2014年十大颠覆时代性的新兴技术

作者: admin 分类: 随心杂谈 发布时间: 2019-07-11 10:53

  每年,极富技术创新性的美国麻省理工学院(MIT)的《技术评论》杂志都会对本年度的新兴技术进行盘点,在2014年十大具有颠覆性的技术名单上,农业无人机、神经形态芯片、3D微型打印机、超级隐私智能手机等新兴技术均榜上有名。

  《技术评论》杂志认为,尽管每天各大媒体上都充斥着各种与技术进步有关的新闻,但真正称得上里程碑的技术进步却乏善可陈,他们最新筛选出的这十大技术突破有可能被称为真正的里程碑。在过去一年内,这些技术突破已经解决了很多棘手的问题,而且有望在未来数年继续发挥其深远的影响力。

  一、农业无人机

  撰稿:克里斯安德森。安德森是长尾理论的作者,《连线》杂志前主编,3D机器人公司的联合创始人兼CEO、DIY无人机(DIYDrones)的创始人。

  搭载有先进的传感器和成像系统的无人机尽管技术很高大上,但不足1000美元的售价却极其平易近人。这些无人机正在增加农作物产量、减少农作物受病虫害侵袭方面大展拳脚。

  突破点:配备了摄像头和传感器的易用无人机售价不足1000美元。

  为什么它很重要:对农产品的生长情况进行密切监视有望提升水的利用效率并加强对病虫害的管理。

  主要参与者:3D机器人公司、日本雅马哈公司、加拿大精准鹰(PrecisionHawk)公司。

  赖安孔德是一位葡萄酒酿酒师,他的家族在旧金山北部索诺玛谷拥有一座完美的葡萄园,但孔德并非我们常说的那种普通农民,他还是一位无人机驾驶员,跟他情况类似的农民还有很多。他使用曾经专属于美国空军的技术,通过从空中采集图像,使用多种传感器和机器人获得大数据,种植出了更好的葡萄,他是美国农民中最早利用大数据实现精准农业的技术先锋中的一员。

   无人机可以为农民提供三个方面的详细信息:首先,从空中查看农作物,能为农民揭示很多问题,从灌溉到土壤变异,甚至肉眼无法发现的病虫害和细菌侵袭等。其次,空中的照相机可以提供多波段的图像,捕获多光谱的数据,这些信息整合在一起,可以为农民提供一张详尽的农作物细节图,标示出健康的农作物和长势不好的农作物之间的差异,而使用肉眼根本无法发现这些差别。最后,无人机每周、每天甚至每小时都能对农作物进行巡视,拍摄的图像能够显示农作物的生长变化情况,指出出现问题的区域,从而便于农民更好地进行田间管理。

  农业无人机正在变成类似其他消费设备一样的工具,而且,我们也开始谈论它的用途。孔德希望能借助无人机降低灌溉次数;减少杀虫剂的使用,而且,最终也能酿造出更好的葡萄酒。另外,更多、更好的数据的获得使农民能减少水的使用,并降低环境和食物中的化学负担。从这个方面来看,最初用于军事目的的无人机最后可能会演变成一种环保工具,在农场出生的孩子可能会在头顶上嗡嗡嗡的机器声响的陪伴中长大。

  二、超级隐私智能手机

  撰稿:《技术评论》杂志首席记者大卫塔尔博特

  具备安全和隐私功能的新型手机反映出了斯诺登时代的时代精神。

  突破点:传递最少量私人信息的消费级智能手机。

  为什么它很重要:政府和广告商竭尽所能从用户的智能手机上获取详细的数据信息,用户需要保护自己的隐私和数据。

  主要参与者:Blackphone公司、CryptoPhone手机公司、OpenWhisperSystems公司。

  美国国家安全局(NSA)前雇员爱德华斯诺登爆出的棱镜门事件表明,NSA从云计算平台和无线运营商那儿获得了大量信息,包括普通人每天打多少次电话以及通话次数。时刻关注你的一举一动的不仅有政府,还有网站、广告商甚至杂货店老板。现代的智能手机和其上运行的应用程序能收集并发布大量用户的数据,包括位置、网页浏览历史、搜索关键字以及联系人列表等。

