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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

300期2016年10月號

出版日期:2016/10/15

正方形 Icon 觀念探索 Trend

創新青年打開科技新視界(上)

本刊取得美國麻省理工學院Technology Review期刊圖文授權
本刊取得美國麻省理工學院Technology Review期刊圖文授權

第16屆創新青年入選者心懷夢想,帶來改變。他們深受啟發,追根究底,值得效法。無論追求醫療突破,創新能源技術,提升電腦實用性,建構電子設備冷卻器;不論是領導新創公司、在大企業任職或從事學術研究,個個可望成為各擅其場的明日之星。


本文中各領域的創新青年,經過麻省理工科技評論編輯群從數百位提名者初選後,再交由外界就入圍者成就及潛在影響進行評選,最後脫穎而出。



眼界創新

憑藉與眾不同的眼界,找出現有科技的新用途。


獲選者
楊黅晶(Jean Yang)/史匹格(Evan Spiegel)/艾亞尼(Nora Ayanian)/昆達(Maithilee Kunda)/ 艾斯沃特(Kevin Esvelt)/道尼(Jonathan Downey)





楊黅晶Jean Yang


卡內基梅隆大學


撰文:Patrick Doyle


電腦只要預設個資安全防護功能就好?



工程師在編寫應用程式、架構網站,甚至只是製作行事曆時,若因功能需要而取得用戶所在位置等個人資料,理應設計良好的保護機制,防止個資外流。當然,防不勝防,用戶個資有時仍遭難免駭客盜取。楊黅晶說:「沈船原因百百種,個資外洩管道同樣也百百種。」


 


楊黅晶因此開發了內建隱私保護的程式語言「Jeeves」。這種程式語言會自動清除取得的個人資料,因此編寫程式時,不必非設計個人資料清除步驟不可。楊黅晶表示:「Jeeves可說是避免個資外洩的防沈雙層船殼。」


 


Jeeves已經在開放原始碼分享平台發布,供全世界使用。今年秋天,楊黅晶將赴卡內基梅隆大學擔任資訊科學助理教授,更進一步推廣自己的理念。楊黅晶說:「提供工具,就是賦予無與倫比的技術創造能力。」 





史匹格 Evan Spiegel
SnapChat
SnapChat共同創辦人,看出社群媒體以外的市場需求。



撰文:Ryan Bradley



「消失中的圖片分享網路SnapChat」,用戶已達1.5億人,價值20億美元。坐擁SnapChat的史匹格,是駕駛拉風汽車、未婚妻是超級名模的26歲天才。這個新興媒體帝國的幕後人物,過著隱士般的生活,在自己合力開發的行動應用程式上,他只追蹤50個人左右(其中包括魔術師大衛布蘭恩)。


 


SnapChat常被拿來與臉書(Facebook)相提並論,史匹格也拿來與臉書創辦人祖克柏(Mark Zuckerberg)比,這不無道理,因為在打算花30億美元收購SnapChat未果後,臉書自己發表的山寨版卻曇花一現,乏人問津。而且這兩位創辦人都從大學中輟(史匹格原就讀史丹佛,祖克柏是哈佛)。但臉書的基礎建立在公開個人資訊,並藉此精準投放廣告上;反觀Snapchat的重點則在於用戶傳給朋友的圖像或影音會自動消毀。史匹格曾說,SnapChat的基本構想是預設為「稍縱即逝」。


 


SnapChat問世六年來(在新創界有如一個世代之久),昔日對手Poke、Ansa、Gryphn、Vidburn、Clipchat、Efemr、Wink、Blink以及Frankly 紛紛退場,Burn Note、Glimpse、Wickr也估計來日不長。每天有41%的18歲到34歲美國人口接觸SnapChat,收入來自經營專屬頻道的媒體商及廣告主。到底SnapChat做對什麼,是別人沒做到的?其實用戶一下載就會注意到,這支程式需要用戶積極的參與,無法袖手旁觀,非自己動手拍不可,幾乎是一進首頁,就被哀求照張相或拍段影片。攝影曾經只是為了讓瞬間成為永恆,史匹格的厲害之處在於看穿這時代最吸睛的方式,反而是捕捉瞬間,加以分享,然後目送畫面消失。




 


艾亞尼 Nora Ayanian
南加州大學
機器人專家,透過研究人,讓機器人分工。


撰文:Ryan Bradley



艾亞尼把機器稱作人,並非出於感情,而是為了工作方便。

身為電腦科學家,艾亞尼認為機器間應該通力合作。例如,農夫想交由一組無人機調查作物並取回土壤樣本的話,不可能所有無人機都設定相同指令,因為每架無人機的任務不同,航程中要解決的問題也大相逕庭。各位知道,誰最擅長在飛航途中,置身團隊,各司其職並解決問題嗎?其實就是「人」。

