2014年十大具有颠覆性的新兴技术（一）
——《技术评论》杂志评点本年度技术突破
2014年06月17日 来源： 科技日报 作者： 记者 刘霞
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。
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（DIY Drones）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。
对孔德和越来越多像他一样的农民来说，“无人机”仅仅是一种低成本的空中摄像平台，这些无人机有些是微型的固定翼飞机；更多的是四轴或其他多轴飞行器。这些无人机都配备了自动驾驶仪，其使用全球定位系统（GPS）来导航和定位；也配备了由自动驾驶仪控制的标准的瞄准就拍照相机；地面软件可以让无人机拍摄高分辨率的地面图片。
尽管传统的由无线电控制的飞机需要地面驾驶员对其进行操控，但在孔德的无人机内，由3D机器人公司研制的自动驾驶仪可以完成整套飞行动作，从起飞到降落，全部搞定；其配备的软件会对飞行路径进行规划，旨在最大程度地覆盖葡萄园；软件也能对照相机的拍照情况进行控制，让其拍摄的照片达到最优化，以便于日后的分析。
这一低纬度的视野（距离植物几米到120米之间，美国联邦航空管理局规定，业余爱好者无人机最高只能飞行120米左右，再高就要请示汇报）让农民能看到以前用肉眼几乎看不到的风景。与用卫星拍摄的图像相比，用无人机拍摄的图像成本更低且分辨率更高。因为无人机在云下飞行，所以，可以畅通无阻地飞行并拍摄照片。另外，用无人机给农作物拍照也比用载人飞机给农作物拍照便宜，后者的成本为每小时1000美元，而农民们现在可以买到价格不足1000美元的无人机。
小巧、廉价且容易使用的无人机之所以能横空出世，主要得益于微机电系统（加速器、陀螺仪、磁力仪、压力传感器）、小型全球定位系统（GPS）模块、功能异常强大的处理器和数字无线电领域取得的长足进步。这些组件在智能手机内广泛使用，经受了无数次锤炼，它们现在不仅变得更强大，价格也更低廉。另外，无人机的核心组件—自动驾驶仪一般由特定的软件运行，这些软件使用的是由DIY Drones等公司设计的开源代码程序，而非航天工业领域广泛使用的售价高昂的代码，因此，大大降低了无人机的成本。
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。
这是发展得如日中天的数据驱动农业发展的趋势的一部分。目前的农场充满了工业化的奇迹，自动化和其他创新技术多年来的蓬勃发展使农民现在可以用更少的劳动力收获更多的农作物。推土机可以在距离目标位置几厘米内自动播撒种子；用GPS定位的收割机也可以采用同样的精确度收割农作物；网络可以收集与土壤湿度和环境因素有关的数据，将其传送给远方的服务器用于分析。但是，如果我们能更全面地对土壤的含水量进行评估；更好地发现灌溉中存在的问题以及病虫害；对整个农场每天甚至每个小时的情况有全面的把握，会发生什么情况呢？这就是农业无人机现在能为我们做到的，意义已经不言自明。我们预计到2050年，地球上将有96亿人，这些人都需要吃饭进食。农业是投入与产出的问题。如果我们能减少投入，比如，水和杀虫剂的使用，并维持同样的产出，那么，我们将解决这个核心问题。
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。
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、Open Whisper Systems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Silent Circle发布的智能手机加密服务Silent Circle可以对通话、短信和任何邮件附件进行加密。如果你使用Silent Circle，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Silent Circle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。
Blackphone的售价为629美元（约合人民币3774元），其中包括了隐私保护服务的订阅费用。Blackphone的隐私保护功能是斯诺登事件之后，专家们研制出的众多加密措施中的一个。另外一项加密措施为网络流量的加密功能。都柏林三一学院的计算机科学家斯蒂芬 ·法瑞尔通过“互联网工程工作小组”领导了这个项目，他表示，使用能对通话进行加密并防止数据泄露的手机是隐私保护重要的一步，他说：“就我个人而言，我很喜欢加密强度高、隐私设置更友好的手机。”