  齐默尔曼是一位密码学家,他创办的反窃听手机和移动应用开发公司SilentCircle发布的智能手机加密服务SilentCircle可以对通话、短信和任何邮件附件进行加密。如果你使用SilentCircle,你向其他用户拨打的电话将经由该公司的服务器发出,然后在通话对方的手机上解密。这项服务可以防止窃听、让其他人无法知道你给谁打过电话,向谁发过短信。

  今年夏天,齐默尔曼将提供一种新的反窃听方式:这是一种名叫Blackphone的非常安全的智能手机。这种手机目前正由包括SilentCircle公司在内的多家公司投资生产,其将采用齐默尔曼设计出的加密工具以及其他保护措施。Blackphone运行定制版的安卓(Android)操作系统PrivatOS,它可以对手机泄露用户活动的多种途径进行阻挡。尽管早在Blackphone问世之前,军方和政府工作人员就已经用上了订制的安全手机,但Blackphone的意义就在于,它标志着这种更安全、更隐私的手机也走向了大众消费市场。

  当然,Blackphone并非一个人在战斗。比如,OpenWhisperSystems公司发布了可以对安卓通话进行加密的系统。Blackphone也在建立自己的通话加密系统。齐默尔曼说,现在,Blackphone已经有了几十万的预订量。SilentCircle公司预计,最初两年,Blackphone的销售量有望达到数百万部。从很多方面来看,NSA窃取隐私的事情曝光之后,消费者越来越意识到,他们的隐私和数据正在被很多人窃听和跟踪。齐默尔曼说:以前,让人们相信,他们需要这种技术,简直难于上青天。但世易时移,现在,他们自己已经意识到了。

  三、绘制大脑图谱

  撰稿:凯特尼哈姆弗瑞斯

  十年磨一剑,科学家们耗时十年,绘制出了一张新的图谱,其能以前所未有的精细程度展示大脑的结构,让神经科学家们得以管窥小小的大脑是多么复杂。

  本文为作者凯特尼哈姆弗瑞斯所写《BrainMapping》一文,是《2014MIT突破性科学技术》系列文章的第三篇,主要介绍了科学家花了10年时间绘制了一张全新的脑图谱,它具有前所未有的脑部结构细节,可以为神经科学家在做复杂的脑部研究时指路。

  突破点:科学家最新建立了迄今最清晰的人体大脑3D图像,可呈现20微米大小的组织结构,之前最佳核磁共振技术成像效果至多只能观察1000微米大小的大脑组织。这将帮助科学家更好地研究分析一些大脑疾病。

  为什么它很重要:为了更好地理解大脑的工作原理,神经科学家们需要详细的大脑解剖图。

  主要参与者:德国尤利希研究中心的卡特伦阿穆兹、加拿大蒙特利尔神经学研究所的艾伦埃文斯、美国斯坦福大学的神经科学家卡尔戴瑟罗斯。

  最近几年,神经科学家们在理解大脑的工作原理方面取得了令人惊叹的成就。而且,在未来数年,欧洲的人脑项目(HumanBrainProject)将尝试用计算机模拟人脑;与此同时,美国的大脑计划(BRAINInitiative)也试图绘制出大脑的活动图谱。这些野心勃勃的研究计划都将受益于一个新的资源:科学家最新建立的迄今最清晰的人体大脑3D图像,可呈现20微米大小的组织结构,展示了大脑结构和其不同区域的细节。

