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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

出版日期:

正方形 Icon 觀念探索Trend

2011十大未來科技(上)

譯/羅耀宗

Technology Review每年都會觀察前一年的科技進步情形,選出我們認為將產生最大影響的十種新興技術。入選的終極標準簡單明瞭:這種技術有可能改變世界嗎?今年獲選的技術包括高能電池,更便宜的混合動力車和電動車可望因此成真,以及新型電力變壓器,能夠穩定電力網的供需。我們選出的一些技術,將改變你使用技術的方式:你將在行動裝置上借重運算密集的應用,或者透過手勢,指揮裝在電視機和汽車裡面的電腦。其他的技術也許會改善你的健康;例如醫生了解個別腫瘤的基因,可以設計出效果更好的癌症治療方法。不管哪一類,全部十種技術都將使我們的生活更加美好。──Technology Review編輯部

Facebook改寫網路地圖,打造個人化的線上服務 建立社交索引

布雷特‧泰勒(Bret Taylor)希望提供更能迎合你真正需求的線上服務,每當你搜尋餐館,搜尋網站可以把你朋友的意見納入考慮;新聞網站可以就它們所知,根據以前吸引你注意的線上內容,登出你感興趣的文章。「如果網路能夠更投合人們所需,它會從根本變得更好,」臉書(Facebook)的科技長泰勒說。為了促使這個構想實現,他正就網路上人們最常造訪的網站,建立社交索引。

許多網站嘗試將它們提供的東西個人化,所用的方法是記住你以前的行為,展示它們認為你覺得切身相關的資訊。但是社交索引的力量可能遠比這種做法強大,因為它也像挖礦那樣,採擷你朋友感興趣的東西,並且從好多個網站收集資訊。因此,某個網站可以根據索引,察覺你可能對什麼東西感興趣,即使你不曾造訪它們。

這個野心很大的計畫,不少資訊來自一個簡單的「讚」(Like)鈕,也就是放置在許多網頁中,大拇指豎起的那個標誌。訪客按下這個鍵,就能表示他們欣賞某樣東西──一篇新聞報導、一份食譜,或者一張照片。泰勒2007年在他共同創辦的社交網站FriendFeed推出這個概念。2009年臉書收購FriendFeed,那時,這個按鈕只是用來鼓勵網友表示他們覺得某樣東西有意思,但是和臉書高達六億人左右的使用群結合之後,竟成了力量強大的資訊收集工具。任何網站,只要想在自己的網頁放置「讚」鈕,都能取得它的程式碼。如果使用者已經登入臉書,在網路上任何地方按下「讚」,就會和那個人的臉書朋友分享連結。在此同時,大拇指向上的一票,也會回饋進入泰勒的網路索引。

《華爾街日報》就是用這種方式,在它的網站上,凸顯一個人的朋友愛看的報導。微軟的Bing搜尋引擎也用這種方式,推薦一個人的朋友所喜歡的網頁。線上音樂公司Pandora則用這種方式,根據一個人在其他網站欣賞的歌曲或者樂團,製作播放清單。

判斷各個內容片段之間關係的這種方法,和十年來居於主導地位的主流方法從根本上不同。Google用數學運算方法,掃描各網頁之間的超連結,以建立網路索引,一個網頁如果從許多其他網站連結而來,就會在搜尋結果網頁上排很高的位置,因為這樣的網頁,想必相當實用或者有趣。社交索引不會完全取代Google,但是許多活動,例如尋找產品、娛樂或者閱讀的東西,新系統的個人味會使它更實用。

Google自己也承認這件事很重要:最近推出可說完全模仿「讚」的按鈕,稱之為「+1」。網友按這個鈕,可以告訴他們的朋友,他們發現哪些搜尋結果或者網頁相當實用。Google也利用推特(Twitter)的活動,擴大它的索引。如果你連結推特和Google的帳戶,你的朋友在推特上面分享的網路連結,可能在Google的搜尋結果網頁上升到更高的位置。

