2023年10大突破性技术

翻译 | 李建

韦伯太空望远镜

堪称精密工程奇观的韦伯太空望远镜，可望颠覆人类对宇宙起源的观点。历经数 10 年研发，造价百亿美元，由美国、欧洲与加拿大合作建造的韦伯太空望远镜（James Webb SpaceTelescope），在 2021 年 12 月正式发射升空，成为史上最大的太空望远镜。它的灵敏度不但是前身哈伯太空望远 镜（Hubble Space Telescope）的 100 倍，亦有侦测红外线辐射的特别设计，得以穿透星辰而一窥宇宙的初始阶段，探究星体与星系的诞生。

韦伯太空望远镜的设计专门适合深入探索宇宙时空。它的主镜直径达 21呎，是哈伯望远镜的 3 倍，因此分辨率高出很多。它的遮阳罩展开后大如一个足球场，可以避免主镜与仪器受到太阳的热量与光照。为了顺利载到太空，工程团队设计出可折叠的主镜与遮阳罩，能够装进火箭整流罩，升空后逐步展开，直到望远镜抵达距离地球 150万公里的轨道。

拜韦伯太空望远镜之赐，天文学家希望解答一个问题：宇宙大爆炸后，最初一批星系如何形成？但这并非韦伯太空望远镜的唯一目标。它在天文学的各个领域都派上用场，有机会让人一瞥其他太阳系的行星，研究行星上大气的组成。韦伯太空望远镜将目睹新世界的诞生、拍下壮观的星云图像、探测星系的2023年10大突破性技术结构等，功能不胜枚举。

升空至今，望远镜几乎每天都有新发现，在未来逾 20 年的使用寿命中，将继续为人类探索穹苍。

打击高胆固醇的 CRISPR 技术

基因编辑工具再升级，有助于治疗常见疾病。

2022 年，新西兰有名女性病患接受基因编辑疗法，一劳永逸降低胆固醇，写下创举。尽管她罹患心脏疾病，且有高胆固醇的遗传风险，但这项实验疗法的科学家认为，几乎每个人都能从中受惠。

这项实验有机会成为基因编辑工具CRISPR 的转折点。CRISPR 技术自10 年前首度用于编辑基因组以来，已走出科学实验室，逐渐应用于临床治疗。然而，起初的实验性疗法聚焦在罕见遗传疾病，倘若用于治疗高胆固醇，应用潜力更高。

这 项 胆 固 醇 疗 法 由 VerveTherapeutics 所 研 发， 采 用 称 为“碱基编辑”的基因编辑形式，亦即“CRISPR 2.0”。碱基编辑更能锁定目标，科学家并非单纯剪掉特定基因，而能够将某个 DNA 碱基换成另一个。理论上，这项技术更安全，因为比较不会失误而剪掉重要基因，能够避免DNA 自我修复时可能发生的错误。

新型 CRISPR 让这个技术更迈进一步。透过号称 CRISPR 3.0 的“前导编辑”（Prime Editing），科学家能够将 DNA 区块插入基因组。如果成功运用于人体，科学家将可替换致病性基因。

这两种新型 CRISPR 技术可望拓展基因编辑的范围，用于治疗众多病症，而且未必是遗传疾病。未来，患者可能只需在基因密码加入基因，就能治疗高血压或特定疾病。

所有 CRISPR 治疗目前都属于实验性疗法，是否安全仍是未知数。有些人认为，现阶段应该把重点放在治疗重症，但倘若新型 CRISPR 技术证实有效，普罗大众预计也能受惠。

把文字转图像的人工智能

人工智能模型懂得将简短文字转成精彩图片，如今技术再精进，成为功能强大的创意与商用工具。

2021 年，OpenAI 推出文字转图像的人工智能模型 DALL-E，催生出许许多多风格奇异又美妙的混搭作品。输入简短的叙述文字，程序几秒钟就能生出对应的图片。2022 年 4 月推出的DALL-E 2更象征这项技术的大跃进。Google 亦推出自己的图像生成人工智能，称为 Imagen。

但最撼动市场的文字转图像模型，非 Stable Diffusion 莫属，这款模型采开源码形式，由英国新创企业 StabilityAI 于2022 年 8 月推出，免费提供。Stable Diffusion 不仅能够产生令人惊叹万分的图像，也能在家庭计算机上运作。

