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國際 | 全球話題

WEF趨勢解讀》10大新興科技最吸金是它:大腸桿菌硬碟、「摸得到」的影像技術

撰文者:李大任
商周頭條 2019.07.11 2,873

大腸桿菌可以當硬碟用?坐在自家房間就能與地球另一端的人握手、擁抱?

世界經濟論壇(World Economic Forum)每年都會發表一份「10大新興科技報告」,期望讓大眾看到能打破既有秩序、吸引投資者和研究人員、而且能在5年內發展為可觀規模的技術。這些技術也要能給社會與經濟帶來重大利益。 商周從今年度的10大科技(見文末)之中,選出最讓人耳目一新的技術,一一解析。

最強超級硬碟誕生》
用生物DNA裝載全球資訊量

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過去我們提到大腸桿菌,會聯想到食品衛生程度,可是大家可曾想過在不久的將來,「1大腸桿菌」可能變成硬碟容量的1個單位?

軟體公司Domo統計,2018年Google平均每分鐘的搜索量為388萬次、人們發送1.6億封電子郵件、在YouTube上觀看433萬則影片、在推特(Twitter)上發出47.3萬次推文、在Instagram上發布4.9萬張照片。

據估計,2020年全球人均每秒將產生1.7MB的數據,假設世界人口為78億,那麼1年就會產生約4180億個1TB硬碟的資訊。照這樣發展下去,現有硬碟容量只夠我們存不到1個世紀。更何況,數據中心還需要大量能量來運作。

科學家目前正在嘗試用DNA來儲存資訊。由長鏈的核苷酸A、T、C和G組成的DNA,是生命的資訊儲存物。數據可改用A、T、C、G這些字母的順序儲存,將DNA轉化為一種新的資訊技術形式。它已很容易的進行常規測序(讀)、合成(寫)和精確複製。DNA也非常穩定,而且儲存資訊不需要太多的能量。

但最吸引人的是DNA的容量。根據哈佛大學丘奇(George Church)和他的同事2016年在《自然材料》(Nature Materials)上發表的計算,構造簡單的大腸桿菌每立方公分就可儲存1019位元。在這樣的密度下,世界上目前1年的所有資訊儲存,都可以用1個邊長約1公尺的DNA立方體滿足。

這項技術並非紙上談兵。丘奇的團隊在研究發表1年後(2017年),採用CRISPR DNA編輯技術,將人的手部圖片記錄到大腸桿菌的基因組中,發現其讀取準確率超過90%。華盛頓大學(University of Washington)和微軟研究院(Microsoft Research)的研究人員也開發了1套全自動化系統,用於書寫、儲存和讀取DNA編碼的數據。包括微軟和Twist Bioscience在內的許多公司都在致力於推進DNA儲存技術。

與此同時,DNA已經被研究人員用來以一種不同的方式管理數據。新一代測序技術的發展,使得數十億個DNA序列能夠被輕鬆地同時讀取。有了這種能力,研究人員可以利用DNA序列作為分子識別「條碼」來追蹤實驗結果。

要讓DNA儲存資料變得普遍,挑戰之一是讀寫DNA的成本和速度要能降低,才可與電子儲存競爭。即使DNA沒有成為一種無處不在的儲存材料,它也肯定會被應用在以全新的規模生成資訊,並長期保存某些類型的數據。

比4D更狂影像技術》
實現全感官接觸的協作網真

自電影《阿凡達》上映後,3D技術已變得非常普遍。藉由影像技術,螢幕上的畫面在視覺上能以立體效果呈現。但你能想像,世界上不同地方的一群人,可透過影像技術聚集在同一個地方,還能夠觸碰到彼此嗎?

