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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:

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TR年度科技創新獎(上)

譯/羅耀宗

Technology Review一年一度挑選35歲以下35位創新工作者的名單,過程雖然困難,卻很有收穫。我們先在世界各地尋找開啟各種科技可能性的候選人,然後徵詢一組專家裁判的意見,最後才挑出贏家。我們找的這些人,正著手處理重大的問題,可望使我們的生活改頭換面。轉型方法有時來自發展全新的技術,例如石墨烯電晶體(graphene transistor)可能終有一天取代微處理器裡的矽裝置。有時那是以嶄新的方式使用舊技術,例如提出有效的方法,讓地方性企業經由電子線路刊登廣告,或者打造交友網路,建立罹患某種疾病的病友社群。這是第十一年發表35歲以下創新工作者名單。每一年,從這些年輕的科技專家埋首做的事,可以管窺科技正如何演變。2011年的TR35已經著手塑造我們的未來。但願你在閱讀他們的故事時充滿樂趣,一如我們在寫關於他們的故事時的感受那樣─編者。

年度人道獎得主 生物醫學 保羅‧威克斯,30 建立病友社群,對抗慢性病 「像我這樣的病人」

每一天,世界各地數千人會打開一封自動寄來的電子郵件,問:「你現在覺得怎麼樣?」電子郵件的收信人是交友網站「像我這樣的病人」(PatientsLikeMe)的會員,而且幾乎都被診斷出令人生走調的疾病,例如癲癇、巴金森氏症(Parkinson’s)、慢性憂鬱症、肌萎縮性脊髓側索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis;ALS;也稱作葛雷克氏症〔Lou Gehrig’s disease〕,俗稱「漸凍人症」)。他們回答這個簡單的問題,是在參與一個抱負很大的實驗,向健康照護的傳統觀念挑戰,並且加快醫學研究的腳步。

這項實驗的主建構師是神經心理學家保羅‧威克斯(Paul Wicks)。他也是「像我這樣的病人」的研究發展部主任。2004年,麻省理工學院工科畢業的詹姆斯和班傑明‧海伍德(James and Benjamin Heywood),以及他們的朋友傑夫‧柯爾(Jeff Cole)創設這家公司,威克斯在兩年後加入。這家公司的原始目標是收集各種構想,以延長海伍德兄弟史蒂芬(Stephen)的生命。史帝芬在29歲那年,診斷出罹患ALS。

史蒂芬2006年不幸與世長辭,距「像我這樣的病人」推出線上社群,讓ALS病人量化和分享他們的病症細節不到一年。但這個時候,網站展現了它幫助會員面對病魔的潛力。「我們知道自己擁有某些特別的東西,」班傑明‧海伍德回憶往事說。「我家相當富裕,能請一流的醫生看病和接觸科學家。但從第一天開始,我們自會員學到的東西之多,令人歎為觀止。」

威克斯後來領導「像我這樣的病人」從ALS病人的線上前哨站,轉型為人氣熱絡、參與積極的全球社群,會員罹患一千多種重病,包括癌症、糖尿病和人類免疫不全病毒(HIV)。這個網站提供以前只有醫生和研究工作者能夠取得、強而有力的工具給患者,例如臨床評估檢查,以及能從病情演變和其他的因素,預測某個人可望活多久的演算式。

有些醫療專業人士質疑威克斯將這些工具交到病人手中的意圖,而且不像他那樣滿懷信心,相信自行報告的資料,在臨床研究方面具有實質價值。如果病人能夠計算本身的預後,那不是會沮喪不安嗎?自行報告的資料,不是比傳統的臨床試驗更容易發生偏差嗎?但是威克斯的構想,已經用古老的方式證明其價值──他發現,在同行評審的權威期刊上發表的研究結論與事實不符。

4月間,威克斯和他的同事反駁義大利的研究工作者聲稱,一種叫做鋰鹽(lithium carbonate)的藥物,能夠減緩ALS惡化。2008年,根據少數病人樣本進行臨床研究,顯示鋰鹽有其療效之後,「像我這樣的病人」有數百位會員開始服用這種藥物,而它可能產生嚴重的副作用。