Stability AI 让人人都能使用文字转图像模型，催生出一股创意热潮。短短几个月，已有数百万人创作出数千万
张图像。

但有利也有弊，这项技术为艺术圈带来近 10 年最大的冲击。而跟语言模型一样，文字转图像生成器的训练数据
撷取自网络，其中隐含的偏见与不当联想可能遭到放大。

这项技术目前逐渐整合于商用软件，例如 Photoshop。视效艺术家与游戏开发商正在探索如何运用这项技术，加速开发流程。文字转图像技术更已进阶到文字转影像。过去几个月，Google 与 Meta 等业者纷纷展示由人工智能生成的影片，虽然现在只有短短几秒，但随着技术与时俱进，说不定以后只要将剧本输入计算机，就能制作出电影。

2022 年最吸睛的人工智能当属文字转图像技术，风评有好有坏。这些工具对创意型产业，乃至于整体人工智能领域有深远影响，且让我们拭目以待。

器官，想要就有
有了人造器官，病患不必再苦苦等候器官移植。

2022 年，57 岁的班奈特（DavidBennett） 接 受 猪 心 脏 移 植， 存 活了 两 个 月。 这 场 手 术 由 马 里 兰 大 学（University of Maryland）的医师团队操刀，希望可以解答一个问题：经过基因编辑后的猪心，能否安然移植到人体？

需要器官移植的人数众多，但实际等到器官的人只是少数。全球每年约有13 万人接受器官移植，但有更多人等不到器官，或甚至排不进候选名单而丧命。

动物器官或许是一个解方。问题是，人体容易对外来器官产生排斥作用，例如猪组织表面的糖份可能会导致人体免疫系统进入攻击模式。虽然有抗排斥药物可以服用，但这样还不够。有鉴于此，目前已有几家生技公司利用基因编辑技术，去除猪只的糖分子，并加入其他基因，成功让猪只的器官与人体更加相容。

尽管班奈特最终不敌病魔，移植的猪心也发现病毒，但医疗团队指出，猪心并未产生典型的器官排斥迹象。他们目前正在延揽更多病患参与研究。

未来器官工程可能甚至不需要动物。研究人员正在探索如何从无到有，制造出复杂的器官组织，目前仍在初期阶段。有些以 3D 打印技术做出肺部形状的支架，有些则从干细胞培养出团块状的“类器官”（Organoid），藉此模拟特定器官。放眼长期，研究人员希望能在工厂培养客制化器官。

无论是从动物身上培养，还是从工厂制造而来，器官未来若能供应无虞，可望使得移植手术更为普遍，让更多患者取得人造器官。

远距医疗取得堕胎药药物流产愈来愈常见，但在美国最高法院推翻对堕胎权的宪法保障后，这项医疗选择更添急迫性。

美国的堕胎管道已大幅减少，但一扇门关闭，另一扇门也逐渐敞开，亦即在家就能取得医疗服务。2021 年疫情肆虐期间，美国食品药物管理局（FDA）暂时允许医疗保健服务供货商可采邮寄方式，将美服培酮（Mifepristone）与米索前列醇（Misoprostol）寄到病患手中，这两种药锭合并服用可以诱发流产。食药局在几年前发现，两者有助于孕妇在第一孕期安全而有效地堕胎；到了 2020 年，美国有超过半数的人工流产数都是因为服用两者。2021 年底，食药局宣布永久取消邮寄这两种药的限制。

不料半年后，美国最高法院判定堕胎并不受宪法保障。随着部分州设有“自动生效法”（Trigger Law），禁止堕
胎的规定陆续生效，民众对堕胎药的询问度与需求大幅增加。无论是非营利组织如 Aid Access，还是新创企业如
Choix、Just the Pill 与 Hey Jane，纷纷伸出援手。它们的服务流程各异，但整体而言，符合资格的孕妇必须附上
照片注册，并透过视讯、简讯或应用程序咨询医疗单位，后者接着开药，并将药物寄送给孕妇。

即 使 有 了 药 物 流 产 服 务， 但 问题仍尚未解决。总部设在欧洲的 AidAccess 之所以与众不同，在于它能将
药物邮寄到美国任何一州。反观提供堕胎药邮寄服务的新创企业，必须遵守所在地的州法，因此民众如果住在禁止堕
胎的 13 州，或位于必须由医生亲自开药的 7 州，则必须前往邻州或另外申请邮寄住址才能拿到药。