社會索引的另一個好處,是可能比較不會遭到人為的操縱:Hunch的共同創辦人克利斯‧狄克森(Chris Dixon)說,建立額外的連結,連到某個網站,以推高那個網站在Google的排名,是很大的生意,但是要購買足夠的臉書「讚」鈕,以提升一座網站的排名,幾乎不可能辦到。Hunch是一家網路新創公司,將它本身的推薦技術和臉書、推特的工具結合起來。「社交活動提供十分真實的訊號,告訴其他朋友什麼是有權威的好內容,」狄克森說。所以Hunch和其他的服務,包括娛樂推薦網站GetGlue,正在建立本身的社交索引,請網友記下他們對網路上所有內容產生的正面感覺。如果你正在瀏覽亞馬遜(Amazon)的網頁,GetGlue的小視窗可能跳出,告訴你哪些朋友曾經喜歡你正在注意的東西。

對線上朋友不多的人來說,社交索引的用處較低,甚至臉書的地圖也只涵蓋網路的一小部分。不過,每天大約會新增一萬個網站和臉書連結。(Tom Simo-nite)

控制電力的流動以穩定電力網 智慧型變壓器

艾利克斯‧黃(Alex Huang)在拉滿電線模擬住宅社區的實驗室裡,埋首研究如何將老舊的電力網,改造成比較像是網際網路的東西──這樣一座網路,不但能將能源從中央發電廠引導到消費者那裡,也能經由最有意義的路徑,將能源從任何來源引導到任何目的地。為了達成這個目的,北卡羅萊納州立大學的電機工程教授Alex Huang正在改造變壓器。變壓器目前的用途,是將配送到社區的電壓降低,適合住家和辦公室使用。

他的新變壓器會使電力網更容易處理它在設計上不曾做過的事,例如為大量電動汽車充電,以及利用住宅太陽能板的過剩電力。住家和辦公室的智慧型電表,可以助一臂之力,除了提供電力流動的詳盡資訊,也精準地控制電力的流動。這不只會穩定電力網,也會使供給和需求平衡得更好,減少電力突然增加的需求,如此一來,不必蓋那麼多發電廠,也能保證電力供給無虞。

「我們需要全新的裝置,放在住家和電力網之間,提供緩衝。如此一來,不管住家發生什麼事,電力網都會保持穩定,」Alex Huang說。傳統的變壓器只處理交流電,而且需要手工調整或者利用笨重的電機開關,去改變能源的流動方向。他想要研製精巧的變壓器,除了交流電,也能處理直流電,而且能用電子線路加以控制,以幾乎即時的方式,因應供給和需求的波動。舉例來說,如果有位鄰居的電動車插上交流電充電座,充電座會懂得利用另一位鄰居家裡安裝的太陽能板產生,卻沒使用的直流電力。

為了打造這種變壓器,Alex Huang開始開發電晶體和其他以半導體為基礎的裝置,能夠處理數千伏特的電壓。2008年,他在北卡羅萊納州立大學成立未來可再生電力能源交付與管理系統中心(Future Renewable Electric Energy Delivery and Man-agement Systems Center)。他的第一具變壓器,是以矽為基礎的組件構成,但在高壓之下大量使用時,矽的表現很不可靠。所以他率先開發的變壓器,所用的半導體是以矽和碳,或者鎵和氮等複合物做成,因為它們在高功率的應用中比較穩定。他希望能在兩年後做好測試用矽碳變壓器,五年後公用事業公司能有可供測試的裝置。

黃的變壓器會使太陽能板或者電動車連上電力網,就像數位相機或者印表機連上電腦那麼容易。小型的清淨能源更容易供應電力給電力網,會降低我們對化石燃料的依賴。他說:「當許多小型發電機積少成多,我們希望那是可再生能源和永續能源,我們的社會將大受其利。」(David H. Freedman)

用我們的身體控制電腦 手勢介面

人可以如何不碰電腦,對它發出複雜的指令?隨著電視機連上社交網站,以及汽車配備電腦化通訊、導航和娛樂系統,這個問題變得格外重要。亞歷山大‧席朋特(Alexander Shpunt)因此設計了一個立體視覺系統,任何人只要揮揮手,就能控制電腦。

席朋特花了五年的時間,在特拉維夫的PrimeSense公司開發這套系統。微軟後來採用他的技術,驅動熱賣的Xbox 360遊戲機Kinect控制器。玩遊戲的人只要用自己的身體,就能指揮遊戲裡面的人物──不必用到棒、環、手套,也不需要以前用來偵測使用者動作的有色標籤這類東西。