  这份3D图像是人脑项目的一部分,由德国和加拿大科学家组成的国际研究团队耗时10年制作完成,比此前的人脑图谱的分辨率提高了50倍。

  未来,随着能让科学家们非常清晰地看到大脑组织内的细胞和神经纤维如何排列的技术不断发展,绘制大脑图谱领域也将不断向前推进。阿穆兹目前就在研发这样的技术,这一技术使用偏振光线来重建大脑组织内的神经纤维的3D结构。另外,美国斯坦福大学的神经科学家和生物工程师卡尔戴瑟罗斯研发出了一种名为透明(Clarity)的技术,能让科学家们直接看清完好无损的大脑内的神经细胞和神经回路的结构。

  四、神经形态芯片

  撰稿:《技术评论》特约编辑、知名博主罗伯特霍夫。

  与传统芯片相比,工作原理更像大脑的微型处理器有望很快使计算机确切地了解周围所发生的一切。

  突破点:另外一种计算机芯片设计方法,极大地提升了人工智能的效率。

  为什么它很重要:传统的计算机芯片正在慢慢接近性能极限。

  主要参与者:美国无线电通信技术研发公司高通(Qualcomm)公司、IBM、美国哈佛机器人实验室(HRL)、欧洲的人脑项目(HumanBrainProject)。

  一款名叫先锋(pioneer)的小型机器人缓缓地走到一张印有《美国队长》电影角色的地毯上,这里是无线芯片制造商高通实验测试模拟的场景,模拟的是一个儿童的卧室。机器人停顿了片刻,好像是在对周围的环境进行评估,接着,像滚雪球一样卷起了这张地毯,转身,推着地毯向代表玩具箱的设备走去。

  高通公司的资深工程师常一宇(音译)朝着应该放玩具的地方挥动双手。先锋用它的摄像头捕获到了这个手势,然后照做了。随后,先锋回到刚才的位置,拿起另一个电影人物-蜘蛛侠玩具。这一次,先锋直接朝玩具走去,全然不顾放在旁边的国际象棋,在无人指导的情况下,把玩具放到了玩具箱里。

  目前,有很多大学和IBM以及HRL等多家实验室都在争相研制神经形态芯片,高通公司可谓其中的翘楚。IBM和HRL实验室都为美国国防部高级研究计划局(DARPA)研制出了神经形态芯片,这是DARPA投资1亿美元的计划的一部分。无独有偶,欧洲的人脑项目也将联合德国海德堡大学和英国曼彻斯特大学,投资1亿欧元研发神经芯片。德国科学家最新报告称,他们利用神经形态芯片和模拟昆虫的气味处理系统的软件,通过闻花香就可以判断植物的种类。

  科学家们表示,有了这类芯片,医疗传感器和设备可以追踪病人重要的生命信号并对治疗做出反应,比如学会调整药量甚至极早发现病情等。智能手机可以学会预测你打算输入的文本内容,比如为你打算拜访的人设置背景或设置提醒。Google目前正在进行实验的自动驾驶汽车或许不再需要驾驶员的帮助;扫地机器人也不会再卡在沙发下。高通公司的技术总监马修格劳博说:我们正在模糊芯片和生物系统之间的界限。

  今天的计算机全部使用所谓的冯诺依曼架构,即数据在中央处理器和内存芯片之间来回传输,采用线性序列进行计算。这种方法非常适合处理数字运算、执行经过精确编写的程序,但不适合处理图片、声音和其他可以感知的内容。

  为了不断提升这些处理器的性能,制造商们往芯片里塞入了更多运行速度更快的晶体管、硅缓存、数据通道等,但所有这些组件在运行时都会产生大量的热,从而限制了芯片运算速度的进一步提高,尤其是在能耗非常高的移动设备领域,这一点表现得尤为突出。这就使得设备不能有效地处理图像、声音和其他感官数据;因此,也不能用来很好地执行诸如面部识别、机器人或车辆导航等任务。