尽管如此，上述机构协助民众远程取得堕胎药，是不争的事实。它们凭着远见与努力，在关键时刻解决了许多民众的医疗需求。

颠覆传统的芯片设计
芯片设计成本高昂，又不易取得授权，但如今拜 RISC-V 这个广受欢迎的开放架构之赐，产业既有态势即将翻
转。

大家是否想过，为何你的智能型手机和蓝牙喇叭出自不同品牌，仍能够相通呢？原因是，蓝牙是一种开放式无线技术标准，规格（例如所需频率与数据编码协议）都对外公开。其他建立在开放式标准的软硬件如以太网络（Ethernet）、Wi-Fi 与 PDF， 都 已经成为生活日常。

如今又出现一种称为 RISC-V 的开放式架构，有机会颠覆芯片生产方式。芯 片 公 司 如 英 特 尔（Intel） 与Arm 等，向来自行设计芯片而握有专利。客户可以向它们购买现成芯片，但有些功能可能并非产品所需；也可
以 花 更 多 钱 采 购 客 制 化 芯 片。 由 于RISC-V 属于开放式架构，任何人都能用来免费设计芯片。

RISC-V 订定芯片指令集的设计规范；指令集命令芯片进行基本运作，改变晶体管的值，比方说如何将两个数字相加。最简单的 RISC-V 设计只有47 个指令，但 RISC-V 亦有其他设计规范，让企业得以设计功能复杂的芯片。非 营 利 机 构 RISC-V 国 际 组 织（RISC-V International） 在 全 球共有约 3,100 家成员，有企业也有学术机构，目前正协力拟定相关规范。2022 年 2 月，英特尔宣布提供 10 亿美元资金支持晶圆代工生态系统，其中一部分旨在资助打造 RISC-V 芯片的
公司。

RISC-V 芯片已开始应用于蓝牙耳机、硬盘、人工智能处理器等，其核心处理器出货量已达 100 亿颗。相关企业亦在设计用于数据中心与宇宙飞船的 RISC-V 芯片。RISC-V 架构的支持阵营认为，再过几年，这种芯片将随处可见。

分析古老 DNA
利过新方法，商用定序仪也能分析受损的 DNA，让人一窥过去的堂奥。为了研究古人类的牙齿与骨骼，科学家长年不断研发更好的工具。过去必须遍寻古人类遗骸，找到保存相对良好的样本，才有办法分析。

所幸如今已有成本较低的新技术，让商用定序仪也能处理受损的 DNA，掀起一股分析古老 DNA 的热潮。即使是尼安德塔人尿过的土壤，科学家现在也能分析其中的微量 DNA，完全不需要牙齿或骨头。

2022 年 11 月， 服 务 于 马 克斯 普 朗 克 进 化 人 类 学 研 究 所（MaxPlanck Institute for Evolutionary Anthropology） 的 遗 传 学 家 帕 博（Svante Pääbo），因为相关基础研究卓著而荣获诺贝尔奖，让古遗传学
（Paleogenetics）顿时成为焦点。拜古 DNA 分析技术之赐，科学家发现吕宋人（Homo luzonensis）与丹尼索瓦人（Denisovans）的存在，而现代人拥有大量丹尼索瓦人与尼安德塔人的 DNA。此外，分析出全基因组（Whole Genome）数据的古人类数大 幅 增 加，2010 年 只 有 5 个，2020年已大幅增加到 5550 个。透过这些分析技术，考古学家发现印度人源自于多个人种，进而撼动种姓制度的观念。分析西西里岛 2,500 年古战场的 DNA，可以知道古希腊军队
的成员组成多元，并非如历史学家所勾勒。

古老样本也能解开现代历史的健康谜团。科学家去年发现，有个基因突变让人在黑死病的存活率增加 4 成，但它也是自体免疫疾病（例如克隆氏症）的风险因子。

对于处置人类遗骸的方式，各个文化的观念不同，因此古 DNA 的学家将持续面临道德与后勤问题，但不可否认的是，目前的发现已不断改写历史。

电池回收新技术
回收电池里的关键金属有了新方法，可望让电动车价格更加亲民。受惠于回收技术的进展，老旧的笔电、电钻、电动车中电池的贵重金属可以回收、再制造成新电池，可望成为未来车款的动力来源。

随着电动车日益普及，锂离子电池的需求大幅攀升。愈来愈多人开电动车，固然对气候是福音，但电池少不了金属，
供给已经吃紧，而锂需求预计在 2050年前成长 20 倍。

回收可能是一帖解方。过去回收废弃电池时，贵重金属的回收量往往不稳定，因此不符合经济效益。所幸新技术迅速改善现况，回收业者得以轻易溶解金属，将贵重金属从电池废料分开。回收厂拿到废弃电池与电池制程废料后，现在几乎可以回收将近全数的钴和镍，以及逾 80% 的锂。回收业者计划转卖这些金属，价格几乎开采而来的金属一样，铝、铜、石墨也经常被人回收。

