关于科技突破，人们经常问，你说的“突破”是什么意思？这是一个很好的问题，因为我们的一些技术还没有得到广泛的应用，而另一些则可能正处于商业化的边缘。我们真正想要的是一项将对我们的生活产生深远影响的技术。2018年，地球上的科技都发生了哪些重大突破呢？

1、3D金属打印

虽然3D打印技术已经存在了几十年，但它仍然主要是业余爱好者和设计师所关心的领域。而且，用塑料或者金属打印物体的成本很高，而且速度慢得令人抓狂。然而，现在，它变得越来越便宜，很容易成为制造零部件的一种潜在的实用方式。如果被广泛采用，它可能会改变我们大规模生产许多产品的方式。比如在短期内，制造商不再需要维持大量的库存。从长远来看，大规模生产有限系列部件的大型工厂可能会被规模较小的工厂所取代，这些工厂的生产规模却更大，并且可以适应客户不断变化的需求。

这种技术可以制造出更轻、更强的部件，以及复杂的形状，而传统的金属制造方法是不可能的。它还可以对金属的微观结构提供更精确的控制。2017年，美国波士顿的一家公司Desktop Metal开始销售其首个金属原型机，其3D打印机的速度比老式的金属打印方法快100倍。另外，通用电气长期以来一直支持在其航空产品中使用3d打印技术，它的新金属打印机的测试版本已经足够快，可以用来制造大部件。该公司计划在2018年开始销售这款打印机。

近期几年，3D打印技术极有可能被商业化。宏观上来看，3D打印技术为人类社会进步注入了新动力；而对个体而言，及时抓住这个机遇，它可能会为你带来巨大的财富。

2、人工胚胎

重新定义生命如何被创造的突破性进展中，英国剑桥大学的胚胎学家们用干细胞培育出了老鼠胚胎。然而，密歇根大学和洛克菲勒大学已经着手用人类干细胞制造出一个人造胚胎了。然而，人工胚胎提出了伦理问题。如果它们与真正的胚胎没有区别呢？在他们感到疼痛之前，他们能在实验室里培养多久？生物伦理学家说，在科学深入之前，我们需要先解决这些问题。

3、遥感城市

近些年来，许多建造智能城市的计划都遭遇了搁浅，或者因为这种“智能城市”只有超级富豪能够住得起，而将大多数人排除在外。多伦多的一个名为Quayside的新项目希望通过重新建立一个城市社区，并采用最新的数字技术重建它。

总部位于纽约的Alphabet’s Sidewalk实验室正与加拿大政府合作，参与该项目，该项目将在多伦多的工业滨水区进行。该项目的目标之一是，基于宏大的传感器网络收集各种决策和信息，包括从空气质量到噪音水平，再到人们的活动。该计划要求所有车辆都是自主和共享的。机器人会在地下游荡，做一些琐碎的事情，比如送邮件。该实验室表示，它将开放针对该城市创建的软件和系统的访问，这样其他公司就可以在上面建立服务，就像人们为移动电话开发应用一样。

该公司打算密切关注公共基础设施，这引发了对数据治理和隐私的担忧。但Alphabet’s Sidewalk实验室认为，它可以与社区和当地政府合作，缓解这些担忧。

4、人手一个AI

到目前为止，人工智能主要是亚马逊、谷歌和微软等大型科技公司的玩物，还有一些创业公司。对于许多其他公司和部分经济部门来说，人工智能系统太过昂贵，难以完全实现。

这个问题的解决方案是什么?基于云计算的机器学习工具将人工智能带给更广泛的受众。到目前为止，亚马逊的AWS子公司主导着云计算。谷歌也正在钻研这一技术，他们推出了TensorFlow，是一个开源的人工智能图书馆，可以用来构建其他的机器学习软件。最近，谷歌宣布了云自动系统Cloud AutoML，这是一套预先训练的系统，可以让人工智能更容易使用。另外微软也有自己的人工智能云平台Azure，它正与亚马逊合作，提供一个开源的深度学习图书馆Gluon。Gluon被认为是制造神经网络的一种关键技术，它可以粗略地模仿人类大脑的学习方式。

目前还不清楚这些公司中哪一家将成为提供人工智能云服务的领导者。但对于赢家来说，这是一个巨大的商机。如果人工智能革命将在经济的不同领域更广泛地传播，这些产品将是必不可少的。目前，人工智能主要应用于科技行业。如果能够更充分地利用这项技术，这将会对经济生产力产生巨大的推动作用，医药、制造业和能源等行业也可能发生转变。一旦云将技术应用到几乎所有人的范围内，真正的人工智能革命就可以开始了。

5、神经网络

人工智能在识别事物方面做得非常好，它可以展示上百万张照片，可以用不可思议的精确度告诉你，哪一幅画描绘的是行人过马路。但是人工智能在生成行人图像方面是毫无希望的。问题是，创造一种全新的东西需要想象力，而单纯靠人工智能是不可能的。那么这个问题该如何解决？

