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过去的一两年，世界经历了前所未有的巨大变革。传染病不再只是欠发达地区的专有名词，而是已经在全世界范围内夺走了数百万条生命的现实危机；全球各地的史上“最严重自然灾害”“最高气温”等纪录持续被刷新；前些年带给了我们巨大惊喜的信息技术革命，也进入了需要攻坚克难的“深水区”。《麻省理工科技评论》评选推出了年度“十大突破性技术”（10 Breakthrough Technologies），这些技术将如何解决当下的问题，以及会在何种程度上改变人们未来的生活？
新冠口服药
吞下一粒药丸就能使病毒消失，这不再只是一个愿望。感染几天的病人服用辉瑞公司的一种抗病毒药物后，住院的几率减少了89%。美国政府已经订购了价值100亿美元的这种名为Paxlovid的新药。这种药物的原理是扰乱病毒的自我复制能力，药物会锁定并阻断一种叫做蛋白酶的蛋白质，它是新冠病毒进行具有威胁性的复制的关键。其它类型的冠状病毒中也存在类似的蛋白酶，这意味着辉瑞公司的药物也有望抵御下一次大流行病。
COVID变异跟踪
新冠肺炎病毒仍在全球蔓延，在所有对 COVID-19 呈阳性反应的鼻拭子中，约有两百个被送到基因测序机中进行额外分析。这样的基因监测使科学家能够迅速发现并警告新的变体，如阿尔法（α）、德尔塔（δ）和最近的奥密克戎（Omicron）。Omicron是迄今为止变异程度最高的变种，2021年11月南非的一个实验室在其测序仪上发现了一个有 50 多个突变的病毒基因组，在追踪其传播方面为全世界提供了早期预警。
疟疾疫苗
疟疾寄生虫是一种臭名昭著且十分致命的敌人，它已经进化出无数种方法来躲避免疫系统的检测，并在人类宿主体内成长。据统计，每年有60多万人死于疟疾，主要集中在撒哈拉以南的非洲地区。经过多年的发展，2021年10月世界卫生组织终于批准了世界上第一批对抗由蚊子传播的致命疾病的疫苗——RTS,S或Mosquirix。公共卫生官员将这种自1987年就开始测试的疫苗誉为非洲的“游戏改变者”。当与其他疟疾控制措施（包括驱虫蚊帐和在雨季使用的预防药物）相结合时，与使用现有药物的儿童的死亡率相比，它有望将疟疾死亡人数减少多达70%。
AI蛋白质折叠
你的身体所做的一切，几乎都是通过蛋白质完成的，因此，获悉单个蛋白质的作用对大多数药物开发和了解许多疾病都至关重要。而蛋白质是由氨基酸组成的，氨基酸会折叠成一个复杂而扭曲的结，确定这种形状，从而确定蛋白质的功能，需要在实验室中花费数月时间。DeepMind开发的AlphaFold2改变了这种情况。软件使用一种被称为深度学习的人工智能技术，可以预测蛋白质的形状，甚至精确到原子，世界各地的科学团队已经开始使用它来研究癌症、抗生素抗性和新冠病毒。AlphaFold2的真正影响可能需要一两年的时间才能明确，但其潜力正在世界各地的实验室中迅速显现。
除碳工厂
2021 年 9 月，Climeworks打开了Orca的开关，这是迄今为止最大的旨在从空气中清除二氧化碳的工厂。设施位于冰岛雷克雅未克的郊外，每年可捕获 4000 吨二氧化碳。然后该公司的合作伙伴Carbfix，将二氧化碳与水混合，并将其泵入地下，在那里与玄武岩反应，最终变成石头。设施完全依靠无碳电力运行，主要来自附近的地热发电厂。Climeworks的愿景是建立更多更大的工厂来捕获空气中的碳，这将有助于推动成本下降，并实现规模经济。Climeworks公司估计，到本世纪30年代末，捕集每吨碳的成本将从 600 至 800 美元之间降低至100至150美元。
长时电网储能电池