將來可以丟掉這些東西,關鍵在於讓電腦看到三度空間世界,而不是一般照相機捕捉的二度空間。舉例來說,電腦如果能夠察覺深度,就會相當容易區辨手臂和背景中的桌子,然後追蹤手臂的動作。

席朋特回想當年他開始開發系統時,有一些方法能夠察覺深度──主要是飛行時間(time of flight;用感應器衡量光線或者聲音從一件物體反射回來的時間,從而判斷距離的長短),和「結構光」(structured light;將光的型態投射到物體,分析物體表面如何改變原來的型態)。他說,雖然有許多學者投入研究,也有一些公司把原型做了出來,「卻沒有真正成熟的東西」能夠大量生產。於是他借用這兩種技術,加上立體觀視(stereoscopy)──從兩個不同的視角,比較相同場景的影像──拼湊出一種方法,建立起自己的系統。

手勢介面將掀起革命,席朋特相信Kinect只是這場革命的起步而已。一小群駭客在PrimeSense的鼓勵之下,改造了這種控制器,投入其他的用途。路易斯安納州立大學的研究人員從Kinect控制器和一般的立體電視機,研製出不必使用頭盔和手套的虛擬實境系統。澳洲一家物流軟體公司很快就生產出手勢控制系統,用於監控空中交通。席朋特說,我們很容易想像這種東西在實體世界的其他應用:例如在汽車上追踪駕駛眼光的抬頭控制器,以及賣場和機場用作免觸控互動式顯示器。

席朋特正與電腦製造商華碩公司研製手勢控制裝置,用於今天日益複雜的網路連線電視機──基本上是將電視機化為一台巨大的iPad,不必遙控器,也能從沙發上操作。(Julian Dib-bell)

破解疾病的遺傳因素 癌基因學

2006年秋天,一台新機器送到聖路易華盛頓大學、現在稱作基因體研究所(Genome Institute)的地方。這台機器解讀去氧核糖核酸(DNA)的速度,是原來所用機器的一千倍,而且成本便宜得多。這座中心的共同主任伊蓮‧馬迪斯(Elaine Mardis)立即開始用它將癌組織排序,搜尋發生突變的DNA。僅僅五年之後,馬迪斯和她的同仁完成數百名病患的癌組織和健康組織的排序工作,並且確認數以萬計的突變。有些發現引導出新的癌症治療方法,有些發現則開啟了新的研究方向。

當細胞累積遺傳錯誤(genetic mistakes),使它們成長和分裂得比健康細胞快,癌症就會發生。找出造成這種轉型的突變,有助於預測病人的預後,並且確認哪些藥物對病患最有可能發揮效用。利用這些資訊,也可能找到治癌藥物的新標的。「一名病患身上有腫瘤基因體和正常基因體,」馬迪斯說。「比較兩者,得到答案的速度遠比從前要快。」

2008年,馬迪斯和她的團隊比較急性骨髓性白血病(AML)病患的健康細胞和癌細胞DNA,率先發表一種癌基因體的序列。進一步的研究指出,某種特定基因發生突變的病人,骨髓移植的效果可能遠比傳統的化學療法要好,而化學療法是風險較低的治療方法,醫生通常會先嘗試。馬迪斯預測,不久之後所有的AML病患都會接受基因檢查,好讓他們的醫生根據更充分的資訊,做出治療決定。

隨著DNA排序的成本下降和速度加快,馬迪斯估計今天一名病患癌組織和健康組織的基因體排序成本約為3萬美元,遠低於第一個AML基因體所花的160萬美元──骨科正更廣泛應用這種技術。研究團隊已經完成多發性癌的基因體排序工作,而且在少數的病例中,他們使用排序結果,引導對病患所做的治療決定。一些公司現在也對研究工作者提供癌基因體的分析服務,至少一家公司計劃提供這種服務給醫生和病人。