能夠實現這種協作網真(collaborative telepresence)的配件,可改變我們一起工作和玩耍的方式。舉例而言,醫師將能像與病人在同一個房間一樣「隔空看診」。或者,朋友和家人一起待在一個舒適的房間或遊覽一個新城市,即使他們實際上不在同一個地方。

若干領域的進展使這種理想成為可能。擴增實境(AR)和虛擬實境(VR)技術正變得越來越可行,而外界也越來越負擔得起大量使用這些技術的成本。電信公司正快速推出5G網絡,足以處理大量數據而不會延遲時間。創新者正在完善技術,使人們能夠與遙遠的環境進行「物理互動」(包括使人們能夠感覺到「他們的機器人化身摸到了什麼」的觸覺感測器)。

雖然協作網真所設想的「完全感官接觸」,可接受的延遲時間比視訊短,但預測人工智慧演算法可以消除用戶對時間間隔的感覺。

協作網真有望在3到5年內實現。微軟等公司已經在投資技術,預計到2025年,這些技術將支撐一個數十億美元的產業。此外,耗資千萬美元,由全日空贊助、XPRIZE基金會發起的ANA Avatar XPRIZE競賽,希望能啟動「將人類的感知、行動和存在,即時傳送到一個遙遠的地方,使世界更加連在一起」的技術。隨著智慧型手機的普及,人們的日常生活和工作也將發生翻天覆地的變化。

循環經濟重大突破》
植物纖維、廢木材變新塑料

我們的文明建立在塑膠製品上。世界經濟論壇指出,預計到2050年,工業生產塑膠將會是2014年的300%。然而,只有不到15%的塑膠可被回收利用,剩下的大部分被焚燒、掩埋或丟棄在環境中——在那裡,由於對微生物的消化有抵抗力,它們可存活數百年。塑膠垃圾堆積在海洋中,會導致各式各樣的問題,過去媒體所報導的「海龜鼻孔被塑膠吸管塞住」、「海豚胃裡發現塑膠袋」等,就是海洋生態浩劫的例證。甚至,這些塑膠垃圾可以透過受污染的魚進入我們的身體。

可生物分解塑膠能緩解這些問題,有助於實現循環塑膠經濟的目標。在這種經濟模式中,塑膠來自生物,未來也將轉化為有機物質。然而,目前由玉米、甘蔗或廢油脂製成的塑膠,通常達不到機械強度的標準。最近,研究者發現,從纖維素或木質素(兩者皆為植物細胞壁的主要成分)中生產塑膠的技術突破,有望克服這些缺點。

這種塑膠對環境的另一個好處是,纖維素和木質素可從非食用植物中、或者從廢棄的木材和農業副產品中取得。但要使這種新型塑膠得到廣泛應用,須克服許多障礙。一是成本;另一是儘量減少生產木質素所需要的土地和水——即使木質素只來自廢物,也需要水將其轉化為塑膠。

這項技術,讓新創企業如雨後春筍般地設立。從倫敦帝國學院(Imperial College London)獨立出來的公司Chrysalix Technologies開發了一種利用低成本離子液體,從原料中分離纖維素和木質素的技術;芬蘭生物技術公司MetGen Oy可以將不同來源的木質素,分解成廣泛應用所需的成分;美國Mobius公司正在開發木質素為基礎的塑膠顆粒,用於「可生物分解的花盆」、「保護農作物的塑膠布」和其他產品。

10大新科技還有哪些》用區塊鏈追蹤食品來源、更安全的核燃料棒⋯⋯

1.用植物纖維做塑料:
從纖維素或木質素中生產塑膠的技術,能在不使用食用作物的情況下提高可生物分解塑膠的強度
2.社交機器人:
能識別聲音、面孔和情緒,解讀語音模式和手勢,甚至進行眼神交流的機器人
3.金屬製電子產品鏡頭:
可取代現有玻璃鏡片,使傳感器和醫學影像設備進一步小型化
4.防止致癌蛋白變化的藥物:
一種能使導致癌症等疾病的「固有無序蛋白質」無法變形的藥物
5.聰明的肥料:
肥料包裝能隨著土壤溫度、酸度的變化決定施肥速度
6.協作網真:
藉由虛擬實境與5G網路,讓身處不同地方的人能觸碰到彼此
7.用區塊鏈技術做食品包裝:
可監控受汙染的食品原料來源,並透過包裝中的傳感器顯示食物何時變質
8.更安全的核燃料棒:
降低過熱可能性,即使出現過熱,也只會產生很少或根本不會產生氫氣,也就不易產生爆炸風險
9.用生物DNA做硬碟:
可將全球1年的所有數據,儲存在1個只有1平方公尺大小的DNA立方體上
10.儲存再生能源的電池:
將使鋰電池儲存最多8小時的能量——足以讓太陽能發電,滿足晚上的高峰需求

資料來源:世界經濟論壇 整理:李大任

責任編輯:林思妍

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