作者：袁国辉
出版社：人民邮电出版社
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科技之巅·麻省理工科技评论(套装共2册)试读：
前言
2016年10大突破技术
2015年10大突破技术
2014年10大突破技术
2013年10大突破技术
2012年10大突破技术
参考文献返回总目录内容提要《麻省理工科技评论》从2001年开始，每年都会公布“10大突破技术”，即TR10（Technology Review 10），并预测其大规模商业化的潜力，以及对人类生活和社会的重大影响。
这些技术代表了当前世界科技的发展前沿和未来发展方向，集中反映了近年来世界科技发展的新特点和新趋势，将引领面向未来的研究方向。其中许多技术已经走向市场，主导着产业技术的发展，极大地推动了经济社会发展和科技创新。
本书收集了2012年～2016年的50大突破技术。这些技术是为解决问题而生，将会极大地扩展人类的潜能，也最有可能改变世界的面貌，值得在未来十年内给予特别关注。推荐序一用人工智能改变世界
回顾往昔，我们很容易发现科学技术改变世界的巨大力量。在短短几代人的光阴中，我们通过“阿波罗计划”见证了人类在月球上的第一步，遵循“摩尔定律”实现了计算机运算性能指数般的飞跃，利用互联网达成了互联互通沟通你我的梦想。再看今朝，新一轮科技革命的浪潮在人工智能技术的引领下愈发蓬勃，可以预见，我们的生活又将经历革命性的变化。古人说“以史为镜，可以知兴替；以人为镜，可以明得失”，在科技发展越来越超乎大众想象的年代，我们迫切地需要一本书来总结过去，指引未来。作为历史最悠久、影响最大的技术商业类杂志，《MIT Technology Review》每年遴选十项技术创新，“《麻省理工科技评论》50大突破技术”由此而生。
我们可以预见，下一个新的时代是万物互联时代，而语音作为人与外界最自然的交互方式，也必将成为人工智能中人机交互的主要手段。在此新时代到来之时，我作为多年深耕语音及人工智能行业的专业人士在此著序发声，深感荣幸；其次，也为人工智能和语音产业的蓬勃发展感到由衷的高兴。
纵观近5年的《MIT Technology Review》年度10大突破技术，人工智能的相关内容连续出现——2013年“深度学习”位居10大技术突破的榜首；2014年以高通pioneer系列机器人为代表的“神经形态芯片”榜上有名；2015年，脑科学研究再次名列其中。技术的突破指引着未来的方向，这一切正如科大讯飞董事长刘庆峰所说，“人工智能时代已经汹涌而来，未来5～10年人工智能会像水和电一样成为我们生活的标配”。不仅如此，人工智能作为一项具有战略和前瞻意义的领域，伴随近年来大数据、云计算等新一代信息技术的发展和智能化应用需求的激增，也受到了全球的广泛关注。
智能语音是打开人工智能大门的钥匙。2016年，智能语音技术首次入选“MIT十大突破技术”名单，而在我们手握智能语音这把钥匙的背后，是17年前一群专注于智能语音及人工智能研究的中科大在校大学生。他们一起创立了科大讯飞，并经过多年的艰苦前行和探索，在2016年8月让讯飞开放平台的总用户数超过8亿，开发伙伴达到18万，每天提供服务达25亿次，在中文语音识别、合成、评测、机器翻译等核心技术上实现了全球领先。
裹足不前只会迅速落后，手握钥匙的科大讯飞以敏锐的行业嗅觉投入到以语音为基础的人工智能研发之中，在2014启动了“讯飞超脑”计划，取得了包括感知智能和认知智能在内的全面突破。在感知智能领域，计划实现对普通话和方言乃至人际沟通言语的理解，识别错误率实现每年30%～50%的下降；在认知智能领域，计划突破语言理解、知识表示、联想推理、自主学习等多个单项技术，从而做到让机器能理解、会思考。
现在的科大讯飞坚持“在中国，用人工智能改变世界”的信仰，坚守“顶天立地”的信条，重视人工智能源头技术的研发和产品开发。我们的使命就是“让机器从能听会说到能理解会思考”，并不断向更远大的目标迈进。我们可以预见，在万物互联的IT产业趋势下，以语音为主，键盘、触摸等为辅的人机交互智能时代正在汹涌到来。
在浪潮之下，我们也要清醒地认识到新技术的产业化需要一个过程。以此前入选的“Baxter工业机器人”为例，首批上市的Baxter机器人售价高达22 000美元，价格之高令人咋舌，使用者更是凤毛麟角。但新技术进入生活就像水滴滴入水面，最初起伏的涟漪如同新技术与实际应用之间的差距，其影响范围较小；而随着波纹的不断展开，涟漪也在不断变小，如同新技术在扩大受众的同时也在不断改进，最终，新的技术融合到我们的生活中，水面也再一次平静，等待着下一滴水滴的到来。
技术突破代表着未来，通过不断的突破和不断的改进，我们的未来也在不断地发生着变化，而人工智能将在智能硬件、车联网、机器人、自动客服、教育等生活的方方面面都为我们的生活带来翻天覆地的变化。
五年内50大技术突破，“《麻省理工科技评论》50大突破技术”不仅仅涵盖了物理、化学、生物、电子和信息等方面的技术突破，而且随着其甄选出的一项一项新技术从实验室走向生活，也在用另外一种方式向我们昭示着即将到来的新生活。科大讯飞也将伴随着“《麻省理工科技评论》50大突破技术”见证人工智能给我们带来的新生活、新未来，在人类文明进步史上写下浓墨重彩的一笔。
科大讯飞轮值总裁、研究院院长 胡郁推荐序二科技引爆未来
习近平主席在杭州G20峰会开幕式的演讲中明确指出：“以互联网为核心的新一轮科技和产业革命蓄势待发，人工智能、虚拟现实等新技术日新月异，虚拟经济与实体经济的结合，将给人们的生产方式和生活方式带来革命性变化。” 上一轮科技和产业革命提供的经济动能面临消退，以人工智能、虚拟现实为主的新一代互联网科技增长动能正在孕育；全球互联网公司不再是自娱自乐，而是带动各个实体行业“跨界重混”，物联网、工业互联网、增强现实技术正在加速虚拟经济与实体经济的碰撞与融合。当互联网进入实体经济，试错成本、创新周期将明显增加，跨界创新不能急于求成，未来的成功企业同时具有互联网能力与传统产业资源，把虚拟经济做实，把实体经济做虚。
目前全球正处于新一轮科技变革的初期。以美国为例，2006年以金融巨头、能源巨头、IT巨头为代表的五家企业总市值为1.7万亿美元，而十年后，Apple、Google、Microsoft、Amazon、Facebook占据了市值最大的TOP5位置。这五家互联网科技公司总市值高达2.3万亿美元，员工总人数却是“昔日霸主”的十分之一以下。这些科技翘楚在云计算、大数据、人工智能、VR/AR、物联网几大前沿领域大笔投入百亿美元巨资，招募全球顶尖科技人才，力争延续美国在电力时代、IT时代、互联网时代的科技领袖地位。谁掌握了下一代核心科技，谁就是未来半个世纪的世界文明中心，工业时代的欧洲、电气时代的美国、互联网时代的中国发生的产业升级都印证了这一点。
科技是人类世界发展的原动力，由单点技术突破、网络普及效应共同激发。在过去几千年中涌现的蒸汽机与铁路网、发电机与输电网、燃油发动机与公路网、计算机与互联网、人工智能与物联网，都在不断印证着节点与网络之间的协同变革，每一次都极大提升了整个人类社会的人均生产力，释放出全人类的体力、脑力投入到全球产业升级中。
50大突破技术集中在8个核心领域：互联网（18项）、健康（11项）、能源（7项）、工业（5项）、计算机（4项）、材料（2项）、农业（2项）、航空航天（1项）。DT和IT技术群占比达到44%，并且正在改变其他行业技术研发的协同网络、创新速度，所以“互联网+”“健康大数据”“能源互联网”“工业互联网”等跨界重度混合趋势愈演愈烈。互联网是产业赋能器和科技加速器，各行各业逐步与互联网技术深度融合后快速突变，云计算打造DT新经济基础设施，物联网构筑C2B服务大市场，大数据培育人工智能商业平台。前20年是“互联网产业化”“原子比特化”，互联网产业从0到1，互联网平台海纳社会资源，其他行业销售前端上网；后20年是“产业互联网化”“比特原子化”，互联网成为社会公共基础设施，各产业后端平台网络化重构，形成类似互联网的垂直行业智能平台。另一方面，新能源、生命科学是第二大科技创新领域，近五年突破技术占比达36%，可持续、低成本的新能源引发新一轮能源革命，带来诸多产业升级，而基因研究正在提升人类的生活质量与寿命。互联网、生命科学、新能源成为推动人类科技发展的“三驾马车”，相辅相成，组合创新，例如自动驾驶电动汽车、医疗智能机器人等跨领域创新产品不断涌现，促进创新产业带汇聚、生产力提升。
全球科技是“一极多强”格局，由美国政企大笔投资科研定义未来，中国、以色列、印度等国战略性跟随竞合。从全球创业创新趋势来分析，科技创新集群中，高校研究群体、大型科技公司、小型创业公司、风险投资网络四个关键要素缺一不可。高校培养的高素质人才，毕业前后进入大型科技公司实践成长，而后带着产品研发经验的科技人员从大企业“溢出”，创立公司或加入创业公司，越来越多的创业公司吸引国内外风险投资的关注与支持，这样的“人才流水线”是国家科技创新的土壤。而同时汇聚教育、科技、创业、风投丰富资源的地区会在新一波科技浪潮中迅速崛起，获得远超其他地区的时代发展机遇。以硅谷为代表的科技创新产业带具有人才资源先发优势，而每个国家的高等学府、大型互联网科技公司承担着“人才训练营”的战略使命，推动“创新飞轮”正向循环发展。