威克斯從網站的ALS社群選取病人樣本,人數是原始研究群體的十倍大。他利用一種演算式,將病情演變速率相近的鋰鹽服用者和未服用者配對,發現儘管許多病人熱烈歡迎這種藥物,實際上對他們的疾病演變並沒有影響。雖然有關鋰鹽的新聞叫人失望,卻還是有它的價值。當病人的預期壽命是以寶貴的幾個月、幾個星期、幾天來衡量的時候,照護提供者盡快排除無效的治療,可以將心力集中在比較具有建設性的方向。

正確的平衡

多年來曾與威克斯共事的人說,威克斯有個特殊的才能,擅長於從每個角度去觀察醫療:從努力了解疾病的研究工作者觀點、從致力於治療疾病的醫生觀點,以及不只為了求生,也希望在身體挑戰逐日升高的情況下,表達自我個性的病人觀點去看事情。「保羅擁有一種獨特的能力,願意埋首在文獻堆中,了解某種疾病,和專家搭上線,在他們的層級與他們對話,吸收消化得到的資訊,然後加以整合,」班傑明‧海伍德說,「在病人的觀點、臨床的觀點,以及研究的觀點之間取得正確的平衡,對我們而言至關緊要。」

威克斯的這種能力,從十來歲便開始培養。他受到歐立佛‧謝克斯(Oliver Sacks)寫的《錯把太太當帽子的人》(The Man Who Mistook His Wife for a Hat)等書的影響,研讀心理學之後,當起自閉症兒童的暑期教師。「在這些孩子的媽媽們極力為她們的孩子爭取特殊需求教育的權益之際,和她們談話,叫人驚訝不已,」他說。這些談話有助於當時年僅17歲的威克斯,學習如何有效地和面對重大健康問題的人交談,並且幫助他們免於受騙。

2002年,威克斯在倫敦國王學院(King’s College London)的精神治療研究所攻讀博士學位。後來有個稱作「修建」(Build)的線上ALS病人留言板失去資金支援,他自願以無給職的方式擔任版主,並且當起「修建」社群和國王學院醫院(King’s College Hospital)醫生之間受信任的橋樑。「一些會員可能大發雷霆,問這樣的問題:『我們為什麼需要在臨床試驗中吃安慰劑?』於是我會跑去問臨床試驗單位的主管,他向我解釋之後,我再向會員解釋,」他說,並且強調「大部分的效益來自病人之間彼此的互動」。「修建」會員會交換使用輔助科技的心得,也在病友面臨折磨身心的療程(例如實驗性質的幹細胞治療)時,給他們加油打氣。

在此同時,威克斯每個星期開幾百哩路,到ALS患者家中做神經心理評估。他發現,其中許多人正以富有創意的方式,例如當他們的手指不再那麼靈巧的時候,改用電動牙刷,或者拼湊出遙控系統,去做他們不再能夠自行做到的事,而慢慢適應疾病所帶來的挑戰。「小時候我愛看電視節目《百戰天龍》(MacGyver;這個節目的主角是冒險家馬蓋先,經常利用膠帶和瑞士刀等平凡無奇的東西逃脫危險),這些病人就像馬蓋先,懂得自行尋找解決方法,」他說。威克斯從「修建」的會員那邊聽到「像我這樣的病人」這座網站,覺得可以利用它,大規模彙總和散播這些解決方法。

「像我這樣的病人」現在有超過十一萬名會員,他們的各種病情、各種狀況、資訊都會上傳到這裡,包括他們的病史、治療過程 、服用的藥物(包括仿單核准適應症之外的使用)、他們正在適應的事情,以及診斷罹患的疾病對他們的生活,以及親人的生活所造成的衝擊。(這家公司靠銷售會員的彙總資料給諾華〔Novartis〕和賽諾菲-安萬特〔Sanofi-Aventis〕等製藥公司而賺錢。)「像我這樣的病人」並沒有鼓勵會員守口如瓶,不談他們對抗重病所遭遇的日常現實,而是主張完全公開。會員可以使用化身和假名隱匿身分,但是許多人並不這麼做。