因此艾尼亞透過研究人,來研究如何讓機器人分工。一種方法是在限制感官及阻礙溝通的情況下,邀請受試者分組打電動。受試者必須設法共同做出艾尼亞所謂的「有意義的事」,如:讓畫面上的人物圍成圓圈,艾尼亞則從旁觀察受試者如何在最少量資訊下,同心協力完成任務。

為什麼不乾脆發明指揮官機器人,由一架機器負責縱觀全局,指揮其他無人機呢?嗯,艾尼亞反駁:萬一指揮官機器人沒電或墜毀了怎麼辦?艾尼亞表示,一旦個體間能學會相互合作的話,團隊多元分工一定更能有效解決問題。




 


昆達 Maithilee Kunda
美國范德堡大學
藉觀察泛自閉障礙症,找出建構人工智慧的新方法。

採訪紀錄:David Talbot



「這項研究從我在研究所開發人工智慧系統期間開始,當時我讀到動物科學教授葛蘭汀(Temple Grandin)的著作《星星的孩子:自閉天才的圖像思考(Thinking in Pictures)》,書中描述罹患自閉症造成他異於眾人的圖像思考法。


 


我當時心想:好有趣。多數人工智慧系統不像他一樣「圖像思考」,而仰賴變數、數字、表單等居多,推論則靠數學及邏輯運算。這樣的系統以「語言思考」,如果改成讓人工智慧系統完全用圖像組成資料,而且只用圖像運算來推論呢?例如,透過旋轉或拼湊影像。葛蘭汀的傑出成就若來自圖像思考能力,我想,人工智慧系統應該也適用。


 


從那之後,我便一直在開發人工智慧系統時,運用對泛自閉障礙症患者圖像思考的觀察。雖然言之尚早,但我預期這樣的系統將很寶貴。協助學生解題時,會有數位人工智慧助教,示範如何用不同的方法,解決同一道題目。協助醫生找出疫情擴散模式時,則會有數位人工智慧分析師以不同方法分析擴散模式,整理疫情資料。




 


艾斯沃特 Kevin Esvelt
麻省理工學院
科學家,開發新的基因編輯技術,也對前景提出警告。

撰文:Antonio Regalado



他的工作
在麻省理工學院媒體實驗室,開發影響生態系演化的方法。


前傳
10歲時去過加拉巴哥群島(Galapagos Islands)。「我那時就知道我的志願會因為演化而改變。」



他的難題
基因驅力,一種可以用來在蚊子等野生動植物間,快速提高特定特徵比例的新技術。



重要性
消滅蚊子,或甚至瘧疾。他說:「野外有難以數計的病痛,但演化不在乎。」


矛盾
基因驅力的安全性足以在大自然中使用嗎?會不會造成預期外的危險後果?


艾斯沃特的立場
他的論點是足以擴散全球的基因驅力絕不該釋出。甚至測試都不應該。科學計畫內容必須公諸於世。


他的解決之道
艾斯沃特已設計出安全性較高並可受控制的基因驅力。



評論
聯邦調查局(FBI)表示,對於基因驅力的潛在危險認知提升是「生物安全的一大成就」。



興趣
危險活動。獨輪車、滑翔翼。




 


道尼Jonathan Downey
Airware
無人機操控軟體發明人,多年前即預見自駕飛航器的優勢。


 


撰文:Tom Simonite


 





































2002-2006在麻省理工學院攻讀工程及電腦科學,創立無人機研發團隊,與其他大學互別苗頭。
2005-2010 任職波音,為美國國防部提供預算的自駕直昇機開發飛行控制軟體。
2011由於他口中「昂貴又僵化」的無人機自動航行系統,難以增加功能,憤而建立新創公司「Airware」。其中有五個月,同時駕駛渦輪螺旋槳機載送遊客往返拉斯維加斯與大峽谷間。
2012Airware開始向無人機製造商供應控制軟體。
2014 通用電器(General Electric)挹資Airware,並說明以無人機維修電線等產業設備,有助於提升安全性及降低成本。
2015Airware推出數項協助大企業善用無人機的產品。例如:由曾開發遊戲的工程師設計軟體,讓企業能如在地圖上點選一樣,輕鬆拍攝大範圍的設施空拍照。州立農業保險公司就用Airware的技術堪察天災後屋頂受損情形。
2016美國主管機關鬆綁企業使用無人機的嚴格規範,更多公司因而得以使用Airware的服務。
2015 業界團體「無人載具系統協會(Association for Unmanned Vehicle Systems)」預言,商用無人機將在2015年創造八百億美元商機,10萬份工作。道尼說:「我們將無法想像少了他們要怎麼工作。」