科技兴则国兴，科技弱则国弱。美国创业群体在利用互联网时代赚的大笔资金投资人工智能、机器人、量子计算、航空航天、生命科学、新能源，而中国创客则热衷于O2O、游戏、直播、社交网络、广告营销等商业应用。中国在科技创新上仍明显落后于美国，如不能客观认识差距并加速投入未来科技领域，则将错过宝贵的时间窗口。本书是未来科技启蒙的最好读物，开放的思想格局、大胆开拓的恒心、世界级的创新孵化平台，正是中国创客所渴望的孕育环境。迫切期待更多年轻人、企业、投资人加入到科技强国的浪潮中，早日看到中国自己定义未来的“50大突破性技术”！
阿里云研究中心主任 田丰
2016年9月6日前言从石器时代到数字时代From the Stone Age to the Digital Age
人类发展经历了漫长时期。最重要的进化，是学会使用工具，有了“技术”。
没有工具，人类就是一个脆弱的物种，没有任何人可以手无寸铁地面对自然。技术伴随人类成长，从野蛮走向文明。人类历史就是一部技术史。
几十万年前，地球上有多种猿人，都是非洲丛林中的普通种群，以啃食野果为生。但是，其中一种猿人，也许是基因突变，也许是偶尔使然，学会了以锋利的石块采割果实，捕猎动物，剥制兽皮。这一“技术”的获得，让它从其他猿人和动物中分离出来，人类学家称它为“智人”(Homo Sapiens)。人类历史由此开始，史称“旧石器时代”。
石器之外，智人还学会了取火。火对于古人类犹如电对于现代人。火能煮熟食物，以前无法吃的块茎、种子、皮肉可以成为熟食。食物的改善让人类大脑进一步发育，加快了进化。火提供温暖，让人类在冰河时期未遭灭绝。火提供照明，夜幕降临也能活动，并能进入洞穴等黑暗场所。火能击退野兽，还能将茂密的丛林烧成食物满地的原野。
语言是取火之外的又一重大技术。语言从唱鸣喊叫进化而来，最初的语言是少数惊叹词和名词，慢慢发展到表达行动和关系。语言让人类得以交换、传递思想，集结同类，人类成为社会性动物，发展出社会组织（氏族、部落）。
约12 000年前，以制陶器技术为标志，新石器时代开始。制陶技术属于“火化技术”，后来发展出冶金技术，用天然粗铜冷加工制作了很多有用的工具。新石器时代房屋建造已经使用灰泥和砂浆，利用土料土坯和石块建造房屋。新石器时代晚期，有了专职的陶匠、编织匠、泥水匠、工具制作匠。人们观察天空，判断方向、季节和收割时间。约10 000年前，他们掌握了野生植物的生长规律，开始播种、耕作，人类从食物采集转至食物生产，发展出农业和牧业技术。编织技术出现，剪羊毛，种植亚麻和棉花，纺线，织布。人类开始过着定居的生活，开始了较完备的食物生产和生活方式。
约6 000年前，以青铜器（铜锡合金）的出现为标志，人类进入“青铜器时代”，直至公元初年。较之石器，金属工具有更大的优点。金属制造涉及采矿、冶炼、锻造和铸造等复杂技术，需要熔炉风箱。金银加工、面包酿酒技术也随后出现。动物被用来牵引和运输，出现了车、船。依靠新的灌溉技术和农业技术，生产力提高，人口增加，国家开始出现。
为了分配剩余产品，需要把口头的和定量的信息记录下来，出现了书写和计算。由“结绳记事”进化到文字，出现楔形文字、象形文字、拼音文字。书写替代了身传口授，其后渐渐产生出有文学价值的成分。计算是随同书写一起发展起来的技术，用于计数、交换、记账。天文学、占星术、气象学和法术伴随历法出现，历法不仅用于农业，也用于仪式活动和经济活动，如确定签约和履约的日期。天文学、占星术、巫术用于预测庄稼收成、军事行动或皇帝的未来。医术也发展起来，皇家有专职御医，他们积累解剖学和草药的经验和知识。
青铜器时代后期，出现了埃及、华夏、印度、希腊、罗马等古文明。强盛的罗马帝国横跨地中海、欧洲和近东。
古罗马人是古代最伟大的工程师和技师。罗马文明就是技术的文明。技术铸就了所向无敌的罗马军团和四通八达的道路网、供水系统。罗马政体民主、法律完备，是保证帝国机器运转的极重要的社会技术。公元前100年罗马人发明了水泥。这是创造世界的一项关键技术。它改变了建筑工程，成为构筑罗马文明的砌块。可以说，水泥支撑了罗马帝国的扩张。到处都有技术和工程活动。工程师得到社会的认可，有的人还得到过国家工程领域的最高地位，如罗马的维特鲁维（Vitruvius）曾担任罗马皇帝奥古斯都的建筑师。
约公元前600—前300年，史称古希腊时代。希腊人的心智中萌生了一种奇特的崭新的精神力量，开始了发现世界和认识自然的抽象思索和观察、辩论，对象包括天体、地震、雷电、疾病、死亡、人类知识的本性等。科学，又称为自然哲学，由此滥觞发源。
希腊海岸曲折，山岳嶙峋，寒风凛冽，生存条件并非优越，却孕育了一个活力充溢的种族，建造起先进的文明。没有哪个古代社会像古希腊一样涌现过那么多的贤哲，在远古建立过那么良好的政体。完善的民主制度释放出自由空气，赋予希腊人思索的闲暇和乐趣。能理性地探讨社会制度，也就能理性地探究自然原理。科学在希腊诞生，绝非偶然。
希腊米利都的泰勒斯（Thales of Mliletus，公元前625—前545年）也许是世界上第一位科学家。他发现了静电，用三角形原理测量海上船只的距离，提出尼罗河水每年的泛滥是地中海季风引起，大地像船浮在水上，地震是浮托大地的水在做某种运动引起，水是孕育生命的万物之源。他的观点也许是幼稚的，方法却是“科学”的：采用理性思考的方式，没有涉及神或超自然的东西。别忘了当时是巫术和迷信盛行的蒙昧时代。泰勒斯及其追随者都是有神论者，他告诫人们“神无处不在”，例如，磁石就有“灵魂”。泰勒斯却让自然界脱离神性，把自然当作研究目标，理性思考，提出解释。
希腊不断涌现科学家。毕达哥拉斯（Pythagoras，公元前580—前500年），证明了毕达哥拉斯定理（勾股定理）。恩培多克勒（Empedocles，公元前495—前435年），提出月亮由反射而发光，日食由月亮的位置居间所引起。德谟克利特（Democritus,公元前460—前370年），提出万物由原子构成。欧几里得（Euclid，公元前330—前275年），总结了平面几何五大公理，编著流传千古的《几何原本》。阿基米德（Archimedes，公元前287—前212年），静力学和流体静力学的奠基人，提出浮力定律，用逼近法（微积分的雏形）算出球面积、球体积、抛物线、椭圆面积，研究出螺旋形曲线（“阿基米德螺线”）的性质。发明了“阿基米德螺旋提水器”，成为后来的螺旋推进器的先祖。他研究螺丝、滑车、杠杆、齿轮等机械原理，提出“杠杆原理”和“力矩”的观念，曾说“给我一个支点，我就能撬起整个地球”。设计、制造了举重滑轮、灌地机、扬水机等多种器械。为抗击罗马军队的入侵，他制造抛石机、发射机等武器，最后死于罗马士兵的剑下。
这些科学开拓者要么自己拥有资产，要么以担任私人教师、医师为主，并不存在“科学家”这一职业（“科学家”这一名词直到两千多年后的1840年才出现）。苹果掉落在地上，星星为什么悬在空中？古希腊人探索科学完全发自对自然奥秘的兴趣或精神追求，形成了亚里士多德的纯科学传统。
亚里士多德（Aristotle，公元前384—前322年）与柏拉图（Plato，公元前428—前347年）、苏格拉底（Socrates，公元前469—前399年）并称为西方哲学奠基人。苏格拉底年轻时喜欢自然哲学，但哲学的偏好使他放弃了自然研究，专注于思考人的体验和美好生活。苏格拉底后来被雅典法庭以侮辱雅典神和腐蚀青年思想之罪名判处死刑，他本可以逃亡，却认为逃亡会破坏法律的权威，自愿饮毒汁而死。他的衣钵传给柏拉图。柏拉图建立了一所私人学校（柏拉图学园，存在800年之久），传授和研究哲学、科学。学园大门上方有一条箴言：“不懂几何学者莫入。”亚里士多德、欧几里得是其中的学生。
柏拉图死后，亚里士多德在爱琴海各地游历，被召为王子的家庭教师，王子就是后来的亚历山大大帝。如同所有的希腊科学家一样，亚里士多德不接受国家当局的监督，与当权者无任何从属关系。他的讲书院设在雅典郊区的一处园林里。他的纯科学研究涉及逻辑学、物理学、宇宙学、心理学、博物学、解剖学、形而上学、伦理学、美学，既是希腊启蒙的巅峰，也是其后两千年学问的源头。他塑造了中世纪的学术思想，影响力延及文艺复兴时期。他观察自由落体运动，提出“物体下落的快慢与重量成正比”。他研究力学问题，认为“凡运动的事物必然都有推动者在推着它运动”，因而“必然存在第一推动者”，即存在超自然的神力。地上世界由土、水、气、火四大元素组成。白色是一种纯净光，其他颜色是因为某种原因而发生变化的不纯净光。他对五百多种不同的植物动物进行了分类，对五十多种动物进行了解剖研究，是生物学分门别类第一人，也是著述多种动物生活史的第一人。他的显著特点是寻根问底：为什么有机体从一个受精卵发育成完整的成体？为什么生物界中目的导向的活动和行为如此之多？他认为仅仅构成躯体的原材料并不具备发展成复杂有机体的能力，必然有某种额外的东西存在，他称之为eidos，这个词的意思和现代生物学家的“遗传程序”颇为相近。亚里士多德坚信世界基本完美无缺而排除了进化的观点。
他专注于科学，却远离技术，认为科学活动不应考虑功利、应用。在追随亚里士多德的历代科学家看来，他代表了科学的本质和纯粹——对自然界以及人类在其中地位的一种非功利的、理性的探索，纯粹为真理而思考。