2021年4月可再生能源打破了加州主要电网的纪录，提供的电力可满足94.5%的用电需求，这一时刻被誉为低碳化道路上的一个里程碑。但是，当太阳落山，微风停止，又当如何？寻找价格低廉、时间持久的存电方式成为当务之急，而新型的铁基电池或能够胜任这一任务。Form Energy公司的铁基电池所储存的电能可供使用长达100小时。铁是地球上最丰富的材料之一，这意味着Form Energy公司的产品可能比锂离子电池和钒系液流电池更便宜。如果铁基电池能够以足够低的成本广泛运用，则有助扩大清洁能源的使用范围。
实用型聚变反应堆
几十年来，核聚变发电一直是物理学家的梦想。在远高于1亿摄氏度的温度下，就像在太阳中一样，核子融合在一起，在此过程中释放出大量的能量。如果研究人员能够在地球上以可控和持续的方式实现这些反应，那么人们就可以利用几乎无限的能量来源。2021年9月，Commonwealth Fusion Systems的研究人员对一块10吨重的D型磁铁缓慢充电并提升场强，直到它超过20特斯拉（T），这是同类磁铁的一个新纪录。该公司的创始人说，这一壮举解决了开发一个紧凑、廉价的聚变反应堆过程中所面临的主要工程挑战。Commonwealth Fusion Systems正在建设一个工厂，以大规模生产磁铁，并为原型反应堆奠定基础。如果一切如愿，这家初创公司计划在21世纪30年代初期向电网提供聚变能源。
PoS（Proof of Stake）权益证明
像比特币这样的加密货币需要耗费大量的电力。2021年，比特币网络消耗了超过100太瓦时，比芬兰的年度能耗还要多。由于工作量证明的算法，挖新的货币需要大量的计算能力，因此也耗费大量电力，权益证明则解决了长期存在的能源困境。基础概念是，让每个人互相竞争挖矿是很浪费的。相反的是，权益证明则是通过选举的形式，其中任意节点被随机选择来验证下一个区块。如果一切按计划进行，世界第二大加密货币、运行各种应用程序的以太坊将在2022年上半年过渡到这种模式。预计这一转变将减少99.95%的能源使用。
密码时代的落幕
几十年来，我们一直通过密码在网上进行身份认证，但这种验证方式常常暴露出各种各样的问题。一方面，秘密常常会面临被猜出、窃取和暴力破解的风险；另一方面，记住这些五花八门的密码也是一件令人头疼的事，而新形式的身份验证方式将会帮助我们解决这些问题。
像Dashlane和1Password这样的密码管理器可以帮助你记住所有的密码，甚至能将弱密码替换为强密码。但密码管理也只是保护安全的一半，真正的目标是完全消除密码。Okta、Duo、Google等公司都为人们提供了无需输入密码就能登录的方法。同时，苹果公司的面部识别系统已将生物识别登录纳入主流。你可能已经亲身经历过这种情况，在登录网页或app的时候你没有被要求输入密码，而是被提示从认证应用程序中输入一个六位数的代码，点击手机上的通知，或点击发送到电子邮箱的链接，抑或只需要把手机举到面前。
AI数据生成
人工智能的好处主要集中在数据资源丰富的领域，而合成数据则有望弥补数据的稀缺甚至填补数据的空白。2021年，尼日利亚数据科学公司的研究人员注意到，旨在训练计算机视觉算法的工程师可以从大量以西方服装为特色的数据集里进行选择，但却没有非洲服装的数据集。团队通过使用人工智能生成非洲时尚的人工图像来解决这一问题。在真实数据稀缺或过于敏感的领域，合成数据正变得越来越普遍，无人驾驶汽车已经在虚拟街道上进行了许多训练。支持者还称，合成数据避免了数据库中普遍存在偏见的问题，它的无偏见程度仅次于用于生成它的真实数据。
新闻及图片来源：麻省理工科技评论
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