要点:
“麻省理工科技评论”的“十大突破性技术”评选，旨在发掘那些具有颠覆性潜力、可能深远影响未来的科技创新，为我们揭示未来几十年可能塑造世界的关键技术。
在一个技术日新月异、竞争激烈的时代，准确判断哪些突破能够经得起时间考验变得愈加困难。然而，正是基于对未来科技潜力的深刻理解和前瞻性视野，“麻省理工科技评论”榜单成为了揭示未来科技力量的指引，展示着那些有望塑造未来几十年世界的技术。
作为全球领先的科技智库之一，“麻省理工科技评论”凭借其独到的洞察力和专业视角，始终处于科技创新的前沿。自2001年起，该机构启动了“十大突破性技术”/10 Breakthrough Technologies的评选，旨在发现那些具有颠覆性潜力的技术创新，而不仅仅是表面的技术进步。
小语言模型
重大意义：大语言模型释放了AI的强大潜力，而现在是小模型高效应用的时代。
主要参与者：Allen Institute for Artificial Intelligence、Anthropic、谷歌、Meta、微软、OpenAI
成熟期：现在
不可否认，人工智能领域中，模型的规模一直被视为至关重要的因素。
2020年，OpenAI推出的GPT-3是当时最大规模的语言模型，其问世不仅推动了AI性能的飞跃，还引发了一场以更大规模为导向的技术革命。正如OpenAI研究科学家Noam Brown在2024年10月TEDAI旧金山会议上所言，“过去五年人工智能领域的巨大进步可以用一个词概括：规模。”
然而，随着高端模型的边际收益逐渐减小，越来越多的研究者开始转向“小规模”寻求“大突破”。在某些任务中，专注于特定数据集的小型模型能够达到甚至超越更大规模模型的性能。这一趋势对那些希望在有限领域内部署AI的企业来说，无疑是一个利好消息。如果需求仅仅是处理高重复性、特定的任务，使用大规模的互联网数据训练模型便显得不那么必要了。
目前，大多数科技巨头已经推出了自家旗舰模型的小型版本。例如，OpenAI提供了GPT-4o和GPT-4o mini，谷歌DeepMind发布了Gemini Ultra和Gemini Nano，Anthropic则推出了Claude 3系列，其中包括大型的Opus、中型的Sonnet和小型的Haiku。同时，微软也在开发一系列名为Phi的小型语言模型。
此外，越来越多的小型企业也开始涌现，AI初创公司Writer宣称其最新的语言模型在多个关键指标上表现与顶级大模型相当，但其参数量仅为后者的1/20。小模型不仅训练和运行速度更快，还提供了更为经济的选择，同时也大大降低了所需的计算资源和能耗，成为环保的良策。而且，得益于其小型化特性，这些模型能够直接在设备上运行，无需依赖云端，从而进一步提升了便携性。总的来说，小型模型正在成为AI发展的新趋势。
Vera C. Rubin 天文台
重大意义：这座巨型望远镜配备了史上最大的天文数码相机，旨在快速、高效地拍摄大量照片，并持久保存。
主要参与者：美国能源部SLAC国家加速器实验室/SLAC National Accelerator Laboratory、美国国家科学基金会成熟期：6个月后
当你仰望星空时，不妨考虑这样一个事实：我们能观测到的物质仅占宇宙的约5%。天文学家认为，剩下的95%由暗能量和暗物质构成，但这些神秘物质究竟是什么，一直是未解之谜。
为了揭开这些谜团，特别是暗物质的奥秘，一个以美国天文学家维拉·鲁宾/Vera Rubin命名的巨型望远镜将在智利开展探索。维拉·鲁宾于20世纪70至80年代发现，在多个螺旋星系的外围，恒星的运动速度远高于预期，她的这一观察为暗物质的存在提供了有力证据，暗物质虽然无法直接观测，但显然对恒星轨迹及宇宙结构产生重要影响。