  人脑有数十亿个神经细胞、数万亿个突触,其可以对视觉和声音刺激等感觉输入信息做出反应,神经形态芯片正是在硅上模拟人脑的这种并行处理多种数据的能力。随着图像、声音或其他信号的变化,神经细胞也可以实时改变与其他神经细胞之间的关联,这一过程被我们称作学习,神经形态芯片与受到大脑启发研制的神经网络模型一起,能做同样的工作。这也是为什么高通公司的先锋机器人尽管以前从未曾见过蜘蛛侠,也能仅仅依靠模拟神经形态芯片的软件,将蜘蛛侠放在与美国队长一样位置的原因。高通公司可能会在智能手机芯片中加入神经处理单元,从而处理传感器数据,完成图像识别等任务。

  尽管神经形态芯片的能力远远逊于人脑,但他们在处理感官数据并从中学习方面,则让现在的计算机望洋兴叹。人脑启发软件制造商Numenta公司的创始人杰夫霍金斯说,如果像Google那样(2012年,Google公司展示了一款人工智能软件,其在未告知机器什么是猫的情况下,利用多达1.6万块处理器,成功识别出了视频中的猫),仅仅通过在传统的处理器上使用特殊的芯片来模拟人脑,这种方式效率太低,无法成为拥有更高智商人工智能机器的基础,他说:无法只通过软件实现人工智能,你必须用芯片来实现。

  神经形态芯片的概念要追溯到几十年前。1990年,加州理工学院名誉教授、戈登摩尔的密友、总结出摩尔定律的卡沃米德在一篇论文中给出了它的定义:模拟芯片不同于只有二进制结果(开/关)的数字芯片,其可以像现实世界一样得出各种不同的结果,可以模拟人脑神经细胞和突触的电子活动,但他却没法设计出这种模拟芯片。只有一家名为Audience的公司研制出了一款有争议的神经形态处理器,这是一种能抑制噪音的芯片,迄今已经售出数亿片。这种芯片基于人的耳蜗设计而成,可以像人一样隔绝噪音,只听人声,目前已广泛应用在苹果和三星等手机上。

  IBM的顶级研究专家达曼德拉摩德哈表示,神经形态芯片可以为盲人制造出眼镜,这种眼镜使用视觉和听觉传感器来识别物体并提供听觉提示;配备有这种芯片的健康护理系统可以监测重要的生命体征,及早发现潜在的风险,提出警告并为病人提供个性化的治疗手段;计算机可以利用风向、潮汐和其他数据,更准确地预测海啸。

  五、基因组编辑

  撰稿:美国《外交政策》杂志特约编辑克里斯蒂娜拉森和自由撰稿人阿曼达沙弗尔。

  制造出拥有特定遗传变异的灵长类动物有助于科学家们更好地研究复杂的大脑紊乱。

  突破点:科学家们使用一种遗传工具制造出了两只拥有特定遗传变异的猴子。

  为什么它很重要:改变灵长类动物特定基因的能力是研究人类疾病的有力武器。

  主要参与者:中国云南省重点实验室、美国加州大学伯克利分校的分子和细胞生物学教授詹妮弗杜布拉、麻省理工学院的张峰(音译)、哈佛大学的遗传学家乔治彻奇。

  云南灵长类生物医学重点实验室的科学家进行了一项极富挑战性的实验,制造出了一对拥有特殊遗传变异的猕猴:明明和玲玲。

  这两只猕猴经过试管受精被孕育,接着,科学家使用方兴未艾的名为CRISPR的DNA工程技术,修改了受精卵中的三个不同基因,然后,再将受精卵植入代孕母猴体内,最终,这两只短尾猴顺利出生,在它们长到2.5个月大时看起来还很健康,但它们体内的绝大多数细胞都携带有人工造成的突变。科学家们表示,这是CRISPR基因组编辑技术首次应用于灵长类动物,最新研究有望让生物医学领域迈入一个新时代,科学家们可以构建出罹患人类疾病的灵长类动物模型。

