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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

TR年度科技創新獎(下)

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。

運算 諾亞‧史納維利,30 將二度空間照片合成為三度空間模型 康乃爾大學

每按一次快門,不管是輕按數位單眼相機,還是智慧型電話的摹擬卡嚓,會把三度空間的實境,化為二度空間的圖像。 諾亞‧史納維利(Noah Snavely)正在收集這些圖像,利用它們製作從個別房屋到整座城市的三度空間數位結構模型。

2006年,史納維利在華盛頓大學攻讀博士學位時,做出一個系統,能夠利用從不同的照相機和視點,拍攝的一堆非結構性照片,組合起這種模型。「如果我們能找到不同視點之間的配對點,」他說,「就能推測每一張照片是在哪裡拍的,以及場景的三度空間形狀。」2008年,他的研究成果,商業化為微軟(Microsoft)的照片合成(Photosynth)服務,使用者上傳一些照片後,就能看到重建後的立體空間。史納維利甚至利用他的技術,根據網路上業餘者拍攝的豐富照片,重建羅馬城。

史納維利現在是康乃爾大學的助理教授,正試著號召在網路上分享照片的許多個別「分散式照相機」。他希望利用它們的照片,建構全球大部分地方的街景數位模型。—Kenrick Vezina


材料 夏豐年,34 用石墨烯代替矽 IBM

夏豐年(Fengnian Xia)已經找到製造石墨烯電晶體(graphene transistor)的方法,能在電子跑出時以很高的效率阻擋──這是往石墨烯基礎電子學方向發展的一步,可望生產出更小、更快的微處理器。

石墨烯是適合用於製造電晶體,前途看好的一種材料,因為它的導電性比矽要好。遺憾的是,很難阻止石墨烯中電子的流動,而這是任何電晶體的基本功能。夏豐年的解決方法是:製造一種電晶體,將電場施加在兩層石墨烯上。理論上,這種安排應該會阻止電子的流動,但實務上,結果令人失望,直到夏豐年在製造的過程中,將一層聚合物薄膜置於石墨烯上。聚合物會使每一層的電特性在後來加上其他各層,以形成電晶體的其他部分時不致遭到破壞。

夏豐年也已經證明石墨烯可以用於光通訊的超高速光感測器。他說,最終目標是生產一套整合式系統,將石墨烯用於通訊加運算上。這表示晶片可以使用光纖,投入和產出不會因為金屬線相對遲滯的速度而遭遇瓶頸。—Katherine Bourzac

網路 克里斯‧普爾,23 設計匿名協同工作的線上社群 CANV.AS

克里斯‧普爾(Chris Poole;大家更常叫他moot)2003年創立的4Chan,是網路上仍然鼓勵匿名發表評論和採取行動的少數幾個角落之一。普爾致力於匿名運動,有助於4Chan吸收超過一千二百萬名活躍型使用者,誇稱每個月瀏覽頁數高達六億。

4Chan的討論區孕育出網際網路記因(memes),有助於形塑流行文化,例如將英國歌手瑞克艾斯特利(Rick Astley)1987年的熱門歌曲「永不放棄你」(Never gonna give you up)突然插進線上影片(或者實況活動),這樣的行為繼續流行。更重要的是,這座網站是無名(Anonymous)的誕生地。無名是由一群行動派駭客組成,把矛頭對準山達基教(Scientology)和躲避維基解密(Wikileaks)的公司。維基解密一向努力揭露政府與企業的祕密。

普爾建立4Chan的時候,便把匿名的概念放在中心位置,希望打造一個場所,讓人們遺忘他們犯下的錯誤,不必因為曾經貼過的每一樣東西而遭到困擾。這裡沒有登錄系統,使用者可以用自己選擇的任何假名,不洩露身分張貼任何東西。所用的假名即使讓人聯想到另一名使用者也可以。這裡的東西不存檔:一有新的圖像和評論加進來,使用者先前上傳到這座網站的內容就會消失。