Vera Rubin天文台将通过更高精度的观测继续鲁宾的研究工作。该天文台由SLAC国家加速器实验室与美国国家科学基金会共同运营，并配备了天文学领域迄今为止最大的数码相机。它的首个任务是进行“时空遗产巡天”/Legacy Survey of Space and Time，天文学家将使用这台巨型望远镜对南半球的星空进行观测，计划持续十年，重复拍摄同一片天空区域。
到任务结束时，这台3.2亿像素的相机预计将记录200亿个星系，收集约60PB的数据，数量是目前美国国会图书馆存储量的三倍。通过专门的算法和超级计算机，这些图像将被整合为一个时间推移的天文视图。这些星系分布和形状信息将为科学家提供研究暗物质引力效应的新线索，并帮助绘制出迄今为止最详细的银河系三维地图。
若一切顺利，这台望远镜将在2025年中捕获其首张科学级图像，这一时刻被称为“首光”/first light，并且不久后，公众将能够看到Vera C. Rubin天文台发布的首张照片。
长效HIV预防药物
重大意义：一种全新药物在预防HIV感染方面表现出极好的效果，且每年仅需注射两次。
主要参与者：Gilead Sciences、GSK、ViiV Healthcare
成熟期：1至3年
2024年6月，关于预防HIV的新药试验结果发布，震惊全球。 Lenacapavir是一种每六个月注射一次的药物，在乌干达和南非的试验中成功保护了超过5000名女性和女孩免受HIV感染，显示出100%的有效性。
由Gilead公司研发的这款药物具有显著优势。自2012年起，已有有效的HIV暴露前预防/PrEP药物问世，但这些药物需要每天服用或在暴露风险前服用，这对健康人群来说负担较重，且因这些药物同样用于治疗感染，服用它们会带来一定的社会污名。
对某些人来说，这些药物价格昂贵或难以获得。而在Lenacapavir的临床试验中，研究人员发现，注射这种新药比每日服用PrEP药物的效果更为显著，可能是因为参与者未能每天坚持服药。
2021年，美国FDA批准了另一款名为Cabotegravir的HIV预防长效注射药物，但尽管需求强烈，其推广进展缓慢。科学家和社会活动人士对Lenacapavir寄予厚望，期待它能迎来不同的局面。
目前，FDA仅批准其用于治疗抗药性HIV患者，但Gilead已与多家制造商签署许可协议，计划在120个低收入国家生产其预防HIV的仿制药。 2024年10月，Gilead公布了Lenacapavir的更多试验结果，在超过3200名不同性别和性取向的参与者中进行的预防试验中，其有效率高达96%。
联合国为终结艾滋病设定了2030年的雄心目标，但全球每年仍有超过100万新增HIV感染病例。幸运的是，我们已经拥有了达成这一目标的药物。当前最紧迫的任务，是确保这些药物能够惠及全球所有需要的人。
生成式AI搜索
重大意义：生成式AI正在重新定义互联网搜索，同时也能提升我们在手机上查找信息的效率。
主要参与者：苹果、谷歌、Meta、微软、OpenAI、Perplexity
成熟期：现在
谷歌通过其Gemini语言模型推出的AI综述功能/AI Overviews，正在重新定义数十亿用户的互联网搜索体验。这一生成式搜索技术可能标志着向AI智能助理迈出的重要一步，未来有望成为一个能解答所有问题并完成各种任务的多功能工具。
与传统搜索结果呈现一堆链接的方式不同，AI综述直接为用户提供简洁、直观的答案，帮助用户在无需跳转多个网页的情况下迅速获取信息。尽管该功能在2024年5月首次在美国上线后，由于出现一些不准确甚至荒谬的答案，引发了争议，谷歌已对生成内容的来源进行了限制，避免使用用户生成内容、讽刺性或幽默性的网站信息。
然而，生成式搜索的崛起并不止步于谷歌。
2024年，微软和OpenAI也相继推出了类似的功能，并不断扩展应用场景，如在电脑及各种设备上，AI可以分析图像、音频和视频，并为用户提供定制化的答案。尽管市场竞争加剧，谷歌凭借其在全球搜索市场的领导地位，已将AI综述功能推广至超过10亿用户，彻底改变了搜索体验，让其更像是与AI的对话。谷歌和OpenAI均表示，生成式搜索正在改变用户与搜索引擎的交互方式，用户倾向于提出更长的问题，并进行更多的追问。