亚里斯多德的科学方法论，被奉为经典影响了两千年。科学清高脱俗，不触及实际问题，更不用说去解决实际问题。不仅如此，从柏拉图开始就形成了一种轻视体力劳动的风气，排斥科学的任何实际的或经济上的应用，使理论与实践分离。
罗马与希腊相反，工程技术欣欣向荣，科学却不景气。罗马人不重视——实际是蔑视——科学理论和希腊学问。他们全力以赴地解决衣食住行、军事征战的技术问题，不需要对日月星辰这些司空见惯的现象寻求解释。
公元476年，罗马帝国灭亡，被蛮族文化取代，大部分罗马文明被破坏，欧洲进入黑暗的“中世纪”（公元476—公元1453年）。罗马先进的知识和技术，包括水泥制造技术，都失传了。在其后的1 200年里，欧洲人不得不依赖落后的沙土黏合材料建造房屋，直至1568年法国工程师德洛尔姆（Philibert del’Orme，1514—1570年）重新发现罗马的水泥配方。
在此后的一千多年里，中国成为技术输出的中心，向欧亚大陆输送了众多发明，如雕版印刷术、活字印刷术、金属活字印刷术、造纸术、火药、磁罗盘、磁针罗盘、航海磁罗盘、船尾舵、铸铁、瓷器、方板链、轮式研磨机、水力研磨机、冶金鼓风机、叶片式旋转风选机、风箱、拉式纺机、手摇纺丝机械、独轮车、航海运输、车式研磨机、胸带挽具、轭、石弓、风筝、螺旋桨、画转筒（靠蜡烛的热气流转动）、深钻孔法、悬架、平面拱桥、铁索桥、运河船闸闸门、航海制图法，等等。英国哲学家法兰西斯·培根(Francis Bacon，1561—1626年)写道：“我们应该注意到这些发明的力量、功效和结果。印刷术、火药、指南针这三大发明在文学、战争、航海方面改变了整个世界的许多事物的面貌和状态，并由此引起了无数变化，以致似乎没有任何帝国、任何派别、任何星球，能比这些技术发明对人类事务产生更大的动力和影响。”
所谓物极必反，中世纪的“黑暗”促成了欧洲的一系列技术创新，包括农业技术、军事技术及风力水力技术，一跃成为一种生机勃勃的具有侵略性的高度文明。欧洲水源丰沛，农田不需要灌溉，但土壤板实，必须深耕。欧洲农业革命的两大技术创新，一是采用重犁深耕。重犁配有铁铧，安装在轮子上，由8头犍牛牵引，从深处翻起土壤；二是用马代替牛作为挽畜，马拉得更快，更有耐力。欧洲传统用牛，其颈上挽具只适合牛的短颈，不适合马。中国人的胸带挽具传入欧洲，这种像项圈一样的挽具将着力点移到马的肩部，不会压迫气管，使马的牵引力增加了四五倍。欧洲从此改用马作畜力，重犁获得普遍推广，由二田轮作改进为三田轮作，提高了生产力。马替代牛，降低了运输成本，扩大了人的活动范围，使社会更加丰富多彩。
技术促成中世纪欧洲崛起的不止是农业。马镫改变了欧洲的军事技术。骑士是欧洲封建制度的代表形象，全身披挂甲胄，威风凛凛跨骑在用盔甲防护的战马上。但欧洲没有马镫，骑士双脚悬空骑在高头大马上，无法坐稳，一旦临敌，往往得滚身下马，步行迎战。马镫由中国传入，它没有运动部件，虽然简单，却可以让骑手稳坐马背，作战不会摔下来。一位骑手配备了马镫，就构成一个稳固的整体，可快速驰骋，产生强大的冲力，形成所谓的“骑兵冲刺”，欧洲的骑兵简直就是中世纪的“坦克”。骑兵冲刺这种新型战争技术使骑士成为职业军人，由贵族领主供养，由此产生了封建关系。这种区域性封建关系自由分散，不需要专制社会那样的中央政府管理。
在发生这些变化的同时，欧洲的工程师们发明了新机械，找到了新能源，最突出的是改进和完善了水车、风车和其他机械，利用风力驱动风车，利用潮汐驱动水轮。欧洲各地都有丰满的小河，到处都能看到水车运转。水车推动着各种各样的机器，如锯木机、磨面机和锻打机等。机械的使用节省了劳力，奴隶制度随之消失。
中国人在9世纪发明了火药，13世纪传到欧洲，14世纪初欧洲人造出大炮。到1500年，欧洲制造枪炮成为十分普遍的技术。16世纪滑膛枪出现。在大炮、滑膛枪面前，弓箭、大刀、骑兵、长枪退出战场。“火药革命”削弱了骑士和封建领主的军事作用，取而代之的是用火药装备起来的陆军、海军。葡萄牙人发明了风力驱动的多桅帆船，取代老式的有桨划船。装上大炮，成为炮舰，最终产生了全球性影响，为重商主义和殖民主义开辟了道路。
技术的发展在欧洲产生如此巨大的影响，科学在其中并没起什么作用。重大的发明如火药和罗盘在中国发明。当时在自然哲学中无任何知识可用于研制兵器。航海属于技艺，不属于科学。炮兵、铸造匠、铁匠、造船工程师和航海家在进行发明创造的时候，靠的是代代相传的经验、技艺。以造船为例，船帆和索具不好用，就改进；炮舷窗不灵活，就尝试安装灵活机动的炮车。技术是逐步改进完善的，经验是实践积累的。技术和工业仍同古罗马时代一样，与科学没有联系，既没向科学贡献什么，也没从科学得到什么。
欧洲人认识到自然界有取之不尽的资源，应开发利用，于是独创了一种研究学问的机构——大学，成为科学和知识走向组织规范化的一个转折点。但早期的大学不是研究机构，既没有把科学也没把技术作为追求目标，主要培养牧师、医生、律师。自然科学设在文学院，主要课程是逻辑学。亚里士多德的逻辑和分析方法成为研究任何问题的唯一概念工具，学者们按照神学观点来解释世界，地球是宇宙的中心，太阳照亮了星星。直到哥白尼、伽利略出现。
1543年，波兰科学家哥白尼（Nikolaj Kopernik，1473—1543年）出版了他的《天体运行论》，推翻了地心说，提出日心说，开始了科学革命（至牛顿时期完成），让人类由中世纪的观点走出，从一个封闭的世界走向一个无限的宇宙。1616年宗教裁判所判定哥白尼的学术为异端邪说。
意大利科学家伽利略(Galileo Galilei，1564—1642年)研究了斜面、惯性和抛物线运动。在已有望远镜的基础上，制成了放大30倍的望远镜，指向天空，搜寻天上世界，发现了月球的山脉，木星的卫星，太阳的黑子，银河由星星组成，验证了哥白尼学说。1632年伽利略出版《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，1633年被宗教裁判所判定为“最可疑的异教徒”，遭终身监禁并被迫在大庭广众下认罪。70岁的伽利略已是半盲，作为囚徒，又写出了一本科学杰作《关于两种科学的对话》，阐述了两项重要发现：受力悬臂的数学分析及自由落体运动，后者推翻了亚里士多德的“越重的物体下落得越快”的二千年定论，现代科学开始。
伽利略逝世的同年，牛顿（Isaac Newton，1642—1727年）出生。1665年，牛顿因为躲避黑死病，离开剑桥回家乡隐居18个月。这18个月是科学史上幸运的时期，牛顿酝酿了一生主要的科学成果：微积分，色彩理论，运动定律，万有引力，几个数学杂项定理。但他不喜欢撰写和公布自己的学问，直到因为与皇家学会发生龃龉，在埃德蒙·哈雷（Edmond Halley，1656—1742年）的劝说下，才于1687年出版了《自然哲学的数学原理》，阐述了万有引力和三大运动定律，展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律，奠定了此后三个世纪里物理学和天文学的基础。借助牛顿定律正确算出彗星回归的哈雷在牛顿的《自然哲学的数学原理》的前言里用诗句赞道：“在理性光芒的照耀下，愚昧无知的乌云，终将被科学驱散。”
科学当时仍属哲学范畴。《自然哲学的数学原理》充满了哲学意蕴，读过此书的人脑海中都会浮现出一个宇宙的形象：一部神奇而完美有序的机器，行星转动如同钟表的指针一样，由一些永恒而完美的定律支配，机器后面隐约可见上帝的身影。美国开国元勋制订宪法时不忘牛顿体系，称：“牛顿发现的定律，使宇宙变得有序，我们会制订一部法律，使社会变得有序。”
牛顿证明了科学原理的真实性，证明了世界是按人类能够发现的机理运行的。把科学应用于社会的舆论开始出现，人们期待科学造福人类。甚至牛顿在论述流体力学时也轻描淡写了一句“我想这个命题或许在造船时有用”。视科学为有用知识的弗朗西斯·培根对此作了理论提升，提出“知识就是力量”。
但是，也仅此而已。牛顿力学三百年后才被用于航天发射和登月飞行，当时只能作为知识储存在书本里。16和17世纪的欧洲，在科学革命的同时并未发生技术革命或工业革命。印刷机、大炮、炮舰一类的发明未借助科学。除了绘图学，没有任何一项科学的成果在近代早期的经济、医学、军事领域产生过较大的影响。即使是伽利略的抛物线研究，显然在大炮和弹道学方面会有潜在价值，可事实上，在伽利略之前，欧洲的大炮已有三百年的历史，在没有任何科学或理论的情况下，凭着实践经验，大炮技术已发展得相当完备了，炮兵学校有全套教程，包括射程表等技术指南。毋宁说是炮兵技术影响了伽利略的抛物线研究，而不是伽利略的科学影响了当时的炮兵技术。
