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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

2015年青年創新獎(下)

譯/施祖琪

本期的「觀念探索」延續上一期MIT Technology Review 2015年「青年創新獎」(35 Innovators Under 35)的報導,節錄願景家、慈善家及創業家獎項得主的故事,與讀者分享。

願景家

為科技創新思維指引方向


蘇斯凱弗(Ilya Sutskever)
機器學習蘊藏莫大潛能

深度學習是當前備受重視的人工智慧技術,所謂深度學習,是讓電腦從資料中梳理出邏輯的一項技術。
蘇斯凱弗師承加拿大多倫多大學深度學習領域的鼻祖,現為Google Brain團隊的核心成員。他說,模仿人腦運作的「類神經網路」是由一系列平行的簡單運算所組成,深度學習在影像認知和學習方面的原理也可套用在不同語言的翻譯上,而且產出的品質遠優於既有的翻譯工具。「我想,深入學習在許多領域的應用上都將有長足的進展;它對問題的本質不做任何預設,所以可以用來解決很多問題,」他表示。(Tom Simonite)


布雷克莫(Lars Blackmore)
如果火箭能回收的話,太空旅行是否就能蓬勃發展?

自全世界第一顆人造衛星「史普尼克」(Sputnik)發射升空以來,轉眼已過60年,然而,太空探索的費用依然高昂。SpaceX工程師布雷克莫希望研發出讓火箭在發射後飛回的技術,以降低太空航行的成本。
通常火箭在升空及卸載貨物後,便會分解成碎片、沉入大海。布雷克莫說:「這就好比開著一架747客機橫跨美國後,不重新加滿油返航,卻把飛機丟掉一樣。」他現在正在研發一種能讓火箭完成任務後垂直降落在海上浮動平台的軟體。
SpaceX有好幾次幾乎完成回收火箭計畫,然在最近一次的試驗中,「獵鷹9號」火箭起飛後即爆炸損毀。想讓火箭逆向著陸極其不易,不僅降落的軌跡難以預測,火箭本身的設計就不適於逆向飛行,因而需要特別加強推進器的掌控力。布雷克莫已為火箭上的電腦設備設計一套演算法,以引導火箭返航。
若這項技術可行的話,這可能徹底改變太空旅行的成本結構。燃料費用僅占火箭發射總成本的1%以下,因此,若能成功回收火箭,下一次發射火箭的花費便可大幅降低。(Will Knight)


凱多荷(Cigall Kadoch)
有些癌症的弱點變得更清楚了

癌症的生化機制至今依然是個謎團。
凱多荷還在史丹佛大學攻讀博士時,便指出人類基因體中BAF蛋白質複合體和罕見的滑膜肉瘤(synovial sarcoma)之間的關聯;之後,她和同事又發現在約五分之一的人類惡性腫瘤中,BAF複合體都發生了突變,這項發現為BAF突變的標靶藥物研究開啟一扇大門。
BAF複合體負責在人體細胞中調控DNA的開關,好讓正確的基因在正確的時間被表達出來。凱多荷說,BAF一旦發生變異,便會「啟動不該開啟的地方」,其中也包括一些會誘發癌症的基因。
例如,在100%的滑膜肉瘤患者體內,BAF複合體的尾端均發生突變,當凱多荷把BAF複合體中變異的亞基加入正常細胞內,便立刻出現顯著的癌癥。好消息是,這個過程是可逆的,她曾試著再加入足量的正常亞基,突變的細胞便能被取代,立刻殺死癌細胞。(Anna Nowogrodzki)


杜魯梅瑞克(Zakir Durumeric)
這位電腦科學家想出加強線上安全的好方法

杜魯梅瑞克發明了一種能在幾分鐘內檢測網路上所有電腦的技術,他說:「如果我告訴你大家把什麼東西放上網的話,你一定不敢相信,除了銀行ATM、發電廠的工業控制系統外,甚至有的銀行連保險箱都連上網路!」
杜魯梅瑞克的ZMap掃描系統能夠隨時判讀上網的機器,並找出其中的安全弱點,包括軟體的錯誤,或是逾期未更新的加密標準,以免這些漏洞成為有心人士下手的目標。
2014年時,杜魯梅瑞克便曾靠著ZMap找出危險的「心臟出血」(Heartbleed)病毒,並迅速通知全球網管人員。他希望其他網路安全研究人員也能在發現漏洞時主動通報,他說:「從漏洞揭露到網管人員修補伺服器之間,常有幾週、幾個月、甚至好幾年的空窗期,我們有機會可以改變這種狀況。」(Brian Bergstein)