  CRISPR技术由加州大学伯克利分校、哈佛大学、麻省理工学院以及其他高校的科学家携手研发而成,其正在改变科学家们对遗传工程的看法,因为它有助于科学家们精准地、相对简单地修改基因组。云南研究的团队的季智维说,他们进行这一实验的目的是证实,CRISPR是一种非常有潜力、成本相对低廉又简便的基因组靶向编辑技术,能被用来制造拥有多种变异的灵长类动物。最新研究发表在今年2月份出版的《细胞》(Cell)杂志上。

  CRISPR拥有无与伦比的精确性,而且试验效率极高,所以一出现就获得了全世界科研人员的热捧,并已在人工培养的细胞、酵母、大鼠等各种试验平台上进行了成功的尝试。2013年年初,美国科学家在一个培养皿中证明,这一技术能被用来对任何动物细胞,包括人体细胞进行遗传修改。

  季智维说,制造出基因组被CRISPR技术编辑过的人类是非常可能的,但考虑到安全问题,实现这一点还有很长的路要走。此时此刻,他的研究团队希望转基因猴子能为人类的疾病研究提供非常有效的动物模型,在未来提高人类的健康水平。美国国立卫生研究所灵长类动物研究中心的负责人约翰哈丁认为,随着这类研究的不断开展,我们也会对CRISPR这项技术有更深入的了解和认识,能知道该技术究竟可以给我们带来哪些帮助。

  六、微尺度3D打印技术

  撰稿:《技术评论》杂志的编辑戴维罗特曼。

  由不同类型的材料制成的墨水极大地扩展了能打印出来的物体的范围。

  突破点:使用多种材料的3D打印技术打印出了拥有血管的生物组织。

  为什么它很重要:这一技术让科学家们可以制造出拥有理想功能的生物材料,最终获得人造器官。

  主要参与者:哈佛大学的詹妮弗里维斯、普林斯顿大学机械和航天工程系副教授迈克尔麦克阿尔卑恩、英国剑桥大学的基思马丁。

  尽管3D打印技术最近几年发展得如火如荼,但它的应用能力却极为有限。这一技术可以打印出复杂的形状,但只限于使用塑料进行打印。即便那些拥有更高级的3D打印技-叠加制造技术的生产商,也只是在塑料的基础上添加了几种金属合金而已。但如果3D打印机可以使用多种原材料-比如活细胞或半导体等来打印,并根据需求对这些打印材料进行精确地混合和匹配,最终,我们会得到什么呢?

  哈佛大学的材料科学家詹妮弗里维斯目前正在研发化学技术、研制机器,希望使上述目标变成现实。在打印形状非常复杂的物体时,她采用了自下而上的方法,从最底层开始按需求逐层堆叠拥有不同属性的材料,比如说能导电或拥有光学属性等。这意味着,3D打印技术可以制造出能感知周围的环境并做出反应的物体。她说:形式和功能的融合,是3D打印技术领域的下一个大事件。

  普林斯顿大学的研究团队成功地打印出了仿生耳,其包含有生物组织和电子部件;与此同时,英国剑桥大学的科学家也打印出了复杂的视网膜细胞,并用这些细胞制造出了复杂的眼部组织。这些都是3D技术领域非常令人瞩目的研究成果,其中,里维斯领导的实验室凭借其打印材料的多样化以及能打印出来的物体的种类拔得头筹。

  去年,里维斯研究团队证明,她们能够打印出微型电极和微小的锂离子电池所需要的其他组件。其他打印出来的物体包括,构筑在塑料块上的传感器,未来,运动员们可以佩戴这一设备探测冲击力并测量其受影响的程度。最近,她的研究团队甚至打印出了包含有复杂的血管网络的生物组织。为了做到这一点,研究人员必须使用不同的细胞和材料(这些材料形成支架支撑细胞)制造出墨水。最新研究成功解决了制造用于药物测试或移植的人造器官面临的一大难题:如何制造出一个能让细胞存活的血管系统。