当时航海技术中最大的“经度难题”，也不是靠科学解决。由于无法测量船只所在的经度，欧洲人的海上活动受到限制，只能傍海岸航行。包括伽利略在内的很多天文学家尝试过解决办法，未能成功。1714年，英国国会以2万英镑悬赏“确定轮船经度的方法”，要求仪器在海上航行每日误差不超过2.8秒。1716年法国政府也推出类似的巨额奖金。最后的解决，不是科学，而是技艺。英国钟表匠哈里森（John Harrison，1693—1776年）先后做出4个海上计时仪，其3号钟使用双金属条感应温度，弥补温度变化（今天依然在用），装上平衡齿轮（滚动轴承和螺旋仪的前身）防止晃动，抵消船上的颠簸和晃荡，比任何陆地上的钟表都精确，每日误差不到2秒，45天的航行结束，准确地预测了船只的位置，符合领奖条件，但英国国会拒绝履约。哈里森继续改进，4号钟用发条替代钟锤，进行了两次从英格兰到西印度群岛的航海实验，3个多月误差不超过5秒，相当于将航天探测器降落在海王星上，降落点误差只有几英尺。国会还想耍赖，但航海界认定4号钟比皇家天文台的航海图优越得多。哈里森在83岁生日那天得到了奖金。
17世纪是实验科学兴起和传播的时期。吉尔伯特（Gilbert，1544—1603年）用磁体做实验，伽利略让不同球体在斜面滚下，托里拆利（Evangelista Torricelli，1608—1647年）用装有水银的管子发现了空气压力原理，哈维（William Harvey，1578—1657年）解剖过无数尸体和活体以了解心脏的作用，胡克（Robert Hooke，1635—1703年）通过测试弹簧获得胡克定律，牛顿让光束通过透镜和棱镜研究光的组成。实验成为检验理论或猜想的一种方便且必须的工具。科学家依靠仪器，同一时代的科学更多地靠技术帮助，却很少给技术以帮助。以望远镜为例，天文学家一直在使用技术上不断改进的望远镜，得出许多惊人的发现。第一架望远镜是荷兰眼镜匠汉斯·利伯希（Hans Lippershey，1570—1619年)发明的。高倍望远镜光束穿过透镜后会产生色散、球面像差和畸变。解决方案还是来自技术领域，依靠玻璃制造工艺解决的。用几种折射率不同的玻璃互相补偿制成复合透镜，这已经是1 730年以后的事情了。
18世纪初，牛顿、伽利略等科学巨人引领的科学革命正归于沉寂，欧洲仍然是一片农业社会景象。90％的人住在乡村，从事农业。即使城市居民，能够见到的制成品要么是农田的产物，要么是能工巧匠的制品。能源不过是动物或人类的肌肉力量，加上木材、风力、水力而已。
18世纪60年代，瓦特（James Watt，1736—1819年）在纽科门(Thomas Newcomen，1663—1729年)发明的基础上改良蒸汽机。煤在蒸汽机中燃烧，提供动力，引发工业革命。蒸汽机加快了新能源（煤）的开采和使用（此前动力和热力来源，包括炼铁，主要靠燃烧木材）。尽管中国的铁匠在11世纪就发明了用煤做燃料的熔炼方法，英国到1709年由亚伯拉罕·达比(Abraham Darby，1676—1717年)发明了焦炭，才不再依靠森林提供燃料。炼铁局面改观，世界进入铁器和机器时代。英国发明家理查德·特里维西克（Richard Trevithick，1771—1833年）的高压蒸汽机用于铁路，1814年第一台蒸汽机车出现，1830年迎来铁路时代。1886年，德国工程师卡尔·本茨（Karl Friedrich Benz，1844—1929年）制造出世界上第一辆汽车。这一系列技术革命引起了从手工劳动向动力机器和工厂化生产的飞跃。
18世纪之前，人不知工厂为何物。工业革命后出现的工厂发展出高度集中的规模生产，标准化部件的制造制度（源于英国，在美国得到更广泛的应用）被亨利·福特(Henry Ford，1863—1947年)在汽车工业中发展成生产流水线，大大提高了生产力。
构成18世纪工业革命基础的所有技术，仍然是工程师、技师、工匠做出来的，几乎没有或根本没有科学理论的贡献。科学家仍沿袭亚里士多德的传统，追求知识和精神上的满足，不考虑理论的应用。技术行家们也未吸取科学的营养，如同古罗马的工程师，追求实用，实践出真知，对理论不感兴趣。科学与技术各行其道，直到19世纪末。
在技术独步天下的时代，英国首先颁行专利法，成为技术史上的重大事件。18世纪80年代，法国化学家贝托莱（C.L.Berthollet，1748—1822年）发现漂白织物的氯化方法。因蒸汽机而富裕的瓦特，其岳父是一位漂白剂制造商，瓦特想由他们三人共同申请专利，获取厚利。贝托莱拒绝道：“一个人爱科学，就不需要财富。”他以纯科学态度进行研究并发表了结果。这件事显示了18世纪以后技术与科学的一个区别：科学是发表、共享，寻求知识和真理；技术是垄断，寻求实用和价值。仍以瓦特为例，他并非蒸汽机的发明人，只是改良人，但他首先申请了专利，并想方设法延长专利保护期。英国当时的大政治家爱德蒙·布克（Edmund Burke，1729—1797年)在国会上雄辩经济自由，反对制造不必要的垄断，但瓦特的合作伙伴太强大，简单的原则无法打败他。专利获批后，瓦特的主要精力就不再是蒸汽机技术的改进，而是借助法律打压和阻挡其他发明者和改良者。蒸汽机在英国的真正普遍推广和重大改进实际上是在瓦特专利期满之后。
科学史和技术史都证明了同样或类似的发现发明可以在不同区域、由不同的人做出。牛顿和莱布尼茨分别发明微积分，达尔文和华莱士分别发现进化论，就是有力的证明。自然规律、原理就在那里，它们迟早会在某处或某时被某人发现或利用。蒸汽机如果不是瓦特改进，也会有别人改进。但专利法的基础却是：某种发明或点子只能一个人想到，别人如果想到，就是窃取；最初的发明不可触动，不允许别人做出改进，否则就是侵权。这与科学背道而驰。
科学与技术的这一分野，导致了人们对科学和技术的不同观感。一个重大的科学发现，几乎全人类为之庆贺；一项重大技术的出现，人们首先想到的是又一个商业机会、盈利模式。正如美国科学家特莱菲尔（James Trefil，1938年至今）所谓的特莱菲尔定律（Trefil Law）所说：“每当有人发现自然的原理，其他人很快就会跟从研究，并找出如何从中牟利的方法。”我们看到十几岁的孩子因为下载歌曲而被追诉“音乐盗版”，看到非洲艾滋病人因为无力支付专利持有者的高价药物而死亡，也看到泰国政府宁愿侵犯知识产权也支持仿制药物，以挽救人的性命。“知识产权”“专利和版权”现在已成为争论的主题。专利制度保护了发明，也阻碍了技术的改进和推广。但这是另一话题，不表。
历史进入19世纪。英国科学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday，1791—1867年）于1821年发现了电磁感应现象，奠定了电磁学基础。1870年，麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831—1879年）在法拉第的基础上总结出电磁理论方程（麦克斯韦方程），统一了电、磁、光学原理，与牛顿物理一起成为“经典物理学”的支柱。爱因斯坦（Albert Einstein，1879—1955年）书房墙壁上，悬挂着牛顿、法拉第、麦克斯韦三人的相片。
除了电学理论，化学、热力学等领域也取得重大进展，形成了物理和化学的基础定律。电动力带来第二次工业革命。与历史不同的是，此次工业革命是以物理学和化学为基础。科学不再是纯理论，而是用于设计更为精良的技术和工艺。自此开始，科学引领技术，成为文明的引导力量。
此后的20世纪，科技可谓群星灿烂。普朗克（Max Planck，1858—1947年）的方程式，爱因斯坦的相对论，薛定谔（Erwin Schr·dinger，1887—1961年）和狄拉克（Paul Dirac，1902—1984年）的量子力学，魏格纳（Alfred Lothar Wegener，1880—1930年）的大陆漂移学说，摩尔根（Thomas Hunt Morgan，1866—1945年）的遗传变异理论，哈勃(Edwin P.Hubble，1889—1953年）的宇宙膨胀说，海森堡（Werner Karl Heisenberg，1901—1976年）的不确定性原理，克里克（Francis Harry Compton Crick，1916—2005年）和沃森（James Dewey Watson，1928年至今）的DNA结构，冯·诺依曼（John von Neumann，1903—1957年）和图灵（Alan Mathison Turing，1912—1954年）的计算机理论，航天技术将人类送上太空和月球，哈勃望远镜在600千米的太空观察到130亿光年外的原始星系。人类对世界有了全新的认识，科学有了全新的工具。计算机无限地扩大了人的脑力，其意义要超过机器扩大人的体力。
20世纪是人类的悲惨世纪，两次世界大战，伤亡人数超过1.2亿。参战双方都从实验室源源不断推出新式武器：战机、坦克、潜艇、毒气、原子弹。16世纪，列昂纳多·达芬奇（Leonardo Di Serpiero DaVinci，1452—1519年）就构思过“可以水下航行的船”，却被视为“邪恶”“非绅士风度”而被摒弃。但第一次世界大战时期的1914年9月22日，德国U－9号潜艇在一个小时内就击沉3艘英国巡洋舰。第一次世界大战期间，各国潜艇共击沉192艘战舰，5 000余艘商船。第二次世界大战更被称为物理学家的战争，图灵的密码机破解了德国“英格玛”的秘密系统，帮助盟军制服了德国潜艇，雷达帮助英国皇家空军赢得了不列颠之战，原子弹结束了第二次世界大战。
历史上，帝国的兴起都不会依靠巫术般的科技，也很少有战略家想到要制造或扩大科技的差距。19世纪前，军事的优势主要在于人力、后勤和组织。但20世纪以后，特别是原子弹的威力，唤起了各国政府对科学和技术的迷恋和贪求，揭开了科技发展的新一页。强大的武器需要精确的制导技术，推动了计算机、电子技术的发展，人类步入数字时代。集成电路、微处理器和互联网普及到每个家庭和个人，科技进入了一个更广阔的空间——商业应用。