柯埃提斯(Adam Coates)
有了人工智慧的幫助,網際網路可以變得更有用

問:你發明出加強深度學習電腦運算力的技術,現在你負責領軍百度的矽谷實驗室。百度為什麼要在矽谷設實驗室呢?
答:我們實驗室的任務是要開發出至少能影響一億人的新技術,我們的速度必須要夠快,就像新創公司一樣。矽谷人才很多,但大家過去一直把焦點放在開發新商品上,在人工智慧上的進展比較有限。
問:你們目前研發的重點是什麼?
答:我們開發的第一項技術是語音辨識。手機觸控功能雖然好,但無法面面俱到。語音辨識技術現在還不普及,那是因為技術還不到位。我們的目標是要把對機器說話變成和身旁的人說話一樣簡單。去年12月,我們推出採用深度學習技術的DeepSpeech系統,它可以把嘈雜環境下的辨識準確率大幅提高。
問:那麼,DeepSpeech為何能影響一億人的生活?
答:在中國大陸這樣高速發展的經濟體內,很多人是透過手機第一次上網。對這些人而言,能夠像和真人對話般地和設備互動,以解決生活中碰到的各種疑難雜症,對他們的生活將帶來非常大的改變。(Tom Simonite)

先驅者

開拓科學新知,為未來科技鋪路


莫米諾(Elizabeth Mormino)
掃描人腦中某種蛋白質的沉積,或許能為阿茲海默症的早療提供指引

莫米諾的祖父幾年前確診罹患阿茲海默症,她知道現在救他為時已晚。她說:「家人罹患這種病真的很不好受,因為現在還無藥可治。」不過,她的研究可為患者指出一條治療的新途徑。
阿茲海默的病徵是腦部β類澱粉蛋白質(beta-amyloid)異常堆積所形成的斑點,莫米諾已研發出一種新的檢測方式,透過雙重造影技術,可在病患認知功能退化前發現阿茲海默症的早期跡象。雖然科學家從幾年前已利用其中一種造影技術PIB-PET來偵測患者腦中的β類澱粉蛋白質,但是莫米諾卻能將PIB-PET及腦部磁振造影結合,更精準地判斷β類澱粉蛋白質聚集的位置。
她的研究最令人訝異的一點是,有些外表看來很正常的人其實「大腦裡滿是澱粉蛋白質,而且分量常不亞於阿茲海默確診的病患,」她說。
這是為什麼呢?其中一個假設是,澱粉蛋白質會先造成神經元死亡,之後才形成失智的臨床症狀,因此,當病患確診時,太多腦神經已被摧毀,此時澱粉蛋白質阻斷劑療法已無用武之地。另一方面,有些健康的病人則天生有保護因子,就算體內有高濃度的澱粉蛋白質,也不致引發失智。
瞭解這些保護因子或可找出健康老化或不生病的秘密,甚至還有助於預防阿茲海默症。因此,莫米諾已在她所任職的麻省總醫院(Massachusetts General Hospital)展開臨床試驗,在腦中含有大量澱粉蛋白質卻無失智症狀的人體內注入阻斷劑,以研究是否能就此阻止阿茲海默症發病。(Anna Nowogrodzki)


戈鈞
我們以後可能會用花草生產藥品

生產藥品是件很髒亂的事,需要用上有毒溶劑和大量能源才能催化出必要的化學反應。因此,中國清華大學副教授戈鈞希望利用天然的催化劑——具生物活性的酶,來改變現狀。
其實很多人都有過這念頭,但是酶在工業生產過程中的活性會大幅降低,執行起來並不容易。幾年前,當戈鈞還在史丹佛大學做博士後研究時,便曾嘗試在含酶的反應液裡加入銅離子,企圖加強酶的穩定性與活性。當他加入銅離子後,出乎意外的是,試管底部出現了像是蛋白質和水晶做成的小花。更令人雀躍的是,這些漂亮的「奈米花」所包覆的酶不僅穩定,活性還增加了七倍。
現在,戈鈞正在研究酶的奈米結構——他暱稱它們為「奈米樹」和「奈米紡錘」,探索研發癌症藥物和糖尿病診斷法的可能性。(Christina Larson)