这种AI技术的普及对在线广告和媒体行业产生了深远影响。生成式搜索通常会在回答中提炼在线新闻或文章的内容，这可能降低用户点击原始网站的意愿，从而削弱这些网站的广告收入。此外，已经有一些出版商和艺术家就AI模型的内容训练提起诉讼，生成式搜索可能成为科技巨头与媒体行业之间的新争议焦点。
牛打嗝抑制剂
重大意义：一种能显著减少农业排放的牛饲料添加剂终于问世，为气候变化难题提供解决方案。
主要参与者：Blue Ocean Barns、DSM-Firmenich、Rumin8、Symbrosia
成熟期：现在
奶牛打嗝是导致气候变化的一个重要且棘手的问题，而这一问题的解决方案近期取得了突破性进展。
牛、羊和山羊在消化过程中会排放甲烷，这种温室气体是畜牧业排放的主要来源。根据不同的研究，畜牧业排放约占全球气候污染总量的11%至20%。随着全球人口增加和财富增长，对肉类、奶制品等食品的需求也不断上升，仅通过减少消费需求来减少排放显得不够现实。
因此，针对这一问题的牛打嗝抑制剂应运而生。荷兰公司DSM-Firmenich开发的Bovaer饲料添加剂，声称可以将奶牛的甲烷排放减少30%，对肉牛效果更显著。其原理是通过抑制牛肠道中的一种酶，减少转化为甲烷的氢气和二氧化碳。 2024年5月，美国食品药品监督管理局/FDA批准了该产品在美国的使用，Bovaer目前已在55个国家上市，包括澳大利亚、巴西和欧盟成员国。
与此同时，Blue Ocean Barns、Rumin8和Symbrosia等初创公司正在研发基于红海藻的添加剂，可能进一步减少甲烷排放。其他机构则在尝试开发疫苗或通过改变牛肠道微生物群来寻求更持久的解决方案。然而，目前仍不清楚农场主是否愿意广泛釆用这些产品。
Bovaer的营销方Elanco表示，使用该添加剂的农场主可以获得温室气体信用额度，部分公司通过自愿碳市场购买这些信用额度来减少碳足迹。而Rumin8则指出，使用其产品的牛群可以提供更多的肉类和奶制品。
尽管如此，这些添加剂不能单独解决畜牧业的全部气候问题。为了进一步减少排放，畜牧业还需釆取其他重大措施，如停止侵占吸碳森林。此外，要减少食品需求，食品公司还需要开发更环保、价格更亲民的替代产品，如植物汉堡和奶制品。尽管如此，牛打嗝抑制剂无疑是解决这一重大气候问题的关键一步。
清洁航空燃料
重大意义：工业废料、二氧化碳有望变身环保航空燃料，大幅降低排放。
主要参与者：Gevo、LanzaJet、Montana Renewables、Neste、World Energy
成熟期：现在
2024年，全球航空业消耗了约1000亿加仑喷气燃料，但其中仅有0.5%是环保燃料。不过，随着新技术的发展，这一现状有望发生变化。
数据显示，航空业的温室气体排放约占全球总排放量的4%，而新型替代燃料有潜力显著减少这一排放。此类燃料可以利用多种原料，包括餐饮废油、农作物秸秆、工业废料，甚至通过从空气中捕捉二氧化碳来生产。根据使用的原料不同，这些燃料能将碳排放量减少一半或几乎完全消除。更重要的是，现有的飞机无需改装就能使用这些燃料，从而实现快速的减排效果。
越来越多的政府开始关注这一领域，并通过立法要求航空公司使用可持续航空燃料/SAFs。从2025年起，欧盟和英国的机场将强制要求至少2%的燃料为替代燃料，并计划在未来几十年逐步提高比例，欧盟目标是到2050年达到70%。
目前市场上的替代燃料主要来源于废油脂。 Montana Renewables最近获得了美国能源部14.4亿美元的贷款支持，用于扩建其生产设施。然而，废油脂的供应有限，难以满足未来的需求。