  在进入哈佛大学之前,里维斯已在伊利诺伊大学研究3D打印技术十多年了。加入哈佛大学之后,她创建了自己的实验室,首次尝试利用生物细胞和组织来打印物体,她希望能像处理由合成粒子组成的材料一样处理这些生物细胞和组织。她的确做到了。打印出血管意味着向打印出拥有复杂生物功能的人造组织前进了一步,里维斯说:跟细胞打交道,真的很复杂,她表示:在利用这项技术打印出拥有完整功能的肝脏或者肾脏之前,我们还有很多事情要做,现在,万里长征才迈出了第一步。

  七、移动联合

  撰稿:著名科技撰稿人泰德格林沃尔德。

  智能手机终于获得了它需要的高效软件。

  突破点:创新的网络服务让用户可以在移动设备上创建、编辑文档。

  为什么它很重要:很多办公室工作可以在办公室外完成。

  主要参与者:由脸谱(Facebook)前首席技术官贝瑞特泰勒创办的Quip、谷歌旗下的Quickoffice、Box、Dropbox、微软、谷歌、因推出iPad版微软Office应用而为业内所知的CloudOn。

  去年秋天的一个下午,戴维莱文从办公室走出来,乘地铁前往纽约市中心的洛克菲勒中心开会。35岁的莱文是专门销售另类投资产品的金融服务创业公司ArtivestHoldings的首席投资官,当他参加会议时,他也在和位于美国波士顿、希腊克里特岛两地的同事、兼职人员一同创作一篇博客。这些人之所以能做到这一点,要归功于一个名叫Quip的应用程序。莱文使用这一程序在手机上撰写这篇博客,他的团队可以通过Quip对这篇博客进行修改、添加评论并通过文字相互交流。只要莱文处于联网状态,Quip就会让他撰写的内容与其他人同步,如此一来,所有人都能对同样版本的文章进行操作。

  要是他们按照传统的文字处理流程来工作,大概是这样的:有一个人写了一个草稿,然后通过电子邮件附件群发给所有人,如果有人进行了修改,再转发给其他人,如果有多人修改,他们就得查看多个附件,而且是手动的,非常繁琐。莱文表示说:当我走出地铁,有了信号后,这篇文章就完成了;而当我走出会场的时候,这篇文章已经在网站上显示出来了。

  人们越来越多地在平板电脑和手机上工作,这种软件也与时俱进,让人们与这种趋势保持一致。现在,新的应用程序让人们能更轻松地在移动中创建、编辑文档。与此同时,Box、Dropbox、GoogleDrive、以及微软公司的OneDrive等云端文件储存服务的成本不断降低,使用人数不断飙升,如此一来,即使有多个用户同时对同一篇文档进行编辑,也不会发生冲突。有些服务提供商还可以将一篇文档分割成不同的部分段落、句子甚至单个词汇等,放入容易操作的数据库内,不同的用户能很好地对不同人在不同时间段对文档进行的操作进行跟踪和汇总。

  对于莱文这种早上起床前就要发多篇微博的人来说,移动协作方式确实符合他的生活习惯,也可以让他时时刻刻抓住转瞬即逝的灵感。莱文说:这些应用程序可以在不打乱我日常生活流程的情况下完成我需要做的事情。即便我在地铁上,也可以工作。

  八、虚拟现实头盔

  撰稿:英国作家、记者西蒙帕金,为美国《纽约客》杂志、英国《卫报》撰写与视频游戏有关的文章。

  虚拟现实眼镜问世30年后,虚拟现实技术似乎找到了更大的用武之地。

  突破点:高品质虚拟现实硬件的售价已大幅降低,很多普通消费者都能负担得起。

  为什么它很重要:虚拟的模拟界面将导致新的娱乐和交流方式。

  主要参与者:美国虚拟硬件设备制造商OculusVR、日本索尼公司、美国智能眼镜创业公司Vuzix、美国英伟达(Nvidia)公司。

  在美国旧金山举办的2014年游戏开发者大会上,日本索尼公布了其传言已久的虚拟现实头盔。在人头攒动的礼堂内,索尼全球工作室总裁吉田修平对游戏开发者们表示:虚拟现实是PlayStation的下一个创新,这一技术或许会塑造电视游戏的未来。索尼表示,这款头盔已开发了3年,将用在PlayStation4电视游戏机上。