中国的电池回收技术目前引领全球，由宁德时代等电池大厂的子公司所主导。欧盟最近提议制订范围广泛的 回 收 法 规， 其 中 对 电 池 制 造 商 设有 严 格 要 求。 红 木 材 料（RedwoodMaterials）与锂回收（Li-Cycle）等北美回收业者，获得政府与民间注资数10 亿美元，迅速扩大营运规模。展望未来几十年，电池需求预计会出现爆炸性成长，光靠回收恐怕无法因应需求。此外，新型回收技术固然不完美，但是电池回收厂将能带来一定的原物料供应，有助于全球达到气候目标。

电动车大势所趋
电动车问世已经数十年，如今终于驶入市场主流。电动车正在翻转汽车产业。经过多年的缓慢走升后，电动车
销量如今大跃进。根据国际能源总署（International Energy Agency） 数据，零碳排汽车与卡车预计占 2022 年
全球新车销售的 13%，远高于短短两年前的 4%，2030 年前更可望占 30%左右。

电动车之所以从小众跃升至主流选项，有几个原因。
各地政府祭出相关政策，鼓励车厂调整制程，同时补助消费者改买电动车。举几个明显例子，加州与纽约要求所有新车（包括汽车、卡车、休旅车）在 2035 年前达到零碳排，而截至截稿时间，欧盟亦将近底定类似法规。车厂亦纷纷打造供应链、建立产能、推出更多性能更好的车款，横跨不同价位与类型。

中国制的宏光迷你电动车价格略低于 5 千美元，已经成为全球最畅销的电动车，巩固中国身为全球最大电动车生产国的地位。

Hero Electric 与 Ather 等业者持续推出两轮与三轮电动车，带动印度2021 年电动车销量增加两倍（然总数仍然只有 43 万辆左右）。Chevy Bolt与福特 F-150 Lightning 系列各有不同体积与价位的车款，带动愈来愈多美国民众接纳电动车。

然而，电动车的未来仍旧不乏重大考验。多数车款的价位还有降低空间；充电站必须更加便利；干净电力的发电量必须大幅增加，才能因应激增的充电需求。确保电池产量无虞，亦是一大挑战，但如今可以确定的是，耗油车的前景已愈来愈黯淡。

大众市场级的军用无人机
在土耳其制无人机（如 TB2）的推波助澜下，无人机在战事的角色大幅吃重。

要 求 精 准 打 击（Precisionstrike） 的 无 人 机 如“ 掠 夺 者 ”（Predator）与“死神”（Reaper），过去几十年主导了无人机战争。但乌俄战争爆发后，中国、伊朗与土耳其生产的低成本无人机成为主轴。这些机型受到广泛采用，改变了谁能发动无人机战争、又如何布局战事。

有些新型无人机属于现成的四轴飞行器，可用于侦察与短程攻击，中国大疆创新的无人机即是一例。有些无人机能够执行长程任务，如造价 3 万美元、伊朗制的自爆式“见证者”（Shahed）无人机，俄罗斯便是发动这款无人机攻击乌克兰基辅的民众。但最值得注意的，莫过于土耳其拜卡公司（Bayraktar）生 产 的“ 旗 手 ”TB2（BayraktarTB2）无人机。

TB2 造价 500 万美元，由性能中等的零件组装而成，搭配慢速飞行的机体，时速最高达 138 哩，通讯距离约186 哩。拜卡公司指出，TB2 的滞空时间长达 27 小时。如果再搭载摄影机，输送画面回地面站，TB2 顿时成为高性能武器，一方面可精准发射装载于机翼的雷射导引炸弹，一方面则协助引导地面发动炮火。

TB2 最重要的优势在于其相对低廉的成本。“死神”等美制无人机的性能虽然更高，但价格高昂，且面临出口管制严格。相较之下，TB2 任何国家都买得起、也买得到。土耳其军队在 2016 年便曾发动TB2 攻击库德族，后续也受到利比亚、叙利亚、埃塞俄比亚与阿塞拜疆采用（后者用于对抗亚美尼亚）。乌克兰在2019 年采购 6 架 TB2，用于顿巴斯（Donbas）地区的军事行动，但直到2022 年初，乌军发动 TB2 吓阻俄军入侵，这款无人机才受到全球注目。无人机的战术优势显而易见，也势必将在全球造成愈来愈多民众伤亡，令人不胜唏嘘。