發明創新

小如智慧汗液感測環,大至明日記憶科技,這些創新青年發明未來事物。


獲選者
海吉(Alex Hegyi)/馬寇斯柯(Evan Macosko)/高偉/貝爾(Muyinatu Lediju Bell)/布萊(Adam Bry)/ 庫爾(Kendra Kuhl)/陸國良(Desmond Loke)/顧嘉唯/巴拉迪(Dinesh Bharadia)




 


海吉(Alex Hegyi)


PARC


新型的智慧型手機外接攝影機,可辨別偽藥或判斷桃子成熟度。


 


撰文:Rachel Metz


 


海吉在位於美國加州帕拉阿圖市的全錄研究中心(Palo Alto Research Center;PARC)所開發出的相機,能夠同時紀錄人眼感知範圍外的光波,因而具有頂尖智慧型手機鏡頭也難望其項背的顯示能力。


 


由於能存入較大範圍的波長,這種相機的用途廣泛,例如檢查雜貨店的農產品(水果成熟過程會持續吸收特定波長)以及查驗偽藥(與原廠藥的反射光組成不同)。海吉希望未來不久,智慧型手機鏡頭能夠加入他這項技術,讓所有人都得以開發或使用高光譜成像應用程式 。


 


類似系統問市幾年來,因體積龐大,售價昂貴,僅用於食品藥物的品管監控,而未普及至一般消費者。海吉的版本較精簡,只在黑白USB攝影機的影像感測器前,加裝一個夾進偏光鏡之間的液晶元件,並開發可連線到平板電腦上處理生成影像的軟體。


 


海吉認為,接下來三到五年間,手機就能用來顯示可視光譜外的資訊。他表示,有這樣的工具在手,「消費者完全不需要懂光波理論,也可以拍照讓手機顯示『真』、『偽』,或告訴你眼前的桃子熟了沒」。




 


馬寇斯柯Evan Macosko


哈佛醫學院


用以研究細胞生成複雜組織和器官過程的突破性技術。


 


撰文:Michael Reilly


 


難題


要確實了解人類基因組,必須先深入研究個別細胞的差異。雖然同一個人的體內,所有細胞生成的基因藍圖應該都一樣,但同一組遺傳資訊的實際作用或表現,卻無時無刻都存在極大差異。也因此,有的細胞成為與記憶力相關的神經元,有的細胞卻成為腳趾甲,即使同一個器官也會包含不同種類的細胞,同一種細胞間也存在個體差異,例如腦細胞。對遺傳因子在不同細胞的表現缺乏正確認識,造成目前基因組醫學進展受阻。


 


解決之道


馬寇斯柯參與開發Drop-Seq技術,讓研究人員能逐一檢視成千上萬個細胞,判斷遺傳指令在每個細胞上執行的情況。馬寇斯柯說,雖然現有的技術也能做到這樣的單一細胞分析,但通常是把細胞一一放進培養盤的微孔中,這種操作方法既耗神又昂貴,「要是把兩個細胞放進同一個微孔,就完蛋了」。


 


為了加速這個過程,馬寇斯柯想到一個辦法:把每一個待分析的細胞拆解後,將表現基因貼到上了識別條碼的微珠上。一旦每個細胞的樣本都貼好標籤,就能快速分析基因,而且一個細胞的分析成本只要0.7美元。


 


馬寇斯柯表示,他的團隊快要完成小鼠幾十萬個腦細胞的分析。下一步會進行人腦的860億個神經元及難以數計的其他細胞。他期望藉由分析人腦形形色色的細胞,能夠揪出涉嫌引起思覺失調症、自閉症、阿茲海默症等腦部病變或失能的細胞。




 


高偉


加州大學柏克萊分校


開發出能夠監測健康狀況的汗液感測環。


 


撰文:Katherine Bourzac


 


「我在江蘇省徐州的小村子長大,眼看身邊的人死於各種疾病,很多人發現自己健康出問題,都為時已晚。我當時心想,我長大後要設計一種可以穿戴的裝置,能夠隨時監測健康,在疾病惡化前,及時讓我們知道自己健不健康,是否出了什麼狀況。人體隨時都在生成數據。雖然現在有許多可穿戴裝置,如Apple Watch、Fitbit等,但都以紀錄身體動作及生命徵象為主,無法提供分子等級的訊息。」


 


我靈機一動:那汗液呢?