普爾希望將他從4Chan學到的教訓,運用到最近創立的Canv.as。這座網站將允許使用者利用內建的編輯器協同工作,分享和編輯圖像──當然也是匿名。 —Nick Bilton

材料 亞歷山卓‧波爾塔席華 利用半導體引導光線 普度大學

問題:超材料(metamaterial)是一種新的人造材料,能以大自然不可能辦到的方式影響光線,可望因此生產出實際可用的隱形斗篷,以及利用光子而非電子運轉的電腦。但是目前的超材料吸收或者散射太多光線,使得這種裝置在實務上不可行。

解決方案:普渡大學的電機與電腦工程教授亞歷山卓‧波爾塔席華(Alexandra Boltasseva),用掺入鋁或鎵的氧化鋅等半導體,取代超材料平常使用的金屬。在半導體掺入金屬元素,會使它的行為比較像超材料中使用的金屬,卻不致因此而產生光耗損。目前這些摻雜半導體適合用於操控紅外線,波爾塔席華也正在開發可見光能用的公式。這些材料的另一項優點,是可以藉施加電場而改變它們的特性,使它們適合用於通訊和運算。

「我們談的是以操控光線的新原則為基礎,全新的一代裝置。」她說。—David Talbot

運算 皮雅‧索卡爾,33 教導禁忌話題的地方化軟體 TEACHAIDS

儘管專家和相關組織投入很大的心力教育印度民眾,他們對日益嚴重的人類免疫缺乏病毒(HIV)傳染病,認識還是相當少。因此愛滋病教學(TeachAIDS)的創辦人兼執行長皮雅‧索卡爾(Piya Sorcar)開發出互動式軟體,將這個國家獨特的風土民情放在心上,教導孩子了解HIV。

索卡爾2005年到印度時,發現連受過HIV教育的孩子和年輕成人,懂得也不多:文化禁忌使得教育工作者不敢暢所欲言,明白講述病毒如何散播。她在設計軟體時,特別留意不去衝撞那些禁忌。她分析當地文化對所用每一張圖片的反應、以正確的當地腔調錄製旁白、為每一套課程製作不同的兩性版本、請來當地的名人配音,並且測試孩子們在課程結束之後很久,仍然記得多少資訊。

這種文化敏感度得到很大的報償:索卡爾的軟體在禁止其他性教育的印度各省獲得批准和發行。軟體採行模組化設計,很容易更換適合各地使用的題材。波札那(Botswana)已經批准在該國每一所學校使用,索卡爾希望五年內能夠發行到世界其他國家。—Erica Naone

運算 格特‧藍克里特,34 教電腦將音樂分類 加州大學聖地牙哥分校

女神卡卡(Lady GaGa)的 「天生如此」(Born This Way)是快樂的歌嗎?「波希米亞狂想曲」(Bohemian Rhapsody)是悲傷的歌嗎?格特‧藍克里特(Gert Lanckriet)希望電腦有能力判別。這麼一來,人們就容易尋找適合特殊心情或者樂器風格的音樂來聽,線上商店也能推薦更投合所需的產品。

加州大學聖地牙哥分校的電機與電腦工程系助理教授藍克里特,先要他的電腦分析五百首流行歌曲。人類已經將這五百首歌曲以六種方式分門別類,例如以類型和節拍區分。把不在資料庫中的新音樂送進電腦,電腦會利用受過的訓練,推斷人類會認為它具有什麼特色。藍克里特以2009年在臉書推出的遊戲「集牧」(Herd It),繼續訓練這套系統。參與者聽了音樂的片段,如果意見和其他絕大部分使用者相同,就能得到點數;結果送進藍克里特的軟體。

軟體再經一番微調,藍克里特希望它能像搜尋引擎那樣爬行網路,將網路上數量龐大的音樂自動分類。他也在探討如何使用智慧型電話的感應器,提示正好投合某人當下心情的音樂類型。如果電話的加速計偵測出使用者正在運動,它可能會選擇活力飽滿的音樂,而如果使用者晚上坐在安靜的房間裡,手機可能會選擇比較優美柔和的音樂。 —Kenrick Vezina