虛擬拜訪

住在北卡羅來納州,60歲的廚房設計師蓋瑞‧羅傑斯(Gary Rogers),2010年在他被診斷出罹患多發性硬化症和風濕性多發性肌痛症(一種很痛苦的炎症類身體失調)之後,加入「像我這樣的病人」尋求援助。羅傑斯在註冊之前,相當懷疑加入交友網路對他是否有幫助。但是這座網站的確能夠協助他管理自己的健康,並和其他的人保持聯繫。

「我們每個人都有一組不同的症狀需要適應,」他說,「分享這些,以及目前的治療選項,可以幫助我們決定走哪一條路,以及需要和醫生討論些什麼事。要是沒有『像我這樣的病人』,我會覺得孤單和與世隔絕,只能前往缺乏人情味的研究網站尋找資訊。」他補充說道:「我們大部分的人並不常外出,而能『拜訪』其他某個人,有助於緩和幽居病。對我來說,最重要的是在這座網站交的朋友,以及他們的鼓舞。」

威克斯對於他五年來的成就感到欣慰,但他仍然為無法治癒的疾病所製造的社會成本困擾不已。「我們需要更多人不致動彈不得──因為健康問題而被拖累,無法參與,」他說,戰勝癌症和心臟病等古老的病痛,會為社會製造另一個挑戰,他承認:「也就是每個人都活到150歲的問題。」但他說,他樂意面對這個問題。──Steve Silberman

網路 安德魯‧梅森,30 地方性網路廣告發送電子折價券 Groupon

Groupon是有史以來成長最快的公司之一。執行長安德魯‧梅森(Andrew Mason)設立這家公司之後不到三年,已有超過七千名員工,在四十三個國家營運,今年的營業收入可望超過20億美元。它的經營模式很簡單──寄電子郵件給消費者,提供他們所在城市的產品和服務折價優惠──但它會起飛,是因為以前很少有符合成本效益的其他方式,能讓小型實體企業向本地顧客展開廣告攻勢。

梅森2007年開發一種技術,協助一群人承諾只要同意參加的使用者人數達到臨界數目,就會採取某種公民行動。他改變這種技術的使用目的,創立Groupon。Groupon的概念是以集體的行動,購買某樣東西。梅森從芝加哥做起,每天提供消費者促銷折扣,但只在同意購買的人數夠多,令企業覺得划得來的時候,消費者才能享受優惠。要是人數不夠,則取消交易。

Groupon還不到獲利的地步,因為每年得花數億美元投入行銷、擴張銷售人力,以及從創業模式做起的其他許多事情。它也必須和推銷本地優惠商品的新競爭對手一別苗頭。舉例來說,梅森計劃順應潮流,改用一種行動服務,稱作Groupon Now,能讓人在碰巧經過的時候,曉得附近有什麼店家端出優惠商品。Groupon Now對企業來說也比較具有彈性,因為能在指定的時間提供優惠商品,例如餐廳在顧客突然取消訂位時,趕緊把空桌賣出去。─Brian Bergstein

運算 皮耶特‧阿布比爾,33 機器人向人學習 加州大學柏克萊分校

加州大學柏克萊分校的助理教授皮耶特‧阿布比爾(Pieter Abbeel)不以程式要求機器人處理一項新工作的每一道步驟,而是研製一種機器人,能夠觀察人類示範一項工作,然後模仿,或者看圖處理它們不曾見過的彈性物件。他的機器人已經學會執行飛行特技、縫合手術傷口,以及將襪子分類整齊。