 


今年,高偉將附電子處理器的感測器與軟式列印電路版上的藍牙傳輸器結合,開發出一款汗液感測環。這個手環會將穿戴者個人汗液中的資訊,無線傳輸到手機上的應用程式。
高偉這項裝置上有些感測器,會與葡萄糖及乳酸等化學物質交互作用,產生可偵測到的電流變化,有些感測器會因為納或鉀產生電壓升降,最近新加入的感測器則能夠吸收隨汗液排出的有毒重金屬。


 


接下來的挑戰是找出,這些感測數據是否以及如何反應健康狀況的實際變化,因此高偉正與運動生理學家合作進行臨床試驗,研究兩者間的相關性,以及早發現健康惡化的癥狀。




 


貝爾 Muyinatu Lediju Bell


約翰霍普金斯大學


提高造影清晰度,癌症診斷更早更準確。


 


撰文:Emily Mullin


 


貝爾就讀麻省理工學院大學部時,母親因乳癌離世。貝爾相信若能更早診斷出來,母親或許得以悻存,因此身為生醫工程師的他,立志研究超音波成像模糊的原因,因為模糊的超音波造成醫師在癌症等疾病篩檢及診斷上困難。


 


貝爾在杜克大學攻讀博士期間,開發出一種新的訊號處理技術,能夠即時生成清晰度較高的超音波造影。這項取得專利保護的技術,在改善肥胖受檢者的診斷上特別有效,因為脂肪組織會造成超音波散射或折射,延誤重大疾病的發現。


 


除了超音波外,貝爾現在也在研究如何改良光聲造影。這種非侵入性醫檢造影技術結合超音波與光聲疊合造影,生成人體組織影像。貝爾特別希望這項技術能運用在腦神經手術中,提供及時血管顯影,降低誤傷頸動脈(負責腦部供血的重要血管)的風險。他在約翰霍普金斯大學的實驗室,計畫在2017 年展開這項技術的先導性臨床試驗。




 


布萊Adam Bry


Skydio


打造可以環球的無人機,提供空中協助。


 


撰文:Tom Simonite


 


「在我合夥創辦的公司Skydio,我們討論所有大家希望無人機可做的事後,了解到現有的產品與未來可能性相比還很原始,使用者目前的經驗通常是一開箱就遙控它去撞樹。


 


我們為消費者設計的無人機能夠理解現實世界,懂得與使用者應對,且會善用資訊決策。機上攝影機架設在方便電腦依視野追蹤無人機動態的位置,並理解現實世界的3D結構,還曉得『這是人』、『這是樹』。我們已經試飛展示過,這款無人機能在附近有樹木等障礙物時,安全可靠地自動駕駛,且能跟在走路、跑步、騎單車的人後面。


 


我們的無人機一周比一周更聰明,能力也更強,從它在不同情況下時的動作與反應就能看得出來。


 


雖然我們目前沒有透露太多,但這款產品將定位為高端智慧型消費裝置,能夠自駕,飛行技術比飛航專家還好。是一架能理解現實世界,會回應使用者,並採取行動的裝置,將實現許多現在無法達成的功能。無人機可能成為第一種獲得廣泛應用的行動機器人類別。隨著無人機航向世界,開始與人類互動,將會開拓有趣的新世界。」




 


庫爾Kendra Kuhl


Opus 12


開發簡單的反應器,將二氧化碳轉化為有用的化學物質。


 


撰文:Katherine Bourzac


 


庫爾在美國蒙大拿州的成長過程中,目睹鄰近的冰川國家公園中,命名由來的冰川面積逐漸縮小。庫爾說:「溫室效應在我們眼前發生。」這個經驗讓他立定志向,「我對原子重組產生興趣,希望能藉此促進環保」」


 


這也就是庫爾在2014年合夥新創公司的宗旨。Opus 12正在研究一種反應器,能從發電廠排放的二氧化碳中,產出有用的化學物質。


 


在美國柏克萊國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的育成中心「迴旋加速器之路(Cyclotron Road)」,庫爾展示了Opus 12的其中一個雛型,將二氧化碳導入這個小型反應器後,生成物會通過出氣口連接到分析儀。這項技術的關鍵在於反應器的設計,包含了庫爾在史丹佛大學畢業作品參與研究的一組同族催化劑,他將這些催化劑塗在金屬製反應器內部的電極透析膜上,讓碳在低溫低壓產生反應,而不需大量耗能。


 