生物醫學 米莉雅‧麥耶,34 將資料視覺化引進到生物研究領域 猶他大學

生物研究領域得到的基因體、分子和化學資料暴增。但是要分析所有這些資訊,相當困難而且緩慢,部分原因在於生物學家找不到好方法,將資料視覺化──以圖形在螢幕上顯示,幫助他們一目了然,察覺趨勢和進行比較。猶他大學的電腦科學教授米莉雅‧麥耶(Miriah Meyer)正著手處理這個問題,努力開發程式,讓科學家更容易探討他們所產生的資料。舉例來說,麥耶寫出一支互動程式,研究工作者可以用它去比較不同微生物的基因體,這對於了解演化趨勢很有幫助。當某樣東西在螢幕上看起來不對勁,對科學家也有幫助,因為可以立即顯示資料中的錯誤,而如果不是這樣,可能需要花上好幾個月的時間才能發覺。

和麥耶共事的哈佛大學生物學家安吉拉‧德佩斯(Angela De-Pace)說,雖然經濟學、電腦科學和工程等其他許多領域已經開始使用量身打造的視覺化工具,這些工具引用到生物學的速度卻奇慢無比。「生物學家往往湊合著使用不按牌理出牌的解決方法,根本不適合他們的特殊需求,」她說。麥耶想做的事,就是為生物學家量身打造適合使用的工具。她用好幾個月的時間,了解其他科學家的研究專案細節──以及圖形顯示可以如何幫助他們。 —Emily Singer

通訊 歐邁爾‧賽義夫,32 改善貧窮國家的連網品質 拉合爾管理科學大學(Lahore University of Management Sciences)

巴基斯坦一般固定電話線路的頻寬約為每秒32個千位元(2011年,美國的平均頻寬速度是每秒5.3個百萬位元)。要下載五個百萬位元組的檔案,需要花上超過二十分鐘的時間──而這還要假設下載時連線沒有中斷;連線中斷可是家常便飯。為了緩和這方面的挫折感,歐邁爾‧賽義夫(Umar Saif)開發出BitMate。這套軟體允許相同地區的不同使用者將連線頻寬合在一起,以降低下載時間;通常能夠減少一半。這套軟體於2月間發表,已經被一百七十三個國家的人下載超過三萬次。

賽義夫曾經推出一種服務,將行動電話連結成群體,發送大量的簡訊(SMS)。自2008年推出以來,它已經被人用於傳送約四十億封簡訊,給巴基斯坦約二百四十萬個使用者。現在稱為SMSall的這項服務,已經被用於協調抗議行動、尋找失蹤人口和組織捐血活動。今年夏天,賽義夫開始將SMSall擴張到巴基斯坦以外的地方,進入奈及利亞、伊拉克、孟加拉和菲律賓。「SMS是許多人進入世界之門,」他說。 —Kristina Bjoran

能源 裘爾‧莫克斯雷,31 以雷射鑽採能源 福洛能源

數量龐大的石油和天然氣深埋堅硬的岩石底下,使用現有的技術,不容易經濟有效地鑿穿它們。裘爾‧莫克斯雷(Joel Moxley)新創的公司福洛能源(Foro Energy),希望使用高功率雷射,切穿令傳統鑽頭束手無策的岩石,降低這些資源的鑚採成本。