政治和商业的卷入，重新塑造了科学和技术本身。亚里斯多德开创的纯粹科学越来越稀有，科学和技术越来越受政治和资本的支配，没有明确应用前景或商业价值的科学和技术难以获得资本的支持。科学家不再是希腊先贤那样的自由个体，而是研究机构或组织的雇员，按主管者规划的“专业”方向探索。许多科学研究和技术发展，都是军事所发起。随着一个又一个难题的攻克，人们开始相信科技无所不能。
一个世纪前，人们或许还能把科学与技术区分开来，机器由工程师或技术人员制造。但在数字时代，科学和技术相互依存：没有科学就产生不出新技术，而产生不出新技术，科学研究也就失去了意义。科学和技术实际上以“流水线”模式衔接推进——基础研究发现原理、规律，打开视野和思路；应用研究探索其技术或商业的可行性；技术开发（R&D）把成果制成有用的产品。
20世纪奠定基础的数字技术，在21世纪大放异彩。移动网络、大数据妙用无穷，机器人不仅进入生产流水线，更进入以前被认为是“专业工作”的领域，顶替人的岗位。即使是最复杂的医疗领域，医院的所有检查和大部分诊断已不是由医生而是由机器承担；人工智能（AI）的诊断水平已开始超越最有经验的医生，纳米机器人做手术比外科医生更快、更完美。人工智能已具备深度学习的能力，意味着人工智能必将超越人的知识、能力，脑机接口已不遥远。
21世纪，人类生活的各个方面，已没有科学和技术尚未进入的领域。今天的任何商品，都是科学和技术结合的产物。日常用到的器具，无不是按照最先进的科学原理工作的。以无处不在的手机为例，方寸之间，集人类数千年科学和技术成果之大成，数百位科学家、发明家薪火相传，才带来今天这种执世界于掌心的智能设备。每次打开手机，都在使用物理、化学、光学、电磁学、计算机、互联网、无线电、通信、量子力学、相对论的原理。
1945年，被称为原子弹之父的物理学家罗伯特·奥本海默（J.Robert Oppenheimer，1904—1967年）面对第一颗原子弹爆炸产生的蘑菇云，用《薄伽梵歌》沉吟道：“我成了死神，世界的毁灭者。”对科技的这种深沉忧虑，21世纪有了新的焦点——生命科学和生物技术的突起和变异。21世纪注定是生命科学的世纪。生命科学过去一直落后于物理科学并非偶然。生命系统远比非生命系统复杂，一个单一的变形虫比整个银河系更复杂，数十亿相互连接的神经元组成的大脑也许是宇宙中最复杂的系统。21世纪，生命科学的“落后”将被改变。人类基因组的全序列测定将为破译遗传信息奠定基础，与生命活动、增殖、记忆、疾病及癌症相关的基因正陆续发现，不仅可解开生命的奥秘和疾病的机理，使人类的疑难绝症获得治疗，甚至可借助基因编辑技术修改和改造生命。返老还童的试验、人类强化工程已开始，长生不老和超级人类不再是神话。
这也许比奥本海默的核爆炸更可怕。什么是科学和技术的终极目标？科技的过度利用，是喜是悲？以生命科学为例，最终目标就是改造生命、征服或避免死亡吗？今天，八九十岁的病人仍然插着各种管子，接受复杂的药物或手术；心脏停止跳动者仍在用机器延续“生命”；不治之症的病人甚至选择镇静剂或冷冻，等候未来的医药救生。生老病死是自然规律，科技却被用来对抗自然规律，这是科学精神吗？长生不死，超级人类，对人类是祸是福？科技这人类的利器，不受道德伦理约束，会不会如科学家霍金（Stephen William Hawking，1942年至今）所忧虑的，成为从瓶子里放出来的恶魔？
凭借科学和技术，人类作为一个物种已经过于成功。人类本应与其他生物一样生活在自然环境中，然而现代人生活的却是技术设定的环境，人与自然世界越来越隔离。我们的后代似乎难免变成依靠电子屏幕与外部世界沟通，沉迷在虚拟现实和人工智能之间的新人类。
回顾历史，技术胼手胝足、劳苦功高地扶持人类十多万年。三千年前，科学的涓涓细流，滥觞发源。从石器时代到数字时代，人类走了十万年。从泰勒斯发现静电到法拉第发现电磁感应，科学家走了二千多年。而近半个世纪来，集成电路元器件数量每12个月就翻一番，性能提升一倍。科技进程不断加速，21世纪，技术创新如同井喷。车库或地下室里的青年一夜之间就推出一项改天换地的新技术，世界丝毫不会感到惊讶。这在本书里有具体而微的展现。书中仅仅是近五年的突破，已足以显示当今科技创新的广阔图景，展示了不可阻挡的科技洪流——不管人们对它的永不知足、永无止境是欢欣还是忧虑。2016年10大突破技术
10 Breakthrough Technologies
2016Immune Engineering 免疫工程“百度魏则西事件”在一瞬间将免疫工程这一技术带到了风口浪尖。关于这项技术本身是否已经成了替罪羊的争论甚嚣尘上。但在下结论之前，人们十分有必要冷静地看看这一技术在美国的发展情况。免疫工程被《麻省理工科技评论》评为2016年10大突破技术之一。
撰文:安东尼奥·雷加拉多（Antonio Regalado）
突破技术
杀伤性T细胞可被用来消灭癌症。
重要意义
癌症、多发性硬化症和艾滋病毒（HIV）都可以通过免疫系统工程进行治疗。
主要研究者
-赛莱克蒂斯（Cellectis）
-朱诺治疗（Juno Therapeutics）
-诺华（Novartis）
在《社交网络》这部由大卫·芬奇执导、以Facebook创始人马克·扎克伯格为原型拍摄的电影中，有一位配角颇让人印象深刻，他就是好莱坞大帅哥贾斯汀· 汀布莱克扮演的肖恩·帕克。在电影中，他吸食毒品，并与维多利亚秘密女郎风流约会，而且为了利益他写了一张支票给爱德华多·萨维林，并朝其脸上扔去，然后把这位Facebook联合创始人赶出了公司大楼。
在现实中，肖恩·帕克这位很帅气的Napster创始人当然否认上述电影中的场景。但不可否认的是，他对技术发展趋势的判断向来十分准确，用慧眼如炬来形容他一点也不夸张，当年入股Facebook已经能够说明一二。最近，这位硅谷超级富豪的一项捐赠，将一项新兴的颠覆性技术带到了人们的视野中：癌症免疫疗法。
凭借总计1.25亿美元的捐款，帕克成立了以自己的名字命名的“帕克癌症免疫疗法研究所”。在组建团队上，他毫不吝啬，请来了加州大学旧金山分校的生物学家杰夫·布鲁斯通作为领头人。布鲁斯通在20世纪90年代的研究促成了其中一种癌症免疫疗法的诞生，是该领域非常著名的学者，拥有数十年的研究经验，发表了300多篇同行评审论文。
在运营策略上，帕克声称要将学术研究和医药行业进行连接。该研究所携手业内总计37家合作伙伴，几乎能找到的皆在其中。从传统医药巨头辉瑞，到热门初创企业朱诺治疗公司（Juno Terapeutics），再到非营利组织美国癌症研究协会。不开玩笑地说，帕克同学的策略是联合癌症免疫疗法行业中的几乎每个人。“帕克找了该领域的主要玩家，将最好的成员选出来，然后对他们说，我要给你钱让你玩到极致。”美国癌症协会首席医疗官奥提斯·布劳利如是说。他所在的机构是为数不多的没有与帕克研究所建立合作的组织之一。
如今难以用语言形容癌症免疫疗法是多么火爆。2014年以来，这一领域的数家初创公司陆续成功上市（如右上图表所示）；2016年年初，约翰·霍普金斯医院成立了自己的免疫疗法研究中心，总投资1.25亿美元，其中包括来自亿万富翁、前纽约市长迈克尔·布隆伯格的资金；免疫疗法还是副总统拜登10亿美元抗癌“登月计划”中的重点板块；同时，很多医药公司也迫不及待地将更多免疫疗法纳入自己的产品线中。
繁荣时代
通过上市，免疫工程初创公司筹集了大量资金用于开展人体试验。《连线》杂志甚至指出，在受欢迎程度上能与这项技术旗鼓相当的美国流行文化包括可颂甜甜圈、菲比小精灵以及2005年后的Facebook。如此火爆，那么免疫工程究竟是什么呢？
免疫工程：已知的“杀手”
人类免疫系统被称为大自然的“大规模杀伤性武器”。它拥有十余种主要细胞类型，其中包括多种T细胞。它会抵御从未见过的病毒，比如抑制癌症（尽管并非总是如此），而最主要的功能是避免伤及自己的身体组织。它甚至还有记忆功能，而这也是疫苗接种的依据。
100多年前，美国外科医生威廉·科莱注意到，有时候意外感染会让肿瘤消失。随后，科莱将链球菌培养基注入到癌症患者体内，发现在部分病例中出现了肿瘤收缩的情况。1893年发表的这一发现表明，免疫系统是可以对抗癌症的。但当时因为太多问题无法回答，癌症免疫疗法仍只是被当作一个失败的理念。
然而，经过40多年的科学研究，研究者们终于开始了解肿瘤细胞和免疫系统对话的本质，并逐步绘制出了控制免疫系统与肿瘤互动方式的分子网络。在过去的几年里，基于这些洞见，医药公司和实验室开始研究修复免疫系统的行为。
在所有的提议中，最极端的方法是改变T细胞内的基因指令。目前，通过TALENs或最新的CRISPR等基因编辑技术可以轻松做到。2015年，基因编辑初创公司爱迪塔斯医药（Editas Medicine）和英特利亚治疗（Intellia Terapeutics）均与研发T细胞疗法的公司签署了合作协议。“这是一个完美的开始。”加利福尼亚大学旧金山分校研究人员杰弗里·布鲁斯通说，“免疫细胞是运转良好的机器，但我们可以让这种运转更加顺畅。”
