極能在電流「十倍高於曾經量測過的任何（電池）情況下」運作。此外，它用的材料很便宜，而且設計得容易生產。

第一具初型是用絕緣材料包覆容器。研究人員加進溶化原料：底層是銻，中間一層是硫化鈉之類的電解液，最上一層是鎂。由於每一種材料的密度不同，自然層次分明，也就簡化了製造的過程。容器的另一個作用，是兼作電流收集器，送出從太陽能板等動力源而來的電子，或者將電子送到電力網，供電給家庭和企業使用。

動力流進電池後，溶解在電解液中的銻化鎂會產生鎂和銻金屬。等到電池放電時，兩個電極的金屬會溶解，再次形成銻化鎂，溶入電解液，使得電解液變大，電極則縮小。

依沙多威的構想，把大型電池用電線連起來，可以形成巨大的電池組。如果要大到能夠滿足紐約市的尖峰電力需求（約13,000百萬瓦），這些電池將占地約6萬平方公尺。充電所需的太陽能電廠，規模將大到前所未見的地步，不但能夠產生足夠的電力，滿足白天的電力需求，也有夠多的過剩動力，把電池充飽，以因應夜間的需求。第一座建立起來的系統，可能是將低電力需求期間的能源儲存起來，供尖峰需求時使用，因此我們不再需要興建那麼多新電廠和傳輸電線。

如何儲存間斷性動力來源的能源，有許多方法曾經被提出，有些更付諸有限度的利用，例如鉛酸電池組，以及白天將水抽到高處，晚上再流下來轉動發電機的系統。液態電池的優點是便宜、壽命長，以及（和抽水到高處等做法不同）很多地方都能派上用場。「大規模儲存能源，供電力網使用的問題，沒人解決得了，」沙多威說，「我們可說是在研發能夠儲存整個電力網的電池。」

做出最早的初型之後，研究人員改用不同的金屬和溶鹽；銻化鎂溶於電解液的濃度不可能很高，所以起初的一批初型，體積大得失去實用價值（沙多威沒透露使用什麼新材料，但他說運作原理相同）。研究團隊希望五年後這種電池能夠商業化上市。

——Kevin Bullis

奈米電壓產品 王中林認為壓電奈米線可以供應電力可直入人體的醫療裝置，以及做為微型感應器。

奈 米級的感應器極其敏感，非常省電，而且當然很小。它們可以用來偵測血液中疾病的分子標誌、空氣中的微量有毒氣體，以及追蹤食品中的污染物。但要驅動這些裝置，需要用到電池和積體電路，所以很難完全微型化。喬治亞理工學院（Georgia Tech）的材料科學家王中林（Zhong Lin Wang）希望借重壓電學（piezoelectricity）之力，利用微型發電機，把電力送到奈米世界。如果他得償所願，生物和化學奈米感應器將能自行供應電力。

人們曉得有壓電效應存在，已有一個多世紀之久。這是指結晶物質受到力學應力，而產生電勢（electrical potential）的現象。但是王中林2005年以原子力顯微鏡的探針，彎曲氧化鋅奈米線，率先證明在奈米尺度也能辦到。奈米線彎曲和回復原來的形狀時，鋅和氧離子產生的電勢會驅動電流。王中林在初期的實驗中，從奈米線得到的電流相當微弱；電勢最高只有幾毫伏（millivolts）。但是王中林猜得沒錯，用上夠多的工程設計，他可以利用我們周遭的各種細微振動，例如聲波、風，甚至血液流經植入人體的裝置時產生的擾動，設計出實用的奈米級動力來源。這些細微的動靜會彎曲奈米線，產生電力。

2008年11月，王中林把氧化鋅奈米線嵌進一層聚合物；這塊薄片，彎曲時可以產生50毫伏的電力。這是供應電力給微型感應器跨出的一大步。

王中林希望這些發電機最後能夠織進布料裡面；襯衫的窸窣聲可以產生夠多的電力，給iPod之類的裝置所用的電池充電。目前奈米發電機的輸出電力還太低，沒辦法做到這件事。「我們需要200毫伏或者更多才行，」王中林說，鋪上幾層奈米線，可望達成目的，但也許需要花五到十年的時間，審慎進行工程設計才行。