Opus 12雖然不是第一家研究如何將二氧化碳轉換成化學物質的公司,但庫爾說明,Opus12的改良式催化劑與可升級反應器設計卻與眾不同。儘管如此,這家公司要跟傳統化學廠商競爭仍有待努力。Opus 12計畫在2017年前,開發出日產量達數公斤的多電極堆疊反應器。




 


陸國良Desmond Loke


新加坡科技設計大學


開隨機存取記憶體(RAM)和隨身碟吧,現在有更好的記憶體可以用。


 


撰文:Michael Reilly


 


電腦設計師一直渴望有一種通用的記憶體技術可以同時代替隨機存取記憶體(RAM),揮發性快但貴,且需要供電才能儲存和快閃記憶體(flash),非揮發性,但比較慢。


 


過去很長一段時間,矽電晶體體積一直以驚人的速度急遽縮小。然而摩爾定律開始失準,對新記憶體需求的迫切性隨之提高。隨機存取記憶體晶片上若不能嵌入更多電晶體,就會需要另外尋找儲存量大,且又快又便宜的非揮發性記憶技術。


 


相變化材料是可望成為同時取代RAM和flash的一種選擇,這種新型記憶體不需要透過電晶體上電流的開關切換儲存資料,而是靠硫屬玻璃在結晶態與非晶態間的轉換儲存。這種記憶體有機會兼具RAM的快速與flash的持久。2010年至今,陸國良與同事已解決延宕這項技術商業化的幾個關鍵問題。


 


取得進展後,這位新加坡籍學者已開發出一種相變化記憶體,跟RAM一樣快,比隨身碟容量大好幾倍。


 


研究人員多年來始終無法讓任何材料在50奈秒間,從一般結晶態變成非晶態玻璃(1與0),反觀RAM晶片的電晶體卻能在一奈秒間開關。然而陸國良卻發現,施加微小穩定的電量到這種材料後,切換的時間可以縮短到半奈秒,他的團隊也成功把一位元的記憶體單位縮到只有幾奈米大。他還找到大幅降低耗電量的辦法,並研究出如何堆疊單位記憶體增加總記憶容量。





顧嘉唯


百度


人工智慧專家,設計幫人忙而不惹人煩的使用介面。


 


撰文:Christina Larson


 


在北京文創聚落「798藝術區」的一家咖啡館裡與顧嘉唯碰面前,他事先關掉了智慧型手機上的微信訊息通知。到他趁空檔瞄一眼螢幕時,已有「超過1萬7,000個未讀訊息」。顧嘉唯表示,我們和資訊科技交流的方式錯了,「我不想淪為提示音的奴隸」。


 


顧嘉唯曾經是百度「人機互動」模式的首席設計師。其中,「百度小明」是協助視障用戶的人工智慧介面。裝設在耳機或手機上的攝影機能夠掃描帳單、火車時刻表、包裝標籤在內的各種物品,藉深度學習運算法及手機處理器辨識影像中的物品、文字後,以語音透過耳機傳達給用戶聽。顧嘉唯說:「人臉識別功能現在也愈來愈強大了。」


 


顧嘉唯期待未來人們在享受科技的好處之餘,不會受電源線、傳輸線、通知音效束縛。他表示:「我想讓大家重溫離線時光。」





巴拉迪(Dinesh Bharadia)


麻省理工學院電腦科學及人工智慧實驗室(CSAIL)


 


撰文:Ryan Cross


 


乍看行不通的無線電波設計,卻有兩倍的無線數據傳收能力。


 


巴拉迪發明了一種人人都說不可行的電信技術:他找出一種辦法,可以在同一個頻率同時傳輸跟接收資訊。


 


由於無線電廣播的發送訊號比接收訊號強一千億倍,因此我們一向以為接收進來的訊號會被發送出去的訊號淹沒。這就是為什麼無線電的收與發往往在不同頻率上進行,或在同一個頻率上迅速切換。巴拉迪直言:「連教科書都似乎認定不可能同時。」


 


巴拉迪所開發的硬體加軟體,能過濾並取消發送過強的訊號,讓無線電可以解碼收到的訊號。這種前所未見的全雙工無線電技術,一頻二用,讓可用的無線頻寛變為兩倍。若將這項技術應用在手機上,將成為電信公司和用戶的福音。


 


為了能透過新創公司Kumu Networks將這項技術商業化,巴拉迪已向史丹佛大學申請博士班休學。德國電信公司(Deutsche Telekom)去年展開測試,但因為原型的電路板大大,放不進手機機身,還需要請別的工程師幫忙縮小體積。


 



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