  索尼希望这款头盔能与其竞争对手OculusRift一样,深受人们的喜爱。OculusRift由美国虚拟硬件设备制造商OculusVR于去年发布,这款设备不仅售价低廉,而且用户还能体验完全沉浸式的视频游戏。今年春天,脸谱以20亿美元的高价收购了这家公司。

  脸谱的收购之举表明,虚拟现实技术已足够成熟,硬件产品也足够廉价,除了能用来玩视频游戏之外,还有更多潜能。让极具身临其境感觉的虚拟现实技术与社交技术相融合,这一想法是多么诱人啊!除此之外,虚拟现实技术还可以用来进行视频电话会议、网络购物以及其他形式的娱乐活动,有些电影厂商甚至开始尝试为Rift虚拟现实头盔专门制作电影。

  其实,早在1992年,虚拟现实头盔就已经出现,但当时这项技术还不够成熟,没有引起很多人的注意,有些人抱怨说这样的头盔令玩家头晕恶心。OculusRift这台用廉价智能手机部件组装出的虚拟现实头盔具备惊人的效果,能为用户提供传神的画面、清晰的世界。

  2013年3月份开始,OculusVR公司为软件开发者发放了第一批虚拟现实头盔,当时的售价只有300美元。在过去一年内,这款产品的质量突飞猛进。Rift虚拟现实头盔的零售版本有望今年年底或者明年年初发布,将为用户的每只眼睛提供19201080像素的高清画面,真可谓物美价廉,令人难以拒绝。

  尽管改进版的虚拟现实技术的主要应用领域是视频游戏,但其也有望在电话会议、建筑、计算机辅助设计、应急反应培训、恐惧症治疗等领域大展拳脚。

  九、灵巧的机器人

  撰稿:英国InceptaOnline艺术总监、设计师维尔奈特。

  计算机科学家们制造出了一些拥有非常好的平衡能力和灵活性的机器人,其能在崎岖不平的地面上行走和滚动,在为人类探测环境方面将大有用武之地。

  突破点:有腿机器人能在崎岖不平的路面行走。

  为什么它很重要:世界上有很多地方,有轮子的机器无法到达,但有腿的机器就可以。

  主要参与者:美国机器人工程公司波士顿动力、日本Schaft团队、本田公司。

  对于生物力学工程师们来说,让机器人行走是一项了不起的成就。这是因为机器人每走一步都需要极好的平衡能力和快速适应不稳定状态的能力。机器人需要很快地调整脚所放的位置并计算好突然改变方向需要施加多少力。难怪,机器人到现在都还不太擅长走路呢。

  阿特拉斯(Atlas)的横空出世改变了这种情况。阿特拉斯是美国武器合约商波士顿动力公司(该公司于2013年12月被谷歌收购)为美军研制的世界最先进人形机器人,这款机器人身高1.9米,体重150千克,由头部、躯干和四肢组成,能像人一样用双腿直立行走。这一机器人将来或许能像人一样在危险环境下进行救援工作。

  阿特拉斯并非最先问世的会行走的机器人,其前辈包括日本本田工业技研公司研制的仿人机器人阿西莫(ASIMO)和索尼公司研制的世界上第一台会跑的机器人QRIO,QRIO是一款集科技与娱乐于一身的梦幻机器人。