值得庆幸的是，其他技术路线也在快速发展。 2024年初，LanzaJet完成了首个商业化乙醇制喷气燃料工厂，年产能达到900万加仑。尽管通过二氧化碳制造的合成燃料尚未形成商业规模，但预计它们将为航空业提供新的燃料选项。
该领域目前面临的一个关键挑战是成本问题。当前，可持续航空燃料的价格约是传统燃料的三倍。随着越来越多企业的进入，价格有望逐渐下降，但新型燃料的成本仍可能保持较高水平。
快速学习的机器人
重大意义：人工智能让机器人学习新技能的速度大幅提升。
主要参与者：Agility、亚马逊、Covariant、Robust、丰田研究院成熟期：现在
生成式人工智能正以前所未有的方式革新机器人训练，科幻小说中那些具备无所不能能力的机器人，似乎正变得越来越接近现实。
机器人与人工智能的结合已有多年历史。早期，机器人主要通过人工智能来检测障碍物，但近年来，随着大语言模型的迅速发展，机器人专家们看到了全新的机遇。
大语言模型能够“吸收”海量文字信息：从教科书到诗歌，再到使用手册，并能够基于这些资料生成新的内容。将这一方法应用到机器人训练中，前景非常广阔，但挑战也不小。毕竟，生成文字与指导实体机器人完成复杂的动作截然不同。
目前，研究人员在这一领域已经取得了关键突破。他们找到了将多种数据结合并转化为机器人能理解的信息的方法。
举个例子，在洗碗任务中，研究者们让人佩戴传感器以收集真实的洗碗动作数据，并通过机械臂远程示范，同时从网络上收集大量洗碗的图片和视频。经过适当处理后，这些数据被输入到人工智能模型中，进而训练出比传统训练方法更为高效的机器人。通过学习同一任务的不同完成方式，人工智能能在变化的环境中做出更准确的判断和应对。
这一突破将根本改变机器人学习的方式。目前，一些仓储机器人已开始釆用这种创新训练方法，所积累的经验有望为未来的智能家用机器人奠定坚实的基础。
有效干细胞疗法
重大意义：干细胞或将成为治愈疾病的新希望。
主要参与者：美国加州再生医学研究所、Neurona Therapeutics、Vertex制药成熟期：5年
25年前，科学家从体外受精的胚胎中提取出强大的干细胞，这些细胞具有转化为任何人体组织的潜力，从而为医疗领域带来了革命性的希望。人们曾梦想，在身体任何部位出现问题时，能够找到“替换零件”进行修复。
然而，干细胞的研究进展并不顺利。虽然科学家很快找到了一种不依赖胚胎的干细胞培养方法，但要将这些细胞转化为功能完整的成熟组织，挑战远比预期更大。
如今，干细胞的潜力终于开始展现。例如，癫痫患者Justin Graves在加州大学圣地亚哥分校接受了实验室培养的神经元移植，这些神经元经过特殊设计，能够抑制大脑异常放电，防止癫痫发作。自2023年接受治疗以来，Graves的癫痫发作频率从每天一次减少到每周一次。他表示：“这是个令人难以置信的变化，我简直成了干细胞疗法的宣传者。”
这项由Neurona Therapeutics公司开展的癫痫试验还处于早期阶段，至今仅有15名患者参与，但初步结果令人振奋。
2024年6月，另一项干细胞研究也取得突破，针对1型糖尿病的治疗取得显著进展。该病是由免疫系统攻击胰腺中的β细胞引发的，患者需每日依赖血糖监测和胰岛素注射来维持生命。在波士顿Vertex制药公司的研究中，一些接受实验室培养β细胞移植的患者已经能够停止外源性胰岛素的使用，其体内的新细胞能够自主分泌胰岛素。这些突破意味着干细胞研究离“功能性治愈”越来越近，患者有望恢复自我调节能力，重新回归正常生活。
无人驾驶出租车
重大意义：一键叫车的无人驾驶汽车正在更多城市落地。
主要参与者：百度、Cruise、小马智行、Waymo、Wayve、Zoox
成熟期：现在
在中国或美国的某些城市，很多人可能已经见过无人驾驶汽车在街头接送乘客，甚至亲自体验过。这与三年前的情景截然不同，那时这些服务还在探索交通规则。如今，无人驾驶出租车将在更多城市投入运营。