Blackphone是多项技术的集大成者。Silent Circle公司负责提供通话和短信加密服务；西班牙厂商Geeksphone公司则提供设备，这家公司专注于制造运行开源操作系统的手机。两家公司携手开发了PrivatOS操作系统，这一操作系统有几大优势：一是对应用程序能看到什么数据拥有更大的控制权；其次，这一系统也能对存储在手机上的数据进行加密；而且，用户还可以直接通过无线网络获得Blackphone提供的安全更新，而不需要倚靠运营商。除此之外，这两家公司还向其他企业购买隐私和安全服务。例如，其中一项服务是让跟踪你行为的公司无法看到你浏览过的网页以及搜索的内容。
今年2月份，他们与荷兰KPN通讯公司签订协议出售这款手机，KPN通讯公司也为比利时和德国提供移动通信服务。现在，他们还在与其他运营商谈判。Geeksphone的联合创始人兼首席技术官、年仅22岁的哈维尔·安达靴里拉说：“这将是一台独一无二的设备，迄今还没有人敢制造这样的设备。”
资深安全专家拒绝在Blackphone正式面世之前发表评论，他们表示，要对其进行测试后，才予以评论。Blackphone最早将于今年6月出货。不过，Silent Circle加密技术备受推崇。美国密码学家、信息安全专家兼作家布鲁斯·施奈尔就直言不讳地表示说：“我很喜欢Silent Circle的解决方案。”
尽管这款手机能够帮助用户对抗日常的威胁，比如黑客攻击和数据监听，但该公司自己也承认，这款手机无法对抗NSA无所不在的监视。北卡罗莱纳州立大学的计算机专家、安卓系统安全领域的权威蒋旭宪（音译）表示，Blackphone也有自己的软肋，它无法凭自己的力量保护电子邮件。不过，蒋旭宪也表示：“最新研究对隐私保护来说，无疑是一个巨大的技术进步。”
当然，Blackphone并非一个人在战斗。比如，Open Whisper Systems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。Silent Circle 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。”
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《Brain Mapping》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（Human Brain Project）”将尝试用计算机模拟人脑；与此同时，美国的“大脑计划（BRAIN Initiative）”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。
此前，人体大脑扫描是采用核磁共振和PET技术，但仅能拍摄到1000微米大小的大脑组织。为了更好地理解老年痴呆症或癫痫症患者的大脑活动情况，获得高清晰的大脑图像，德国科学家对一位已故65岁女性的大脑进行了实验。
该研究的负责人、尤利希研究中心的卡特伦·阿穆兹博士称，这位捐献尸体的死者并未罹患任何影响大脑解剖手术的精神疾病。之后，他和同事使用超薄切片机将大脑切成7400片，每一片的厚度仅20微米。随后，他们将切片部分染色，并使用标准实验室相机对每个切片进行高分辨率数字成像，所有的图像数据汇总起来可达到万亿（TB）字节。最后，他们使用一台计算机将数据拼接在一起，得到了大脑的3D图像。这一3D立体图像的精细度达到了20微米，几乎与人的脑细胞一样大小，非常有助于人类理解大脑的工作原理。
阿穆兹说：“我们希望未来能获得细胞级分辨率的大脑图谱，即精度从目前的20微米降到1—2微米。”从多个方面来讲，这是一个令人望而生畏的目标。首先是计算问题，加拿大蒙特利尔神经学研究所的艾伦·埃文斯说，绘制这样精度的大脑图谱需要的数据量是现在的1000倍（PB），目前的计算机无法实时地处理如此多的数据，不过，他乐观地表示，未来或许会实现。其次是物理原因，大脑只能切得这么薄，不能再薄了。
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。
大脑与其他人体器官一样，看起来含混不清，因为细胞内的脂肪阻止了光线的通过。“透明”技术将脂肪溶解，用类似凝胶的物质替代它，其他部分不仅毫发无损也能被看见。尽管“透明”技术能被用于老鼠的大脑上，但对目前的技术而言，人脑太大了，无法毫发无损地进行研究。不过，戴瑟罗斯表示，“透明”技术已经被用于人脑组织的区块（其比纤薄的大脑切片大数千倍）上，从而使3D重建更简单，错误率更低。埃文斯则认为，“透明”技术和偏振光成像技术都为大脑的片段提供了更高的分辨率，“我们希望这些技术未来能应用于整个人脑”。