 排序成本下降也意味著馬迪斯可以使用這種技術,開發和測試藥物。她最近的研究計畫,是一項臨床試驗的一部分,評估乳癌的激素療法。她已經針對最有可能對一組被稱為芳香環轉化脢抑制劑(aromatase inhibitor)的常用藥物有所反應的癌,發展初步的基因概貌。腫瘤細胞表面上有雌激素受體的大部分乳癌病人,醫生會給他們服用芳香環轉化脢抑制劑。她的目標是找出會因為這些藥物而受益,以及不會受益的病患。(初步證據指出,只有約一半的受測病人對這些藥物有反應。)

了解癌基因體並不容易。馬迪斯的團隊必須研發出一些技術,以區別罕見的癌突變和DNA排序例行性發生的錯誤。而且科學家必須釐清哪些突變真的會促使腫瘤成長,以及哪些突變是無害的。接下來可能是最富挑戰性的任務:確定突變如何激發癌症。馬迪斯說,她將這項挑戰留給世界各地的科學家。這些科學家正致力於了解她和其他人已經找到的突變。「看到其他人接下棒子,真是令人欣慰萬分,」她說。(Emily Singer)

更便宜的電動車用高效能電池 固態電池

安‧瑪莉‧沙斯崔(Ann Marie Sastry)希望把電動車的電池系統中,不能用於儲存能源的大部分東西都丟掉,例如冷卻裝置和電池格中的輔助材料。這些東西加起來,體積超過一般鋰離子電池系統的一半以上,使得電池既笨重又昂貴。因此她在2007年創立一家公司,叫做Sakti3,開發不需要大部分這些東西的固態電池。如果使用能夠儲存更多能源的材料,還可以節省更多空間。如此一來,電池系統的大小可能只有傳統電池的二分之一到三分之一。

把電池系統的大小減半,也會使成本跟著降低一半。由於電池系統是電動車(成本往往高達一萬美元)最昂貴的一部分,電動車將因此遠比從前便宜。製造商如果要維持原價,可以將原本充一次電只能跑一百哩的距離加倍。

眾人皆知電動車所用鋰離子電池受到的限制,「大部分液態電解質都容易燃燒,陰極會溶解,」沙斯崔說。為了避免電解質起火燃燒,需要做好安全系統,而為了延長電池的使用壽命,並且避免熱氣累積,電池必須加以冷卻,也要避免完全充電或者放電,結果導致容量遭到浪費。所有這些都會增加體積和成本。沙斯崔因此想到能不能做出一種電池,根本不需要這麼費事去管理。

沙斯崔的固態電池仍然依據鋰離子技術,但以不易燃燒的一種材料薄膜,取代液態電解質。固態電池也很耐用:其他的研究團體所展示的原型,充電和放電週期可以高達數千次之多。還有,它們能耐高溫,所以可以使用能讓電池的能源密度(指一定的容量所儲存的能源數量)增加一倍或者兩倍的材料,但這用在傳統的鋰離子電池中太危險或者很不可靠。

為了生產實用且便宜的固態電池,沙斯崔寫了模擬軟體,找出各種材料和結構的組合,可望催生精巧、可靠的高效能電池裝置。她能夠模擬這些材料和組件到相當精確的地步,準確預測它們組裝在電池格內會有什麼樣的表現。她也正在發展製造技術,大量生產她的電池。「如果你的總目標是改變人們的駕駛方式,那麼你的標準不再只是達到最高的能源密度,或者取得數量最大的週期,」她說,「買得起才是終極標準,而且是買到擁有必要性能的產品。」

雖然距這種電池上市還有幾年之久,通用汽車(GM)和豐田等主要的汽車製造商,已經認定固態電池是未來的電動車潛在的關鍵組件。通用汽車新創事業(GM Ventures)的總裁喬恩‧羅克納(Jon Lauckner)說,傳統電池能好到什麼地步,有它的極限。通用新創事業去年投入超過三百萬美元到Sakti3。他說,電動車如果想在所有的車輛中占有更高的一席之地,「我們必須改變某些根本的東西」,他相信,Sakti3「研製的東西,遠遠超過傳統電化學電池的極限」。

沙斯崔曉得她的努力不見得保證成功。這塊領域有如技術戰場,許多不同的方法爭著出頭,想要驅動新一代的汽車。「沒有什麼是穩贏的,」她說。(Kevin Bullis)



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