王中林也展示新類型奈米級感應器使用的首批組件。他把這種技術稱做奈米壓電學（nanopiezotronics），利用氧化鋅奈米線不只展現壓電效應，也是半導體的事實。第一個特性讓它們能夠做為機械感應器，因為會對力學應力產生電反應。第二個特性表示，可以用它們來製造積體電路的基本組件，包括電晶體和二極體。奈米壓電產品和傳統的電子組件不同，不需要依賴外部的電力來源。受到和奈米發電機相同的力學應力時，它們會自行產生電力。

奈米電子產品不需要依賴外部的動力來源之後，可以開啟各種可能性。奈米壓電助聽器和奈米發電機整合，或許可以用一個奈米線陣列，調整每條奈米線在不同的頻率振動，整個陣列涵蓋範圍很廣的聲音。奈米線把聲音轉化成電訊號，加以處理，再將它們直接傳送到腦部的神經原。植入人體的這種神經修復產品，不只比傳統的助聽器精巧和敏感，也不需要取出以更換電池。壓電感應器也可以用於偵測飛機引擎的機械應力；只要一些奈米線組件，就能監控應力、處理資訊，然後將相關的資料傳給飛機的電腦。不管是在人體，還是在空中，奈米裝置終於要散播在我們身邊的每個地方。

──Katherine Bourzac

雜湊快取 維威克.白用來儲存網路內容的新方法可能讓世界各地人們更有能力上網

在 整個開發中世界，上網很難，比起缺乏電腦，是更明顯和更難解的數位落差層面。「大部分地方上網比美國要貴──不只相對值高，絕對值也高，」普林斯頓大學的電腦科學家維威克‧白（Vivek Pai）說。甚至連貧窮國家的大學，也經常只能使用低頻寬連線；個人使用者只能分享撥接連線的一小部分。為了提高這些連線的效用，白和他的研究團隊研發出「雜湊快取」（HashCache）技術。這是效率很高的一種快取（caching）方法，把經常存取的網路內容儲存到本機硬碟，而不占用寶貴的頻寬，一再叫取相同的資訊。

儘管網路千變萬化，卻有數量多得驚人的內容不常更改，或者改變不多。但是目前的快取技術，不只需要大硬碟來保存資料，也需要許多隨機存取記憶體（random-access memory；RAM），來把索引（index）儲存在磁碟上；這些索引包含每一段內容的「位址」。RAM相對於硬碟的容量要貴，而且只在有電力供應時才能運作──這和頻寬一樣，在開發中國家往往既昂貴且稀有。

「雜湊快取」捨棄索引，RAM和電力的需求因此減為約十分之一。這種方法首先把每一個被儲存網路「物件」（網頁上的影像、圖形或者一段文字）的通用資源位標（URL），利用稱做雜湊函數（hash function）的一點點數學運算，轉換成比較短的數字。其他的大部分快取系統這麼做的時候，也將每一個雜湊數字儲存到占用RAM的表中，這張表會將它連到硬碟記憶體的位址。白的技術可以跳過這一步，因為它利用嶄新的雜湊函數：函數產生的數字，定義了對應網路物件可以在磁碟上找到的點。「利用雜湊，直接計算位置，可以完全免除索引，」白說。

白表示，我們的確還是需要一些RAM，但只要夠跑雜湊函數和實際叫取特定的網路物件就行。「雜湊快取」雖然還在非常早期的發展階段，卻已在迦納的柯克洛畢泰學院（Kokrobitey Institute）和奈及利亞的歐巴費米阿瓦洛瓦大學（Obafemi Awolowo University）實地測試過。

吉姆‧蓋提斯（Jim Gettys）說，快取技術基本上長久以來都沒有進步，雜湊快取技術總算結束了這種局面。蓋提斯是HTTP規格的共同作者，HTTP則是網際網路通訊的基礎。蓋提斯表示，雖然窮國的學校愈來愈有能力買得起容量達數百個十億位元組（gigabytes）的硬碟記憶體，但這些學校如果使用今天最好的軟體，通常只買得起足夠支援數十個十億位元組快取內容的RAM。有了「雜湊快取」技術，配備任何電腦（即使是中古電腦）的一個班級，也能儲存和以便宜的方式取用一兆位元組的網路資料。這足夠儲存維基百科（Wikipedia）所有的內容，或者萊斯大學（Rice University）和麻省理工學院（MIT）等大學免費提供的所有課程。