拉曼(Aaswath Raman)
你的下一套空調系統說不定能把熱能直接反射到太空

史丹佛大學博士後研究員拉曼手上拿著一片像是鏡子的銀色小碟子,雖然看來不起眼,但箇中學問不小:在直接日照下,這鏡子會變冷,溫度還能保持比周遭低攝氏五度。
拉曼解釋,鏡子上塗有特殊材料,可將熱能反射至外太空。這種冷卻塗料的原理是自然界一種有趣的現象,自然界的物體會透過散發熱能來降溫,而這也是露水在夜裡會凝結在葉片上的原因。有些物體散熱頻率高,其熱能甚至會直接穿透大氣層而到外太空,使得物體表面溫度降得比周遭空氣還低。
天亮後,太陽的熱度又會壓過冷卻的效應,不過,拉曼用二氧化鉿和二氧化矽等原料開發出多層的散熱反射塗料,若塗在小型建物上,便可不靠電力便保持內部涼爽。(Katherine Bourzac)


顧臻
他的發明可讓糖尿病患不再受打針之苦

糖尿病患者每天必須檢測幾次血糖,並自行注射胰島素,但是,就算用了胰島素泵,患者仍易因注射過量或不足而引發併發症。
北卡羅來納大學研究員顧臻的奶奶就是因為糖尿病的併發症而過世,目前,顧臻正在研發一款可更精確釋出胰島素的裝置,他最新的發明是一款指甲大小、覆有100多個微型針頭的貼片。當你把貼片貼在皮膚上後,你會感到微小的針頭瞬間扎入血管,每一個針裡都裝滿胰島素和酶。針腔可允許葡萄糖滲入,當血糖過高時,針腔中的酶便將葡萄糖轉為酸,而會破壞針腔,釋出胰島素到血液裡。由於這些針腔會在不同的時間被破壞,故可長時間控制血糖。
顧臻曾用老鼠測試,發現他的貼片可控制血糖長達九小時,現在他又進一步在豬隻上進行實驗。豬的皮膚和人體更接近,若成功的話,他希望以後能讓糖尿病患者兩到三天換一次貼片,便可無痛又輕鬆地保持血糖穩定。(Anna Nowogrodzki)


安妮琪娃(Polina Anikeeva)
她找到記錄和刺激大腦活動的新方法

「在麻省理工學院攻讀博士時,我的研究主題是量子點LED,當時我沒有任何生物科學的基礎,便跑到史丹佛大學戴瑟羅斯(Karl Deisseroth)的神經科學實驗室工作,他們正研發能用光來控制大腦和研究大腦的方法,令我著迷不已。但是,那時的工具太大、太笨重,因為我的背景是奈米光電和奈米製造,我認為我們應該可以做得更好,所以我才有了回到麻省理工設立實驗室的念頭,」安妮琪娃說。
為了釐清特定神經活動與特定行為之間的對應關係,她的實驗室有兩大研究方向:一是運用光纖打造出多功能的神經探針。二則是開發出以無線和非侵入性手法與人體神經系統產生互動的方式。
安妮琪娃的研究可能是脊椎損傷患者的一大福音,她的方法可以記錄受傷部位兩側的神經訊號,並將訊號轉為刺激模式,之後便可在患處兩側搭起連結的橋樑,進而恢復身體的功能。(Courtney Humphries)


賈西亞(Jeannette Garcia)
她無意間發現可回收塑膠

要不是賈西亞對物質組成成分有著偏執的熱情的話,她可能已經把一項重大發現丟進垃圾桶了。
那是發生在她到IBM上班的第一個禮拜的事,本來,她只是要把三種原料加入燒杯加熱,希望研發出固性更高的材料。她先加入前兩種原料,再去精秤第三種原料的重量,等她回來後,卻發現燒杯內的材料已聚合成一個很堅硬的物體,必須用鎚子打破燒杯才有辦法取出。她說:「別人可能會以為實驗失敗了,但我不想就此放棄。我想搞清楚我究竟調出了什麼東西。」
結果,這個新材料是一種可完全回收的塑膠,而且材質非常堅固。一般的熱固性聚合物加熱後會變硬,已普遍用在電子和航空設備上,但其一旦成形後便很難改變形狀,故無法回收再利用。賈西亞所發明的熱固性聚合物則不同,當浸泡在酸性環境中,便會還原為單體。她已經透過溫度和單體的控制,打造出超強固的可回收塑膠,以及可在紫外線下定型的凝膠。(Suzanne Jacobs)