基于过去几十年的研究工作（以及与免疫学相关的诺贝尔奖成果），研究人员已经发现了很多重要细节，包括T细胞如何识别和杀灭入侵者等。透过显微镜，我们可以看到这些细胞会展现出类似于动物的行为：爬行，探查，然后抓住另一个细胞，向其注入中毒性颗粒。就像小机器人一样，T细胞具有四处移动的能力，能够同其他细胞对话，会释放毒物，可改变微环境，具有记忆功能，并可实现自我增殖。
2015年，研究者们制造了一些未来派的新型T细胞。在注入特定药物的情况下，这些细胞才会发起靶向搜寻和杀灭行动。也就是说，这一特征可以让这些细胞在特定的时间和地点发起进攻，具备被“遥控”功能。目前，这些细胞只在小鼠身上进行过测试。
免疫工程时间线
5亿年前
颌鱼最先进化出“适应性”免疫力——通过特化细胞了解、记忆和应对威胁。
1796年
爱德华·詹纳将牛痘脓胞中的物质注射到一名男童体内，以预防更为致命的天花病毒。这被认为是我们人类的第一种疫苗。
1893年
纽约外科医生威廉·科莱认为癌症可以通过免疫反应治愈。他利用活细菌即所谓的“科莱毒素”治疗肿瘤。
1908年
德国医生保罗·埃尔利希以其提出的免疫系统理论而获得诺贝尔奖。他引入了“仙药”理念，亦称“魔弹”，可以说是当今靶向药物的前身。
1971年
美国总统理查德·尼克松宣布发起“抗癌战争”。美国国家癌症研究所的预算随之升至3.78亿美元，按当前币值计算约为21亿美元。现在，该研究所的预算为49.5亿美元。
1981年
HIV大流行拉开序幕。1987年，首个抗逆转病毒药物——叠氮胸苷（AZT）上市销售。时至今日，HIV疫苗仍在研发中。
1983—1987年
科学家发现了T细胞抗原受体。杀伤性T细胞通过这种抗原受体区分病毒感染细胞和癌细胞。
2000年
法国治愈了两名免疫缺陷儿童。这也是基因疗法在治疗“气泡男孩”病中的首次成功运用。医生将一种缺失的基因植入到他们的骨髓中。
2011年
首个免疫检查点抑制剂——易普利姆玛（ipilimumab）在美国获批用于治疗晚期黑色素瘤。该药物会释放T细胞。在很多患者身上，治疗效果显著。2011 美国宾夕法尼亚大学的卡尔·朱恩宣布通过基因改造的T细胞攻克白血病。
2015年
美国前总统、90岁的吉米·卡特接受免疫疗法治疗黑色素瘤和脑癌。后期脑部扫描显示肿瘤消失。
2016年
鉴于免疫疗法的“神奇进展”，美国总统贝拉克·奥巴马和副总统约瑟夫·拜登宣布启动攻克癌症的新的“登月计划”。
另外一种新型T细胞被研究者们称为“谷歌高级搜索”，即只有在某种癌细胞被锁定两种不同的标记后，它才会发起攻击行动——相当于对敌对细胞进行双重确认。这些工作都至关重要，因为将T细胞靶向到肝、肺或脑的肿瘤是非常危险的。有些患者在试验阶段会因为T细胞的误杀而不幸身亡。
抢滩布局
赛莱克蒂斯（Cellectis）是一家成立于法国的生物技术公司，总部现位于美国纽约曼哈顿东区，它的首个T细胞疗法在2015年年底被制药公司辉瑞（Pfzer）和施维雅（Servier）收购。该公司发明了一种名为TALENs的基因编辑方法，即通过活细胞中的DNA剪切和修复，进行癌症治疗。赛莱克蒂斯是从2011年开始研发这种疗法的。
赛莱克蒂斯开发的T细胞有着很广泛的应用。先前的疗法使用的是患者自己的细胞，但有的患者体内并没有足够的T细胞。有先见之明的赛莱克蒂斯决定利用基因编辑技术开发高度工程化细胞，最终的目的却很简单，即实现T细胞的“普遍”供应。但T细胞一般具有巨大的杀伤潜力，并不那么容易供应。因为问题在于，你不能将X先生的T细胞注入Y先生体内，否则这些细胞会把Y先生视为“非自我”，并发起全力攻击。这样一来，患者就会陷入危险境地。
但如果T细胞经过了基因编辑技术处理，这种风险基本可以消除，而这也是所有人所希望的。目前，这项技术已经在超过300名患者身上进行了测试，效果显著。10余家制药公司和生物技术公司正致力于将这种疗法推向市场。
另外值得关注的是，朱诺治疗在2016年1月以1.25亿美元的价格收购了专注于单T细胞DNA测序的波士顿公司AbVitro。现在，该公司正试图确定癌细胞中的活跃T细胞，并对其受体展开研究。朱诺治疗首席科学家海厄姆·列维茨基表示，原先需要7个月才能完成的实验现在只需要7天，而数据累积也越来越多，平均一次实验可产生100GB的信息。“很多事情都是技术驱动的。”他说，“这些问题的出现已经有一段时间了，但无法找到答案。现在通过新技术，我们可以以前所未有的方式审视它们。”
重大交易
T细胞公司纷纷与制药公司和基因编辑专家签署合作协议。
2012年8月
瑞士制药巨头诺华与美国宾夕法尼亚大学达成一项全面合作协议，而后者是工程化T细胞的早期实验成功者。
2015年1月
诺华收购英特利亚治疗公司的CRISPR基因编辑疗法。朱诺治疗和爱迪塔斯医药后来也以2 500万美元的价格达成了一项类似协议。
2015年6月
生物技术公司新基（Celgene）向总部位于西雅图的朱诺治疗支付10亿美元，用于T细胞疗法的合作开发。
2015年11月
制药公司辉瑞和施维雅以4 000万美元的价格收购赛莱克蒂斯首个“上架的”白血病T细胞疗法。
2016年1月
食品制造商雀巢（Nestlé）向初创公司赛雷斯（Seres）支付1.2亿美元，用于研发可防止感染和免疫紊乱的细菌类药品。
2016年1月
朱诺治疗以1.25亿美元的价格收购波士顿公司AbVitro；AbVitro可对单T细胞内的DNA进行排序。
2016年3月，由百特国际（Baxter International）分拆出来的新制药公司Baxalta宣布，总计投资超过17 亿美元，将与基因编辑公司Precision Bio Sciences进行合作，专攻新兴的免疫治疗市场。2016年1月，总部设在都柏林的制药公司Shire医疗宣布将以320亿美元的高价收购Baxalta公司，意在打造世界最大的罕见病制药公司。Baxalta雄心勃勃地表示将开发6种不同的免疫治疗药物，并预计首款药物将在明年进行临床试验。
为了应对来自同行日趋激烈的竞争，帕克研究所的策略是联合加州大学旧金山分校、加州大学洛杉矶分校、宾州大学、斯坦福大学、 MD安德森癌症中心和纪念斯隆-凯特琳癌症中心六家著名机构——这些机构的研究人员将一道全力研究三大问题：改造T细胞抗癌，寻找癌细胞的“开关”，以及发现会让癌细胞逃避免疫系统的检查点抑制剂。
不仅在研发方面，“帕克联盟”在临床试验方面的合作也十分紧密。试想，如果一家医药公司要测试一种罕见癌症的抗癌药物，在单一地点可能需要花费两年的时间才能招募到足够多的病人；但在帕克研究所里，他们可以接触到六个地点的病人，而只需同一组人员来处理就行了。无疑，医药公司会喜欢这种方法，因为省去了他们几个月的时间，不用来来回回争论。
甚至，“帕克联盟”的研究专利也是由一组律师解决。帕克研究所将尝试一种新的模式，即与研究人员所属的中心和大学共享一部分专利。这就意味着，如果这些专利日后成了畅销药，那么部分钱会用来继续资助研究所的研究工作。而且，新模式也解决了专利导致的研究问题：通常来说，免疫疗法结合使用更好，但是很难让不同的公司都签同一个试验；这家公司有这个，那家公司有那个，两者永不聚。但如果帕克研究所拥有了全部相关免疫疗法的专利，之后和医药公司签署许可协议，问题就迎刃而解了。
然而现如今，参与免疫疗法研究的硅谷科技企业也绝不止帕克一家。2015年，谷歌在麻省理工学院举办了两场有顶级免疫肿瘤学家和生物工程师参加的峰会，旨在确定免疫疗法的哪些部分可以“谷歌化”。与会人员表示，这家搜索巨头对迅速发展的新的肿瘤活检技术的研究非常关注。这些技术方法很可能将产生关于免疫系统细胞的大数据，比如T细胞在肿瘤内的具体活动，以及T细胞如何对肿瘤产生影响等。但到目前为止，谷歌的生命科学部门Verily还没有正式公布其在癌症免疫疗法方面的计划。
除了创业公司、科技巨头、癌症研究院和大型制药公司，医院也是积极参与方。著名的纽约西奈山医院从今年开始也将开始从事临床试验。患者会被注入一剂异常蛋白片段，而这些片段会训练T细胞攻击癌细胞。
Facebook前雇员、现担任西奈山医院及医学院下属实验室负责人的杰弗里·哈默巴赫尔对《麻省理论科技评论》（MIT Technology Review，简称 MIT TR）表示，他正在与12名程序员一道研究T细胞，开发可解释患者癌细胞中DNA序列以及可从中预测杀伤性T细胞反应的软件。“有趣的是，我们向美国食品药品管理局（FDA）提交的并不是分子而是算法。”他说，“这或许是最早将程序输出作为疗法的案例之一。”
挽救癌症患者的生命，但只是一个开始
2015年6月，12个月大的英国女孩蕾拉·理查德兹（Layla Richards）已经处于病危状态。她是一名白血病患者，虽然接受过很多次化疗以及一次骨髓移植，但癌细胞仍在不断扩散。
女孩所在的伦敦大奥蒙德街医院的一名医生给上面提到的赛莱克蒂斯公司打了电话。“我们接到了一个电话。医生说，‘我们收治了一名缺乏T细胞的小女孩，现在已经无计可施’。”赛莱克蒂斯首席执行官安德烈·舒利卡说，“他们希望获得一瓶还在质量控制测试阶段制造的T细胞。”
医生希望将蕾拉作为一个“特例”，即通过未经临床试验的药物进行治疗。这是一场赌注，因为这种疗法仅在小鼠身上试验过。如果治疗失败，赛莱克蒂斯的股价和声誉将会大跌，而即便取得成功，该公司也可能会遭到监管机构的调查。“一边是对生命的挽救，一边是对坏消息的规避。”舒利卡说。