   阿特拉斯不仅能行走、取物,还能在户外穿越严酷地形,使用手脚攀爬。它有28个液压关节,两只手、两条腿、两只脚、一个身躯。它的脑袋内包含有立体照相机和一个激光测距仪,动力来自设置在一个场外的电源上。阿特拉斯能感知到自己的不稳定并且快速反应,让自己保持直立。阿特拉斯能力超强,能像人一样直立行走,它的亮相预示着人类将迎来真正的机器人时代。

  波士顿动力公司被谷歌收购后,除了能协助谷歌在制造业上有所建树,也可以推进机器人在民用领域的应用。谷歌希望通过机器人与亚马逊在零售业上展开竞争,实现从工厂到用户的直接配送。未来,我们的身边可能会充斥着各种送快件包裹的机器人。

  十、智慧风能和太阳能

  撰稿:《技术评论》杂志资深编辑凯文布利斯。

  大数据和人工智能使人们能对天气或能耗进行更精确地预测,从而能将更多可再生能源整合进电网。

  突破点:对风能和太阳能进行超精确的预测。

  为什么它很重要:处理好可再生能源的间歇性问题对于其日常运用至关重要。

  主要参与者:美国XcelEnergy公司、通用电气(GE)电能公司、美国国家大气研究中心。

  在美国科罗拉多州东部开阔的平地上,风能发展得如火如荼。科罗拉多是风强排名第11的州,并且每年拥有250多个阳光充足的日子。自从2011年起,这里已经建成了3个大型风力发电厂,今年也将会有一个风力发电厂开工建设。

  数百个涡轮机每隔几秒就会对风速和能量输出进行记录;每隔5秒,它们就会朝160公里外的美国国家大气研究中心(NCAR)的高性能计算机发送数据。在NCAR,人工智能软件会对这些数据以及气象卫星、气象站和该州其他风力发电厂传回的数据进行处理,结果使风能预测达到前所未有的精度,这就使科罗拉多州能以更低的成本使用更多可再生能源。

  这种超精准的预测有助于能源公司解决风能面临的最大一个问题:其间断性(或者说间歇性)。对公用设施来说,使用少量风能完全没有问题。但使用大量风能的公用设施需要后备电源,从而预防风力的突然消失。这些备用发电站一般都通过燃烧化石能源供电,不仅昂贵而且肮脏。如果能更精确地对风能进行预测,公用设施可以削减备用发电站的需求。

  几年前,像琼斯这样的电力调度员根本就不相信可以对给定时间内的风能多少进行预测,有时候,预测结果与实际结果相差20%,有时候预报说可以发电,结果根本就没风。解决办法就是让化石燃料发电厂一直开着,随时受命。这种方法的成本很高,而且系统对风力发电的倚赖程度越高,成本就越高。NCAR研究应用实验室的副主任威廉姆马奥尼表示,让备用发电厂一直运行也意味着在不断朝空中排放二氧化碳,这不仅花钱,而且对环境也不好,可谓得不偿失。

  那么,这种精准的太阳能、风能预测如何帮助我们更多地使用可再生能源从而显著减少碳排放呢?NREL新能源系统集成部门的研究者们正在努力寻找风能和太阳能互补的方法。比如说,晚上的风能可以补充晚上太阳能的空缺。他们也在考虑将这两套预测系统与智能洗碗机、热水器、水处理站以及电动汽车加油站结合起来,在长期无风或阴天时也能供电。

  虽然说这一点要真正成为现实还有一段时间,但NCAR的预测已经产生了巨大的影响。去年一个风大的周末,电力需求很低,XcelEnergy公司创造了一项记录:在一个小时内,科罗拉多州用电量的60%来自风力发电。XcelEnergy可再生能源部门的主管德雷克巴特雷特说:几年前,这一比例会将调度员吓个半死,因为风太不稳定,他们不知道是否会突然失去所有的电力,但我们已经实现了突破,这一纪录会下降。

如果觉得我的文章对您有用,请随意打赏。您的支持将鼓励我继续创作!