功率強到能夠爆穿岩石的雷射已經存在,而且最近的進展,使得它們更容易運輸。但因為它們的體積太大和過於脆弱,無法從地上鑿孔送下去。同時,傳統的光纖無法長距離傳送高能雷射光束。這是莫克斯雷2009年創立福洛時,想要解決的問題。身為執行長,他聘用了世界上若干一流的高功率雷射專家、和主要能源公司建立共同開發夥伴關係,並且募集超過二千萬美元的創業投資基金與政府補助。結果,福洛設計了一套系統,能夠引導雷射光束行經三千五百公尺以上的光纖纜線,同時保有夠多的功率,以傳統鑽頭二到四倍的速度,切穿堅硬的岩石,降低鑚採成本三分之二。這項技術引起能源部能源先進研究計畫署(Advanced Research Projects Agency for Energy)的注意,提供福洛有史以來數一數二的高補助金額。「僅僅五年之前,以雷射為基礎的鑽採方法被認為是瘋狂的想法,」能源先進研究計畫署計畫經理大衛‧丹尼爾森(David Danielson)說。莫克斯雷表示,二到三年後可望進行商業化鑽採作業。—Kevin Bullis

網路 傑西‧羅賓斯 容錯線上基礎設施 Opscode

傑西‧羅賓斯(Jesse Robbins)2001年應徵兩個工作:一個是當西雅圖的巴士司機,另一個是在亞馬遜網路公司(amazon.com.)當備援系統工程師。亞馬遜先打來電話,接下來十年羅賓斯改造了網路公司設計和管理複雜伺服器與軟體網路的方式。

羅賓斯當過義勇消防隊員,將急難救助的心態帶到工作上。他表示,亞馬遜的資料中心散布世界各處,這座巨大的網站有錯綜複雜的文書庶務作業,難免發生某些不可預測和重大的失誤。羅賓斯說,不必去抗拒那些在所難免的事,該做的是:即使亞馬遜當機,架構內的容錯機制也能讓它正常運轉。接著他以現場演練的方式,讓整個資料中心當機,測試網路的營運作業。結果顧客根本沒有察覺狀況有異。

羅賓斯2006年離開亞馬遜之後,開始在部落格寫文章,推介他的技術。2007年,他成立velocity,現在是一個年度大會,微軟(Microsoft)和Google等競爭激烈的同業,在這裡分享處理基礎設施問題的資訊。

2008年,羅賓斯與人共同創辦Opscode,主要產品Chef是一種開放源碼(open-source)程式設計語言,能夠自動化管理雲端基礎設施。舉例來說,有個客戶使用Chef,協助科學家在亞馬遜的使用才付費雲端,四十五分鐘內建立和架設包含一萬個處理器的超級運算集群,八個小時內,解決和蛋白結合有關的一些困難問題,然後結束整個作業,所花成本比建置或購買超級電腦的時間少得多。 —Jessica Mintz

生物醫學 班‧魯賓,28 讓使用者自行分析睡眠狀況 Zeo

班‧魯賓(Ben Rubin)在布朗大學學院唸書時,晚上睡覺總有個奇怪的儀式:把自己綁到一台老舊的多層次睡眠檢查機器。這是像電冰箱大小的裝置,診所用於診斷睡眠障礙。他想要研發一種佩戴式鬧鐘,能夠衡量大腦的活動,並在最佳的淺層睡眠階段叫醒使用者。魯賓還沒畢業,就和人共同創辦齊歐公司(Zeo),2009年開始銷售第一台能夠偵測使用者睡眠階段的消費性裝置。

這種裝置一台賣二百美元,包含一條布製頭帶,裡面裝有感應器,能夠接收腦部發來的電訊號,而且整個晚上將這些訊號傳到床邊的基地台時鐘。到了早上,時鐘會顯示淺層、深層和快速眼動(REM)睡眠的時間長短;晚上醒來的次數;以及將所有這些數值算成一個分數。隨機銷售的軟體,會建議如何改善睡眠品質。使用者也能在齊歐的網站上,進一步探討他們的睡眠資料。

市面上有愈來愈多的消費性工具,可用於監控健康和體適能,齊歐的睡眠裝置只是其中之一。魯賓非常認同人們應該加強控制本身健康的想法。「這些工具讓人做到那件事,」他說。「人們不如應有的那麼重視睡眠。」—Emily Singer