2015年11月，大奥蒙德街医院宣称蕾拉的病已经治愈。英国媒体竞相报道这则感人的故事，对这名勇敢的女童和敢于作为的医生大加赞赏。铺天盖地的头版报道让赛莱克蒂斯的股价大幅飙升。两个星期后，制药公司辉瑞和施维雅宣布它们将以4 000万美元的价格收购这一疗法。
虽然蕾拉案例的很多细节至今没有披露，一些癌症专家也表示工程化T细胞在其治疗中所发挥的作用仍不明朗，但她的康复无疑给很多人带来了希望。只是所有人都明白这只是个开始，并非意味着我们已经能够挽救癌症患者的生命。
超越癌症
在“免疫工程”以及免疫系统的控制和操作上的进步，将会给癌症治疗带来意想不到的突破。此外，这些进步还会催生用于治疗HIV和自身免疫疾病，如关节炎和多发性硬化症等。
2015年3月，辉瑞任命林家扬担任该公司旧金山生物技术部门的负责人。该部门负责癌症药物的开发，最近又开始制造工程化T细胞。林家扬表示，他的公司早在媒体报道蕾拉事件之前就已同赛莱克蒂斯展开磋商，当时甚至都没有人料到她会被治愈。“这是一个巨大的惊喜。”他说。
林家扬表示，多年的科学研究工作最终结出果实，使得治疗产品成为一种可能。他认为，这种疗法将不仅仅局限于白血病，也不仅仅局限于癌症。“我们认为这个基本原理，即改造人体细胞，会有更广泛的寓意。”他说，“而免疫系统将会成为最便捷的工具，因为这些细胞可以移动和转移，并会发挥重要作用。”
研究人员早已对自身免疫紊乱展开研究，比如糖尿病、多发性硬化症和狼疮等。传染病也已进入T细胞工程师的视野。美国国家卫生研究院病毒学家、揭示HIV感染人体细胞机制的爱德华·贝格尔认为，对病毒进行永久阻断是可能的，即所谓的“功能性治愈”。2016年2月，他表示，将会把基因改造的T细胞注入猴子体内，寻找并摧毁任何存在的免疫缺陷病毒的细胞。
真正的流程并不像理论这么简单。贝格尔认为，未来的路还很长，而且充满曲折。此外，大多数涉及工程化T细胞的规程都需要患者或猴子服用可临时杀灭自身T细胞的药物，而在此过程中，风险不可避免。但从目前的技术发展来看，这是一种非常激进的治疗方法。尽管在治疗HIV方面已经取得进展，但方法还有待改进。即便是在治疗之后，病毒也会隐藏在人的体内，所以患者需要终生服用抗逆转录病毒药物。而通过免疫工程技术，则可能不需要。这让研究者们看到了一次治疗就可永久阻断病毒的可能性。“癌症研究工作让我深受鼓舞。”贝格尔说，“我们可以借鉴白血病的治疗理念。通过免疫系统工程治疗其他疾病将是未来的一个主攻方向。就传染病而言，我认为HIV是一个最佳实验对象。如果你同HIV群体交谈，你会发现他们急需一种疗法，一种可以一劳永逸的疗法。”
专家点评
田埂
博士，毕业于中国科学院研究生院，元码基因联合创始人，曾任清华大学基因组与合成生物学中心主管，华大基因华北区第一负责人，天津华大创始人、总经理，深圳华大基因研究院研发副主管。参与多项863、973项目。以通信作者和第一作者发表文章10余篇，拥有发明专利10余项
当一项科学技术有希望治愈人类最难医治的癌症时，那么无论从重要性还是商业方面它都拥有了足够的噱头。免疫工程正是这个时代科学与商业碰撞下的产物。从技术本身来讲，它的原理并不复杂，但想要完全实现它治疗肿瘤的目的，还需要很多其他技术的辅助支持。这也正好比是一项庞大的工程，有了一份壮丽的蓝图，但仍需要一砖一瓦的积累完成。
免疫治疗最大的好处就是，它来源于自身，对自身的无害性。这种无害性是生物适应了百万年进化而来的。在很多癌症基础研究还未明的情况下，有些蛋白的功能还未确定，如PIK3CA，这个在癌症中突变频率几乎仅次于TP53的蛋白，正在经历一场到底是癌基因还是抑癌基因的讨论。如果免疫工程的进步不能足够扎实的话，可能会导致一些新的问题甚至完全相反的结果发生。无论如何，正如我们前面提到的，免疫工程这份蓝图本身非常壮丽，它为人类最终战胜癌症提出了一个完美的设想，但我们希望它不要因为太多的商业干预而影响了自己的发展节奏。Precise Gene Editing in Plants 精确编辑植物基因
突破技术
能够便宜、 精确地编辑植物基因组，不留下外源 DNA 。
重要意义
提高农业生产率，以满足日益增长的人口的需要。到2050年世界人口预计将达到 100 亿。
基因工程作物的主要研究者
-塞恩斯伯里实验室（Sainsbury Laboratory ），约翰·英纳斯中心（John Innes Centre），诺威治，英国
-首尔国立大学，韩国
-明尼苏达大学，美国
-遗传与发育生物学研究所，北京
源自细菌的基因编辑工具CRISPR有着能改变基因的能力，2013年以来这项技术已相继成功运用于人类胚胎细胞、小鼠、斑马鱼、蘑菇以及拟南芥等物种中。在植物中的应用前景也应该是一片大好，我们利用精确基因编辑工具CRISPR改变植物的基因，使它们具有抗旱或耐寒的特性，甚至还有可能改变主要农作物的产量，解决粮食问题。中国的一个实验室已经用它来创建抗真菌的小麦；中国的几个小组还将此技术用于水稻，以努力提高产量。英国的一个小组用它来调整大麦的一种支配种子发芽的基因，它有助于产生抗干旱的变种。由于简单易行，得到的植物能省去转基因作物涉及的冗长而昂贵的法规审查过程，这种技术越来越多地被那些不愿意采用传统转基因工程的研究实验室、小公司和大众植物育种者所采用。凭借可以精确修改植物靶细胞基因的能力，精确编辑植物基因入选《麻省理工科技评论》评选的2016年度10大突破技术。
撰文:大卫·塔尔伯特（David Talbot）、杨一鸣
2050年世界人口预计将达到 100 亿。为了满足日益增长的人口的需要，农业生产率也必须跟上人口增长的脚步。而多产、抗寒和抗旱的农作物自然是我们最想也最需要的东西。一种名为CRISPR的技术提供了一种方便、 精确的基因编辑方法，使植物具备上述特点，并且能够便宜、 精确地编辑植物基因组，不留下外源 DNA 。
何谓CRISPR？
CRISPR技术的全称是“Clustered regularly interspaced short palindromic repeats”，最早在微生物细菌中发现。这其实是一套完整的基因编辑系统，是细菌在和病毒斗争中演化出来的免疫武器［1］。病毒在侵入细菌以后，会将自己的DNA片段整合到细菌中，然后利用细菌并在细菌体内大量增殖，最后得到很多病毒。而CRISPR正是细菌对抗病毒的基因清除系统，利用这个系统，细菌就能将病毒带来的外来基因清除，将它们从自己的染色体上切除，这是细菌特有的免疫系统。你无法想象这套系统是如何进化出现的，也无法想象这一漫长的进化过程有多长，唯一知道的是这套系统是大自然的鬼斧神工。
CRISPR具有精确修改基因的能力，因此也入选了“《麻省理工科技评论》2014年10大突破技术”，世界上的科学家们用它来改造各式各样的基因。举个例子：云南灵长类动物生物医学研究重点实验室的研究人员利用CRISPR“制造”出了一对双胞胎恒河猴。研究人员为这对恒河猴定向修改了三处基因，体外受精之后，由代孕的猕猴孕育出生。而不久前炒得火热的基因编辑蘑菇也是CRISPR成功的案例。这种蘑菇由CRISPR–Cas9系统编辑基因后制成，其开发者宾夕法尼亚大学的科学家杨亦农将蘑菇中的一个基因切除，使得它们不会轻易在空气中放置时变成棕色。与基因工程不同的是，这种蘑菇没有外源DNA残留，不会像一般的转基因产物一样受到大家的质疑。因此，它没有受到美国农业部(US Department of Agriculture)的管制，已经投入大批量的种植和销售。这种新型的CRISPR–Cas9基因编辑蘑菇成为首个得到美国政府许可的CRISPR编辑的有机体。这也意味着经CRISPR改造的产品是十分安全的，蕴藏着极大的市场价值。
植物大改造
CRISPR在植物中的应用与CRISPR–Cas9基因编辑的蘑菇类似，也能精确地编辑它们的基因，并且不留下外源DNA，不会被列入现有限制转基因作物法规的监管名册，这将大大消除消费者对这类转基因作物的疑虑。
中国的一个实验室已经用它来创建抗真菌的小麦；中国的几个小组还将此技术用于水稻，以努力提高产量。英国的一个小组用它来调整大麦的一种支配种子发芽的基因，它有助于产生抗干旱的变种。由于简单易行，得到的植物能省去转基因作物所涉及的冗长而昂贵的法规审查过程，因此这种技术越来越多地被那些不愿意采用传统转基因工程的研究实验室、 小公司和大众植物育种者所采用。
索菲·卡门（Sophien Kamoun）说：“基因编辑技术对于科学家们追踪破坏庄稼的不断演变的微生物至关重要” 。他领导英国诺威治的塞恩斯伯里实验室（Sainsbury Lab）的一个研究小组，将此技术用于马铃薯、 西红柿和其他作物，以对抗真菌疾病。“走完法规审查过程需要数百万美元和几年的工作，”卡门说，“而病原体可不会坐着等你，它们时刻在演进和变化。”
他参与开发的CRISPR版本为约翰·英纳斯中心（John Innes Centre）最近对大麦和花椰菜类作物的工作铺平了道路。约翰·英纳斯中心与他领导的实验室同属诺威治的植物科学研究中心。卡门和他的同事证明了某些基因编辑过的植物的第二代不包含曾用于创建第一代的外源DNA（ CRISPR 不需要插入外源基因，它通常用少量细菌遗传物质作为编辑目标）。与此同时，韩国首尔国立大学一个研究组避免了在第一代植物里遗留外源基因物质。