阿布比爾的關鍵創新,在於寫出機器人程式,讓它們能夠過濾掉「雜訊」──指示者做示範時無關的變動,或甚至小小的錯誤──可靠地推理指示者的根本意圖。每一具機器人通常看過約十次示範動作之後,就能確定一般性的行為準則。即使沒有指示者示範動作,有時它也能自行研判要做什麼事。舉例來說,阿布比爾教導一具機器人如何折疊洗好的衣物,方法是告訴它布料這種材質特有的一些一般性準則,然後給它看約一百張衣物的照片,讓它分析特殊的衣物在它處理時可能如何移動。在這之後,不需要進一步的指示,機器人就會摺疊毛巾和毛線衫。—Kristina Gri-fantini

電腦運算 周昆,33 即時製作電影品質般的動畫 浙江大學

由於周昆(Kun Zhou)的努力,電腦遊戲將更栩栩如生,動畫電影也將更快在電影院上映。浙江大學這位電腦科學教授,已經發表能夠繪製電影品質場景的軟體,使用的圖形晶片,大部分個人電腦本來只能用來製作相當粗糙的影像。

這些晶片稱作圖形處理器(GPUs),能夠平行處理許多相當簡單的運算。這種設計適合用於合成今天電腦遊戲的影像,卻不適合動畫和特效工作室製作真實照片式影像所需的複雜演算式。但是2009年,周昆開發出一種程式設計語言,能以很高的效率,將這些演算式分解,適合GPUs使用。他以這種語言,作為RenderAnts渲染系統的基礎,產生影像的速度比傳統軟體快十倍。中國一家動畫工作室已經使用這種軟體的初期商業版本,提高電視製作的品質。周昆也正和法蘭克福的遊戲工作室Crytek合作,改善產品的真實性。Crytek熱賣的《末日之戰》(Crysis)系列遊戲,經常被人拿來當作衡量個人電腦圖形績效的標竿。

周昆的個人目標,是要遊戲更為逼真,也要它們跑得夠快,立刻回應遊戲者的動作。他說,當他還是年輕的工科學生時,就迷上電玩遊戲,此後一直嘗試克服它們受到的限制。—Peter Fairley

生物醫學 耶米‧艾德索康,34 利用快速的DNA排序進行醫療檢查 Pathogenica

耶米‧艾德索康(Yemi Adesokan)和他的公司開發的診斷檢驗方法,能讓醫生以更便宜的方法,迅速判斷病人所受感染的特性。例如是否對若干抗生素具有抗藥性,並且指示採取最有效的治療方法。

2009年,艾德索康在哈佛大學做博士後研究時,與人共同創辦公司,稱作Pathogenica,目標是開發去氧核糖核酸(DNA)排序技術的商業應用方法。身為執行長的艾德索康,希望創造一個檢驗市場,使用排序方法檢查出造成感染的微生物。今天,為了找出這些病原體,科學家必須使用昂貴的DNA檢查方法,或者從樣本中培植微生物──這個過程相當緩慢,而且不適用於許多細菌。兩種方法都未能查出DNA的微小差異,會對有機體的毒性和抗藥性產生巨大的影響。Pathogenica的技術能夠挑出病原體基因體的特定區位,例如和它感染宿主的能力有關的基因,同時將許多這些區位排序。艾德索康說,他能將排序數量降到最低,所以Pathogenica使用的方法比目前的檢驗還要便宜、快速,也更精準。

Pathogenica初期的努力重點放在偵測造成尿道感染的微生物。該公司的研究工作者也在發展一些檢查方法,分析病人接受新的抗生素或抗病毒藥物治療時,微生物群聚如何改變。由於這種技術能夠偵測出DNA的微小變化,所以也許能夠盡早揭露某個微生物群聚是否正在發展出抗藥性。—Emily Singer

材料 珍妮佛‧狄昂,29 接觸更多光線的太陽能電池 史丹福大學

珍妮佛‧狄昂(Jennifer Dionne)手中的雷射指示器發出綠光,通過一個小瓶子裡面的溶液,轉換成閃亮的藍色光束。狄昂正在研製一些材料,能對陽光執行類似的色彩轉換,希望藉以提高太陽能電池的產出,並且改善太陽能發電的經濟面。