運算 傑夫‧韓默巴徹 管理龐大的資料集 Cloudera

2006年,就在臉書(Facebook)累積的使用者資訊,比分析和儲存這些資料的速度還快時,傑夫‧韓默巴徹(Jeff Hammer-bacher)受雇處理這個問題。韓默巴徹本來在華爾街上埋首處理數字,很快就開發出技術,用於處理和採擷數量前所未見的龐大資料。

韓默巴徹曉得公司需要利用全新的技術,以處理資訊超載的頭痛問題,於是以臉書的力量為後盾,推動相當新的開放源碼資料庫專案Hadoop。Hadoop幾乎能夠即時處理資料,而所處理的資料數量之多,是以前不可能辦到的。有了Hadoop,韓默巴徹研發出套裝分析工具,構成臉書定向廣告系統(targeted advertising system)的基礎──這是該公司獲利的關鍵。

雖然韓默巴徹建構的技術,大多仍在臉書使用,他卻在2008年離職,創辦雲端時代公司(Cloudera),目前擔任首席科學家一職。雲端時代致力於開發Hadoop和相關的開放源碼技術。韓默巴徹指出,石油和天然氣、零售、生命科學等產業,正在處理日益增多的資料。它們可以利用這種技術,從一大推資料中擷取寶貴的洞見。—Erica Naone

能源 郭玉國 研製便宜、安全的電動車電瓶材料 五和

郭玉國(Yu-Guo Guo)發明的先進奈米結構,可能使電動車的電瓶成本便宜10%,却輸出更多動力。這很重要,因為電池組占日產新葉(Nissan Leaf)等電動車的成本很大一部分。汽車的電池組太大,大部分人會覺得車子賣得太貴。安裝較小電池組的車型雖然能夠壓低成本,卻無法充一次電就行駛很長的距離。

北京中國科學院(Chinese Academy of Sciences)的化學教授郭玉國認為,這項極為重要的創新,是以更好的方式去使用磷酸鐵鋰。汽車製造商喜歡這種材料,因為它的化學性質穩定,用在大型電動車輛電池組中相當安全。但是一般來說,它的傳導性不夠,所以實用性不高。有些製造商嘗試將磷酸研磨成極細的粉末,提高了傳導性,卻很難處理。郭玉國的解決方案,是將磷酸奈米微粒納入由多孔碳做成的較大粒子中。這些粒子保有粉末的高傳導性,但比較容易壓緊,不容易飛散在空中。

去年年底,郭玉國投資設立五和動力技術公司(Wuhe),今年將生產足夠的材料,供三千萬具鋰離子電池使用──足夠裝進約五千輛汽車的電池組中。這些電池目前銷售用於電動自行車,並且試用於電動車。—Kevin Bullis


材料 所羅門‧艾塞發 在晶片中以光線取代金屬 IBM

以光脈衝,而不是用電訊號通訊的晶片,可能做出比今天最好的機器還要省能源的電腦,而且速度快上一千倍。IBM的研究員所羅門‧艾塞發(Solomon Assefa)往前推進極其重要的一步,邁向這個前景。

艾塞發開發出生產光感測器的新方法。光感測器是非常敏感的裝置,用於擴大光訊號,並將它們轉換成電訊號,穿梭來回於微處理器中。一般來說,光感測器是用化學氣相沉積(chemical vapor deposition)的流程生產。但是使用這種流程於晶片和晶片的連結,將使微處理器的製造成本高得嚇人。艾塞發轉而將鍺植入矽晶圓,然後將它熔化,成為正常的晶體結構,可作為良好的光感測器材料。他也確定晶片的製造過程中,什麼時候應該加入光感測器,以取得盡可能最好的性能,卻不致於降低周邊電子元件的性能。

艾塞發能在實驗室證明他所做光感測器的性能,但在將他研發的光感測器納入一枚晶片,並且商業化之前,他必須思考晶片可以如何以高效率整合其他所有的元件。今天的積體電路生產程序需要經過幾百道步驟和利用幾十塊光罩。光罩是一種模板,用來在晶片上做出功能圖案。「我們不想改變任何這些程序,否則會大大增加成本,」他說。—Katherine Bourzac



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