解决方法最初始于2014年的一场学术辩论中，由当时蒙特利尔大学的博士生Ian Goodfellow提出的“生成式对抗网络”，也就是所谓的GAN。它采用了两种神经网络，即人类大脑的简化数学模型，用来在数字游戏中进行对抗。这两个网络都是在相同的数据集上进行训练的，其中一个被称为“生成器”，任务是在已经看到的图像上创建不同的图像。第二种，被称为鉴别器，被要求识别它所看到的例子是否像它被训练的图像。随着时间的推移，生成器可以变得非常善于产生图像，以至于鉴别者无法识别哪个是初始图像。在过去的几年里，这项技术已经成为人工智能领域最重大的进步之一，它能够帮助机器产生出欺骗人类的结果。

6、巴别鱼耳塞

在经典科幻电影银河系漫游指南中，你往耳朵里放一条黄色的巴别鱼，便瞬间可以得到其他语言的翻译。在现实世界中，谷歌提出了一个解决方案：一款售价159美元的耳塞，名为Pixel Buds。一个人戴着耳机，而另一个人拿着手机。当一个人说出英语时，耳塞所具有的应用就可以翻译出对话，并在另一个电话中传出。

7、零碳天然气

在可预见的未来，天然气可能会成为我们主要的电力来源之一。它廉价且容易获得，目前天然气的发电量占美国电力的30%以上，占世界电力的22%。尽管它比煤炭更清洁，但它仍然是碳排放的巨大来源。

位于美国石油和炼油行业核心的休斯顿郊外的一个试点电厂正在测试一种技术，该技术可以使天然气变为清洁能源。该公司拥有50兆瓦的发电能力，并声称它能以和标准天然气工厂一样低的成本发电，并捕获在这个过程中释放的所有二氧化碳。如果是这样的话，这将意味着世界有办法从化石燃料中以合理的成本生产无碳能源。该工厂将燃烧天然气释放出的二氧化碳置于高压和高温之下，并利用由此产生的超临界二氧化碳作为“工作流体”，驱动一个特别建造的涡轮机。大部分的二氧化碳可以持续循环利用，其余的可以便宜地捕获。

8、完美的在线隐私

真正的互联网隐私最终可能会成为现实，这要归功于一种新的工具。该工具是一种新兴的加密协议，称为zero-­knowledge proof（零知识证明）。尽管研究人员已经研究了几十年，但在过去的一年里，人们的兴趣激增，这在一定程度上要归因于人们对加密货币的痴迷。在2016年年底推出的数字货币Zcash，证明了zero-­knowledge proof的作用。Zcash的开发人员使用了一种名为zk-SNARK的方法，为用户提供匿名交易的权力。在比特币和大多数其他公共区块链系统中，这通常是不可能的，在这种系统中，每个人都可以看到交易。尽管这些交易理论上是匿名的，但是它们可以与其他数据相结合，就可以用来跟踪甚至识别用户。对于银行来说，这可能是一种在支付系统中使用方法，而不会牺牲客户的隐私。

9、基因”算命“

总有一天，婴儿会在出生时得到DNA报告卡。这些报告将提供关于他们患心脏病或癌症的几率，以及比一般人更聪明的预测等等。事实证明，大多数常见的疾病和许多行为和特征，包括智力，都是由一个或几个基因组成的结果。利用大量基因研究的数据，科学家们正在创造他们所谓的“多基因风险系数”。

尽管新的DNA测试仅仅能够提供可能性，而不是诊断，但它们可以极大地造福医学。例如，如果患乳腺癌高风险的女性可以接受更多的乳房检查，而那些低风险的女性则可以少一些。制药公司也可以在预防药物的临床试验中使用这些疾病，如阿尔茨阿尔茨病或心脏病。通过挑选那些更容易生病的志愿者，他们可以更准确地测试药物的疗效。

问题是，这些预测远非完美。谁想知道他们可能会患上阿尔茨阿尔茨病？如果一个癌症风险较低的人推迟了筛查，然后又患上了癌症呢？同时多基因风险系数也有争议，因为它们可以预测任何特征，而不仅仅是疾病。例如，他们现在可以预测一个人在智商测试中的10%的表现。但是家长和教育工作者将如何使用这些信息呢？极有可能，基因数据将被用于好的和坏的目的，这使得这项新技术“同时令人兴奋和令人担忧”。

10、材料的量子飞跃

强大的新型量子计算机的前景出现了一个难题。我们能够用今天的机器来完成计算的壮举，但我们还没有弄清楚我们会用这些“壮举”来做什么。最近科学家实现了这种技术：精确地设计分子。

化学家们已经在为拥有更有效的药物、更好的电池、能将阳光直接转化为液体燃料的化合物、以及更高效的太阳能电池而开发着新的蛋白质。

这些是极其困难的事情，因为分子在经典计算机上很难建模。试着在一个相对简单的分子中模拟电子的行为，你会遇到复杂的问题，这远远超出了今天的计算机的能力。

但对于量子计算机来说，这是一个简单的问题。最近，IBM的研究人员使用了一种带有7个量子位的量子计算机成功模拟一个由三个原子组成的小分子。当科学家们制造出更多量子位的机器，以及更重要的量子算法时，我们应该能够精确地模拟更大、更有趣的分子。