即使用今天最好的太陽能電池,還是會浪費掉多達30%的光線,因為近紅外光的能量太低,無法和電池中的材料交互作用。其他的太陽能研究工作者也在嘗試狄昂正在做的事,也就是採用「上轉換」(upconversion)方法,結合兩種染料,彼此交互作用後,將兩種低能光子轉化為一種高能光子。狄昂採用的新方法,能夠提高上轉換效率多達50%。她將金屬奈米粒子加到目前的上轉換染料組合中;粒子會照射更多的光在染料上,轉換更多的光線。
這種技術目前還在初期展示階段,但是太陽能電池製造商博世(Bosch)正和狄昂合作,開發能夠執行上轉換的染料。這種技術可能在七到十年後,用在太陽能電池上。—Katherine Bourzac

電腦運算 艾西瓦婭‧拉坦,30 將紙本紀錄立即轉換為數位資料 耶魯大學

2009年起,艾西瓦婭‧拉坦(Aishwarya Ratan)在印度微軟研究中心(Microsoft Research India)服務的時候,花了十五個月的時間,研發出幫助地方性微信貸合作社的方法。這些合作社經常苦於手寫條目難以辨識、不正確或者不完整。她提出的解決方案,結合了數位技術和村民喜歡使用的紙本筆記簿。根據她的方法,合作社成員必須使用電子原子筆,在帳簿上書寫。帳簿放在一塊寫字板上,寫字板配備有能夠辨識所寫數字的軟體,也能判斷紀錄是否完整和能夠辨認,然後告訴書寫者,之後存進資料庫,並且即時更新餘額。它利用螢幕和當地的語言做這些事情。資料庫可以和贊助每個合作社的非政府組織、銀行共享。

這種混血寫字板在實地測試時,產生的條目百分之百完整,而且記錄數字比較快,也允許合作社成員保有讓他們感到放心的紙本紀錄。這套系統的潛力十分巨大,因為微金融合作社服務八千六百萬戶的印度家庭。高品質的紀錄能夠提高他們的效率,幫助合作社成員儲蓄更多錢和加快還錢,也能讓合作社更容易向銀行借得資金。

6月間,拉坦擔任耶魯大學微儲蓄與付款創新行動方案的主任,背負的使命之一是研究科技可以如何幫助窮人理財。在此同時,和拉坦合作的非政府組織,繼續在鄉村測試這種寫字板。—Prachi Patel

電腦運算 丹‧伯肯斯托克,31 更便宜的衛星照片 天空盒子影像

丹‧伯肯斯托克(Dan Berkenstock)是天空盒子影像(Skybox Imaging)的共同創辦人兼產品長,希望「任何人都能在任何時間知道世界上任何地方發生的事情」。這家公司準備在明年發射12到24枚衛星群中的第一枚,拍攝高畫質的地球照片。每一枚衛星的造價約為數位全球(DigitalGlobe)和地球之眼(GeoEye)等公司所營運的影像衛星成本2億5000萬到5億美元的十分之一。

目前在軌道上運轉的商業影像衛星,極少能以好幾天,或甚至好幾個星期的時間,拍攝一個地點的照片──而且將來每天也只會有一枚。天空盒子以一枚傳統衛星的成本,把好幾枚衛星發射到好幾個軌道,往伯肯斯托克「隨處隨時拍照」的願景邁進:只要氣候許可,它一天能夠拍攝地球上幾乎任何地點的照片三或四次。(天空盒子取得的美國政府許可,必須將安全和隱私納入考慮:衛星的分辨率將達一公尺──足以確認人群,但看不清個人。)

天空盒子的衛星成本低,秘訣在於大小:每一枚衛星只像大型垃圾桶那麼大,沒有大到像廂型車。由於所用的零組件比保守的航太工業一般所用的要小且現代,所以打造起來較為便宜,用來發射它們的火箭也比較便宜。天空盒子希望擴大新照衛星影像市場到政府和軍方以外的顧客,以迅速回收衛星群的成本。伯肯斯托克正在研製一些工具,儲存和分類PB(petabytes;譯註:相當於10的15次方位元組)的資料──舉例來說,金融分析師可以利用這些工具,獲知數以千計的零售賣場停車場上每天停放的車子數量。—Stephen Cass