達摩絲(Gozde Durmus)
她讓細胞飄起來

當細胞死亡、癌變或對藥物回應時,都會產生物理變化:可能是變軟或變硬,變重或變輕。但由於檢測個別細胞變化的儀器極其複雜且昂貴,所以,病理學家仍得花時間在實驗室裡培養病變細胞後分析,而醫生也只能等患者用藥後才能評估藥效。
史丹佛大學基因組技術研究中心(Stanford Genome Technology Center)研究員達摩絲發明了一種可簡單快速判斷細胞物理變化的方法:讓細胞飄浮在磁場裡,測量它們上升的高度,白血球、紅血球、癌細胞和不同的細菌各有不同的密度,所以會升到不同的高度。達摩絲還發現,如果細菌細胞對抗生素產生了反應,它就無法在磁場中上升到正常的高度,這個變化只需要一個小時便可檢測出來,傳統的方法則得花上一天。
達摩絲先把幾片雷射裁切的塑膠包在兩小根磁鐵的外面,在磁鐵間創造出磁場,然後把毛細血液收集管插入磁場中,再利用兩片鏡子把管中影像投在一般的顯微鏡上。檢測的細胞樣本會連同釓液注入收集管內,好讓細胞在磁場中飄浮起來,她便能透過顯微鏡觀察細胞浮起的高度。(Katherine Bourzac)


歐梅莉(Michelle O’Malley)
破解厭氧微生物的密碼或許有助於降低生質能的成本

化學工程師歐梅莉正在探索一種很少人研究的厭氧菌,希望藉此來生產更好的生質燃料或藥物,但是,由於厭氧菌一碰到氧氣便會死亡,所以非常難以培養。事實上,她位於加州大學聖塔芭芭拉分校的實驗室也是全美唯一能研究厭氧菌的實驗室。
為什麼要這麼大費周章?因為相較於好氧菌,厭氧菌可以更快分解植物和生成生質能,而且也比較不會產生不易處理的副產品。
歐梅莉正在研究不同種類厭氧菌之間的交互作用,無論是在野外或人體腸道裡的厭氧菌聚落,厭氧菌有時會聯合起來攻擊周遭環境中的其他物質,有時則會與其他物質和平共處。它們的行為似乎自有一套複雜的溝通系統:厭氧菌可彼此依附和交換養分,或會釋出一些化學物質到外在環境中,以供其他厭氧菌代謝。
了解這些特性是利用厭氧菌生產藥品或生質能的第一步,歐梅莉說,目前人類對厭氧菌所產生之許多酶類的化學作用仍一無所知。(Julia Sklar)


艾佛若尼(Gilad Evrony)
他用單神經元基因體排序找出人腦中的問題

哈佛醫學院研究員艾佛若尼針對300個神經元進行基因體排序時,發現了一個驚人的秘密:大腦內相鄰的腦細胞有時會有不同的遺傳密碼。這個發現有助於加強科學家對認知衰退和腦部疾病(如癲癇和精神分裂症)的了解。
一般來說,DNA排序常需一次檢視數千甚至數百萬個細胞的基因,而且解讀個別細胞基因體序列的難度又更高。艾佛若尼研發出一種以大體的神經元做基因體排序的方法,弄好排序後,再與他找到的基因突變點進行比對。
找出變異發生的確切位置後,他發現有些精神疾病是從最初幾個壞掉的神經元細胞開始的,這些變異顯然不是遺傳自父母,而是後天突變所導致,且會隨老化而在腦內累積。不過,目前為止,艾佛若尼還無法確定這些錯誤產生的速度,日後若能予以破解,將有助於醫界掌握認知衰退發生的模式並設法攔截。
目前,美國國家衛生研究院已規劃一些實驗室,將使用艾佛若尼的方法來研究精神疾病。艾佛若尼把他發明的這套技術取了個響亮的名字:「大腦的新顯微鏡」。(Julia Sklar)

慈善家

利用科技跨越貧窮、戰爭或身體的障礙


波若丁(Yevgen Borodin)
他開發的軟體工具可幫視障者讀出線上內容

Charmtech Labs執行長兼紐約州立大學石溪分校(Stony Brook University)助理教授波若丁開發的軟體Capti Narrator 可從網上各式各樣的文字資料來源,如:Dropbox、Google Drive、網頁內容和電子書庫等,擷取出文字並轉化為語音。
波若丁在烏克蘭長大,大學時赴美就讀,他的夢想是要讓他的發明像光學字型辨識(optical character recognition)及語音轉文字的技術一樣,先從服務殘障人士的利基產品開始,之後成為廣獲大眾採用的主流商品。(David Talbot)