在中国，多个城市的乘客可以选择由百度、安途/AutoX、文远知行和小马智行等公司运营的无人驾驶出租车。这些公司还计划扩展到新加坡、中东和美国市场。
尽管无人驾驶汽车在美国道路上已积累了数百万英里的数据，长期进行训练，但直到最近，公众才真正开始体验这些车辆的服务。
美国的行业领导者是谷歌母公司Alphabet旗下的Waymo。该公司已经在旧金山、洛杉矶和凤凰城推出无人驾驶出租车服务，并计划在2025年初通过与Uber的合作将业务扩展至奥斯汀和亚特兰大。亚马逊旗下的Zoox也计划于2025年在拉斯维加斯推出无人驾驶出租车服务，目前已在旧金山、奥斯汀和迈阿密进行试运营。英国初创公司Wayve则正在适应右侧行驶，并开始在旧金山测试其技术。
然而，实现无人驾驶出租车服务仍面临诸多挑战。在中国，无人驾驶出租车的低价引发了约1000万出租车司机的抗议。在美国，通用汽车旗下的Cruise公司在2023年10月因一起事故暂停运营，近期才恢复车辆测试。特斯拉也需要证明其技术的可靠性，并获得必要的许可证，才能实现2025年在加州和德克萨斯州推出无人驾驶网约车服务的计划。
尽管如此，行业正在不断推进，越来越多的人开始体验无人驾驶出租车，并逐渐适应这一新技术。预计主要参与者将扩展到更多城市，并开展价格竞争。
绿色钢铁
重大意义：全球首座几乎零碳排放的工业规模钢铁厂正在瑞典建设。
主要参与者：Boston Metal、LKAB、Midrex、Stegra
成熟期：1年
一种利用可再生能源制氢生产钢铁的方法，可能为“净化”这一全球碳排放占比8% 的行业带来希望。
目前，大部分钢铁通过煤基高炉生产，每生产一吨钢铁，就会排放约两吨甚至更多的二氧化碳。较新的商业技术：直接还原法/direct reduction，通过天然气将铁矿石转化为铁，减少了约40%的排放，但仍然会产生大量的碳污染。
因此，多个公司正在研发一种新的方法，通过可再生能源制氢与铁矿石反应来生产铁，这一工艺可大幅降低钢铁生产过程中最为耗能和污染的环节。理论上，这些方法能够接近零排放。
瑞典初创公司Stegra（2024年9月更名自H2 Green Steel）已筹集近70亿美元，计划在瑞典北部博登建设一座工厂，利用风能和水电提供的清洁电力，通过电解水制氢。该工厂预计将在2026年投入生产，届时将成为首个工业规模运营的绿色钢铁工厂。
同时，由钢铁制造商SSAB、矿业公司LKAB和能源公司Vattenfall联合开发的Hybrit技术，也正在利用类似的工艺生产绿色钢铁。 LKAB在其铁矿场附近的耶利瓦勒建设了一座工厂，但由于环境许可问题，计划有所延期。
另一种绿色钢铁制造方法是通过在铁矿石与电解质混合物中通电，打破氧化铁中的键，将纯化金属分离出来。如果使用清洁电力，这个过程的碳排放几乎为零。 Boston Metal计划在2026年商业化该技术。
Stegra工厂全面投产后，预计年产450万吨钢铁，尽管这一产量相对于全球年产数十亿吨钢铁来说微不足道，但它将证明钢铁生产可以大幅减少碳排放。与此同时，期望使用绿色产品的客户愿意支付溢价，这为整个行业的绿色转型提供了有力的推动力。
随着科技的飞速发展，世界正处于一场深刻的变革之中。每一个技术突破不仅推动着行业的前行，也在悄然改变着我们的生活方式与思维方式。站在这一时代的前沿，“麻省理工科技评论”所评选出的“十大突破性技术”不仅是对科技进步的认可，更是对未来可能改变世界的力量的预见。每一项入选的技术，都蕴含着潜力，正在悄然塑造着人类社会的未来。
尽管我们无法准确预见未来，但从这些技术的潜力中，我们已能看到未来的曙光。未来的几十年，随着这些突破性技术的不断成熟与应用，我们将迎来一个更加智能、高效与可持续的世界。从根本上改变产业格局、社会结构乃至人类生活方式的科技创新，正逐步成为推动全球发展的核心动力。这一进程，正如“麻省理工科技评论”所期待的那样，将是对我们共同未来的深刻影响。