能源 里卡多‧席洛利尼,33 超高電容器使用的便宜奈米碳管 快容

油電混合車占小客車銷售量的不到3%,主要是因為價格太高。昂貴的電池占油雷混合車高價的一大部分,但里卡多‧席洛利尼(Riccardo Signorelli)正在開發便宜的超高電容器,可望取代它們。根據他的技術生產出來的油電混合車相當便宜,能在上路一兩年後,開始從燃料節省的支出回收車價。

超高電容器儲存實際的電荷,而不是用化學方法儲存能源,供應能源的時間遠比電池要久,冷天中也運作得相當好。但是傳統的超高電容電池儲存的能源數量相當少,所以利用它們供應汽車所需的動力,相當昂貴。席洛利尼開發出新的超高電容器材料,使用奈米碳管陣列形成電極,擁有很大的表面積,使得每個電池能夠儲存的能源數量增為三倍。2008年,他創立一家公司,稱作快容(FastCAP),將技術商業化(他目前擔任執行長),到現在已經募集760萬美元。這家公司根據幹細胞產業使用的便宜生產技術,壓低奈米碳管的高成本。整個加起來,超高電容器每瓦特小時儲存能源的成本,應該能比目前的技術低一半以上。席洛利尼預期使用他的超高電容器生產的油電混合車,將在五年內開始上路。—Kevin Bullis

材料 金大鉉,34 由可伸展電子產品製造的醫療裝置 首爾國立大學

使用首爾國立大學生物工程助理教授金大鉉(Dae-Hyeong Kim)研製的產品,一種常見的心律不整手術可以執行得更快。金做的一種氣球導管,直徑可以擴大到一公分,而且配備150奈米細的金屬絲,連接到十三個電極。這個裝置經由血管推進,可以讓外科醫生一次檢測十三個心臟組織補片電子不發火情形,並且使用無線電能量,啟動不發火的任何補片。外科醫生以前只能用一根金屬絲逐一檢測不發火的區位,然後以第二根金屬絲震擊。

金所做的可彎曲、可伸展高性能矽電子產品,導管只是其中一種用途。這種產品可用於義肢神經介面、腦部移植以及控制巴金森氏症等許多用途。用他的材料製成的裝置,相當敏感,能夠察覺人體生理上的細微變化,而且金屬絲的強度也大到能夠傳送震擊細胞的能量。

金的導管正在豬隻身上測試。他的另一種裝置,是一塊有彈性的電極板,能夠披覆到脆弱的組織上,已經用於對應罹患癲癇症的貓腦異常之處。兩者都由新創公司MC10開發。—David Talbot

網路 李宵,32 研判網際網路使用者的搜尋意圖 微軟研究中心

搜尋引擎非常擅長於將關鍵字和相關的網站配對。在微軟研究中心(Microsoft Research)服務的李宵(Xiao Li),正協助教導微軟的搜尋引擎Bing往前邁進一步:研判使用者查詢之後,想要處理的特定事情(也許那是想買一台數位相機,或者訂飯店房間),然後跑出和那件事情有關、最實用的搜尋結果。

李製作的軟體,能夠自動爬過Bing搜集的兆位元組(terabyte)資料。這套軟體建立起關鍵字、搜尋者點按的連結、網頁所呈現的資訊種類之間的關係,而能預測使用者想做什麼事,即使他們所用的搜尋字詞不常見。Bing一確定一筆搜尋的意圖,就會將搜尋任務傳給許多專業化搜尋引擎中的一個。這些專業化搜尋引擎將網路上相關性最高的一部分資訊做成索引,而且能夠提供和特定任務有關的工具。舉例來說,如果李的系統判斷使用者搜尋「進城、豬肉」,比較有可能是想訂晚餐的座位,而不是尋找肉店,便會將搜尋任務交給處理餐廳搜尋的專業化引擎,然後提供評論和訂位系統的快速連結給使用者。—Jessica Mintz





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