史戴歐特絲(Rebecca Steorts)
她用大數據(big data)穿透戰爭的迷霧

杜克大學的統計學助理教授史戴歐特絲用先進的資料分析技術協助人權團體統計戰爭死亡人數。
自2011年敘利亞內戰爆發以來,六家民間組織便著手建立死亡人數的統計資料庫,此外還有政府部門的「官方」數字。然而,由於資料管理不夠完善,資料多所重複、人名拼音變異、日期不正確,甚至連死者性別都多所錯誤,因此根本無法做完整的統計。據估計,光是把這些亡者名單彙整起來、做些基本的對照,就得花上57天的時間。2013年時,史戴歐特絲想到可以透過貝式統計方法及機器學習技術的結合,把整合資料庫和計算時間縮短到一天以內。
她所採用的機器學習技術為「區塊」(blocking),這種技術能把相似的各筆資料(如類似的姓名或相近的死亡日期)放在同一塊內比對,等到不同的區塊集結起來後,她的軟體才會展開繁複的整合程序。(Patrick Doyle)


史瑞維斯塔華(Saurabh Srivastava)
語音和手勢辨識可讓金字塔底層的人也享受數位科技的便利

全球有7.5億人缺乏基本的讀寫能力,全錄(Xerox)印度分公司研究員史瑞維斯塔華已開發多項語音及手勢辨識的技術,幫助文盲獲取新知和享受線上的服務。
由於風土民情、語言和方言的不同,打造此類辨識介面的難度非常高。在近期的一項研究計畫中,他在印度的阿薩姆省鄉間深入訪查後,研發出一套可讓懷孕婦女對著網頁提供健康狀態的資訊,以取得免費檢查和服務相關訊息的系統。這套系統利用成本150美元的微軟Kinect相機來偵測手臂的動作,並控制要顯示哪些資訊。
他的發現是:系統不該用到肩膀的動作,因為婦女身上的紗麗(sari)常會遮住肩膀,還有,當指出身體部位的疑難雜症時(如頭痛),使用的婦女常搞不清楚應該觸碰螢幕上的頭的圖示,而往往會指著自己的頭。
透過提升對偏遠地區居民的醫療服務,他希望能解決社會的一大問題,包括:全印度每年有近6.3萬產婦死於生產過程。(David Talbot)


凱雅曼(Duygu Kayaman)
推己及人,造福更多視障者

身為盲人,生活在土耳其是一件很辛苦的事,由於社會福利和特教體系不夠完備,視障兒童往往只能待在家裡,生活中的大小事更是困難重重:城市裡的人行道崎嶇不平,就業機會更是寥寥可數。
凱雅曼在兩歲半時便因視神經腫瘤而失去視覺,她想要上一般的學校,卻苦於沒有專為視障學生設計的教科書。幸好,父母幫她念課本、錄成錄音帶,讓她的學業表現不落人後。
那些自製的語音書也成為她為視障者開發手機應用——Hayal Ortağım(「我的夢想夥伴」)的原動力。這個App不僅透過文字轉語音科技發布新聞訊息,也提供書籍、西洋棋和吉他的課程。視障人士還可使用定位服務找到就近的藥局和醫院,或使用室內空間專用的導航系統,以便在購物中心內走動。土耳其約有70萬名視障族群,目前已有1.5萬人使用「我的夢想夥伴」。
凱雅曼現為微軟公司的銷售專員,並於伊斯坦堡的Bilgi大學攻讀MBA學位。(Ayla Jean Yackley)


潘尼克(Rahul Panicker)
這個印度工程師學成後回到老家,用實際行動關懷早產兒健康

「人類早在100多年前就知道,保持早產兒的體溫可大大提高其存活率,但是,在全世界很多地方,這個常識並未真正幫助到新生兒,」潘尼克說。
2007年時,他和當時史丹佛大學的同學一起到尼泊爾做田野調查,他們發現,外界雖然捐了許多保溫箱,但由於缺乏電力或醫療專業,當地人常把保溫箱當成檔案櫃來用。
於是,他們設計了新的保溫箱,成本只需要傳統保溫箱的1%,非醫療專業人士也可操作,還可在沒電的情況下將嬰兒的體溫保持在37度。為了推廣這個產品,他們在2009年搬回印度班加羅爾、成立Embrace公司,並自此將產品推向15國,拯救了近20萬條小生命。(Edd Gent)

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