哈佛大學（Harvard University）伯克曼網路與社會中心（Berkman Center for Internet and Society）研究員伊山‧朱克曼（Ethan Zuckerman）說，即使鋪設新的光纖纜線，把東非連上網際網路，非洲一些大學數以千計的學生連線上網，還是得分享大約相當於家用數位用戶線路（DSL）的速度。「這些大學的頻寬受到嚴重的限制，」他說。「他們所有的學生都想要擁有電腦，但幾乎都得不到充分的頻寬。這項創新，使得運轉非常大型快取伺服器的成本便宜許多。」

──David Talbot

軟體定義網路 尼克麥恩相信用軟體遠距離控制網路硬體可以加快網際網路的速度

多 年來，電腦科學家一直想方設法要改善網路的速度、可靠性、省能和安全性。但他們的想法大致停留在實驗室計畫的階段，因為不可能用夠大的規模去測試，觀察是否行得通：網際網路的核心，也就是路由器和交換器被鎖死了。這些硬體所用的軟體，是思科（Cisco）和惠普（Hewlett-Packard）等公司的智慧財產。

由於無法在現實世界玩弄網際網路的流量，史丹佛大學（Stanford University）的電腦科學家尼克‧麥居恩（Nick McKeown）和同事備感挫折之餘，發展出一套標準，稱做「開放流」（OpenFlow），基本上將網際網路開放給研究人員，允許他們使用軟體去定義資料流──這有點像是「軟體定義的網路」（software-defined networking）。安裝一小件的「開放流」韌體（firmware，指嵌入硬體的軟體），可以讓工程人員存取流道表（flow tables），也就是告訴交換器和路由器如何指揮網路流量的規則。可是它會保護專屬的路由指示，因為這些指示是使一家公司的硬體有別於另一家的關鍵。

把「開放流」安裝在路由器和交換器，研究人員可以使用自己電腦上的軟體，進入流道表，基本上只要按個滑鼠，就能控制網路的佈局和流量。電腦科學家利用軟體來存取，可以用很便宜的方式，輕而易舉測試新的交換和路由協定。「今天，安全、路由和能源管理是由那個盒子發號施令，而這很難改變，」麥居恩說。「這是基礎設施四十年來沒變的原因。」

一般來說，當資料封包（data packet）抵達交換器，韌體會檢查封包的目的地，然後按照預定的規則將它轉送，而這個預定的規則，網路營運者沒辦法控制。往同一地方去的所有封包，都被規劃沿著相同的路徑走，也用相同的方式處理。

電腦科學家在跑「開放流」的網路上，可以加進或者刪除一些規則，也就是調整預定的規則。這表示研究人員可以給影片相對於電子郵件優先權，因而減少串流影片有時叫人為之氣結的走走停停現象。他們可以設定規則，控制從某一目的地而來，或者往某一目的地而去的流量，從而封鎖被懷疑是病毒大本營的電腦進來的流量。

「開放流」也可以用於改善行動網路。行動服務供應商已經開始利用為網際網路生產的大宗便宜硬體，擴大他們的網路。但當使用者處於行動狀態，這種硬體維持連線的品質奇差無比：不妨想想膝上型電腦的資料連線，從某個無線基地台移轉到另一個無線基地台時，沒有那麼密不透風的情形。麥居恩說，「開放流」提供一種方法，服務供應商可以用它來嘗試以新的解決方案，處理移動性的問題。

麥居恩的研究團隊獲有思科、瞻博（Juniper）、惠普和恩益禧（NEC）等網路化公司，以及T行動（T-Mobile）、易利信（Ericsson）和日本電信電話移動通訊網（NTT DoCoMo）等行動電話供應商的資金和設備支援。在跑「開放流」的交換器上測試的構想，可以納入新路由器的韌體中，或者經由韌體的更新，加進舊路由器。麥居恩預估一年內，上面提到的公司，會有一家或更多家開始交運內建「開放流」的產品。

──Kate Greene



Copyright © 2008, Graham Allison. All Rights Reserved.