未来展望
如今在CRISPR应用领域，大大小小的公司都蜂拥而入：杜邦先锋（DuPont Pioneer）已投资Caribou Biosciences公司，这是CRISPR技术发明者之一杰妮芙·窦德娜（Jennifer Doudna）联合创办的创业公司，正将CRISPR用于对玉米、 大豆、 小麦和大米的实验。该公司希望在5年内就出售用CRISPR 技术选育的种子。
最大的问题是，CRISPR 作物是否将授予转基因作物同样的法规监管。过去五年内，只有30种转基因生物避开了美国农业部系统的监管。美国农业部已经说过，有几例基因编辑的玉米、 马铃薯和大豆不在此列，它们也采用了基因编辑手段，比如锌指核酸酶（ZFN）和转录激活子样的效应核酸酶（TALEN）系统等。有关CRISPR技术的产品，CRISPR–Cas9基因编辑的蘑菇也仅仅是第一例。CRISPR基因编辑的农作物产品也需要通过美国农业部的肯定才能真正实现其价值。但美国和限制更严的欧盟现正根据当今的法规对CRISPR产品进行评估，而中国当局没有说他们是否会允许作物种植。
蒙大拿州立大学生物化学家布雷克·威登贺福特（Blake Wiedenhef）是CRISPR技术最早的研究者之一，他表示：“我还没有发现在哪个领域内，有哪种技术能够像CRISPR技术这样发展得如此迅猛。”如他所言，CRISPR技术在植物基因编辑方面的发展也是十分有希望的。从2016年年初开始算，有数篇发表在顶级期刊上的文章报道了CRISPR技术在植物中的成功应用，其中同时发表在《Nature Biotechnology》上的三篇论文就报道了来自英国、澳大利亚、巴西以及美国研究团队利用CRISPR针对小麦秆锈病［2］、马铃薯晚疫病［3］及大豆锈菌病［4］所做出的研究成果。这分别都是对小麦、马铃薯以及大豆的产量造成极大影响的植物疾病，而这些疾病的病菌也实时在进化，之前的抗病植株往往不能抵抗新变异之后的病菌。这三篇文章分别向我们展示了经CRISPR基因编辑之后的新型抗病植株，它们对自己的“天敌”的抵抗率达到了新的高度，持久地提供稳定的产量。
现在越来越反常的气候以及植物疾病对粮食作物的产量已经产生了极大的影响。据估计，植物病原体导致全球作物损失大约15%，而且一些病原体甚至能够导致全部作物绝收。尽管使用农业化学药品和抗病性作物品种能够控制作物的疾病，但是病原体群体快速适应了这些措施。而CRISPR技术能从植物本身出发，改变植物对这些疾病的抵抗能力，并且不残留外源DNA，这也意味着它不会像常规基因工程技术那样，有可能改变作物周围的生态。
专家点评
姚正昌
前湖南省农业技术推广总站站长，湖南农业大学客座教授
为“保证所有人在任何时候都能得到为了生存和健康所需要的足够食品”(联合国粮农组织对粮食安全的定义)，科学家们一直在努力探索提高单位面积粮食产量的方法，其中20世纪50年代、70年代的两次绿色革命(高秆变矮秆、常规变杂交)，使水稻等农作物的产量大幅度增加，基本上解决了不断增长的人口口粮问题。
进入21世纪以来，受人口增长、人均消费水平提高、城乡人口结构变化等因素的影响，全世界的粮食消费需求呈刚性增长态势。但随着工业化、城镇化规模的扩大，大量耕地被占用，导致耕地面积逐渐减少。如果农业技术特别是生物技术不出现大的突破，日趋减少的耕地将承载不了日益增长的人口对食物的刚性需求。这就要求我们在千方百计保护耕地数量、提高耕地质量的同时，利用现代最先进的科学技术，研究探索提高粮食产量的办法。而通过生物工程技术提高粮食作物的光合作用效益，是一个最直接、最有效的方式。
感谢造物主的伟大，赐予我们一个丰富多彩的神奇世界。在这个神奇世界里，种类繁多、差异显著的各类生物，既互相依存，又互相竞争，为各自种群的生存繁衍修练十八般武艺。经过千万年的进化，有不少植物、藻类等练出了高强的内功，在利用太阳光、水、大气等方面的本领较一般物种强大。这些物种的存在，给科学家们提供了更多的研究对象，以搞清楚它们利用太阳光、水、大气的机理，再借助现代生物技术，就有可能改造粮食作物的生物结构，提高它们的光合作用效益，从而提高粮食产量。实际上，从20世纪80年代以来，许多科学家就取得了比较突出的成绩，如湖南农业大学的科学家们在80年代末利用玉米基因培育的遗传工程稻，在同等条件下，产量比当时的主栽水稻品种有大幅度增长。可惜的是在基础理论还有没完全弄清、水稻的高产性能还有没完全稳定时，急于商业开，发盲目投入大田生产，又遇到极端气候，导致大面减产或绝收，不得不中止了研究。
随着人口的不断增长和可利用资源的日趋减少，利用C4植物等高效光合作用植物资源改造现有的粮食作物，提高粮食作物的产量，对确保人类的粮食安全具有十分重要的意义，也应该是今后的主要发展方向，其对人类的贡献应该媲美甚至超过20世纪的两次绿色革命。可喜的是，无论是基础理论研究还是实际生产，科学家们的努力已经取得了明显的成果，为今后拓展研究范围和用于大面积生产奠定了良好的基础。
随着基因编辑等生物技术的不断进步，利用高效光合作用的植物、藻类的基因改造粮食作物，提高粮食作物的光合作用效益，将变得越来越容易。但应该引起注意的是:一是这类研究必须是公益性的，其基础理论研究(包括高效光合作用植物、藻类等的普查)应该得到各国政府和联合国粮农组织等国际组织的无偿财政支持;二是这项技术不能滥用，只能限于与人类有关的粮食、经济作物，一旦失控，很有可能培育出生态杀手，酿成生态灾害，危害人类的生产生活环境。Conversational Interfaces 语音接口
中国是发展语音接口的理想市场，因为使用微型触摸屏进行汉字输入十分麻烦。不过，随着百度在语音技术方面的不断进步，语音接口变得更为实用和有效，人们可以更便利地与身边的设备进行互动。该技术被《麻省理工科技评论》评为2016年度10大突破技术。
撰文:威尔·奈特（Will Knight）
突破技术
将语音识别与自然语言理解相结合，为世界上最大的互联网市场创造了切实可用的语音接口。
重要意义
通过打字与电脑互动是非常耗时和令人沮丧的。
主要研究者
-百度
-谷歌
-苹果
-科大讯飞
-Nuance
三里屯是北京最繁华的地方，这里有很多游客、KTV、酒吧和奢侈品商店。漫步在三里屯，你会看到很多人在使用最新款的智能手机，包括苹果、三星或小米。然而，仔细看，你可能会发现，他们当中的一些人往往不使用手机上的触摸屏，而是使用更高效、更直观的工具——他们的声音。
在中国，智能手机用户不断增长，人数高达6.91亿。其中越来越多的人开始不再经常通过滑动、轻击以及键盘的方式在百度上进行搜索（百度是中国最受欢迎的搜索引擎）。中国是发展语音接口的理想市场，因为使用微型触摸屏进行汉字输入十分麻烦。不过，随着百度在语音技术方面的不断进步，语音接口变得更为实用和有效，这使人们可以更便利地与身边的设备进行互动。“语音技术正逐渐成为非常值得信赖的技术，你只需单纯地、想都不用想地使用它。”百度首席科学家吴恩达（Andrew Ng）如是说。同时他还是斯坦福大学（Stanford University）的副教授。“最好的技术往往是看不见的，随着语音识别变得更值得信赖，我希望它可以融入到我们的生活中。”
长期以来，语音接口一直是技术人员（科幻小说作家就更不用提了）的一个梦想。近年来，由于机器学习的迅猛进步，语音控制变得更为实用。
语音识别不再仅仅局限于一小组预设的命令，它现在甚至可以在嘈杂的环境中使用，例如北京的街道。声控虚拟助手为信息搜索带来一种简单的方法，即通过你的声音来查找信息、播放歌曲、建立购物清单，例如苹果的Siri、微软的Cortana、在大多数智能手机上捆绑的谷歌软件、亚马逊的Alexa。这些系统并非完美无缺，它们有时会误听和误解命令，会产生滑稽的结果，但是它们的性能正在稳步提高。这让我们看到了一个美妙的未来，那就是我们可以无需花费很多精力来学习每个新设备的新型接口。百度公司
百度正在不断取得骄人的进步，尤其是在语音识别的准确性方面，它拥有进一步发展语音接口的能力。成立于2000年的百度，是中国对谷歌公司的正面挑战，它在中国的搜索引擎市场中占据主导地位，市场份额达70%。同时，百度公司已经衍生出了多种其他服务，涉及音乐、电影流媒体、银行、保险等多个领域。
火爆的移动互联网市场
中国火爆的移动互联网市场不断推动着语音技术的创新。移动互联网用户（单位：百万）移动设备上的互联网用户的比例
在中国，一个更高效的移动接口将为人们带来巨大的帮助，那就是智能手机。相比台式电脑或笔记本电脑，智能手机更为常见，但是在浏览网页、发送信息以及完成其他任务时，智能手机较慢的反应速度却是令人感到痛苦和沮丧的。
中国有成千上万的汉字，虽然人们可以通过拼音系统按照发音生成汉字，但是很多人（特别是年龄在50岁以上的人）不了解该系统。同时，中国人普遍使用微信之类的通信应用软件来完成各种各样的工作，例如在餐馆支付餐费。但是，中国还有许多贫困地区，识字水平仍然很低，互联网在这些地区有着更大的、可以产生较大的社会和经济效益的机会。“这是挑战，也是机遇，” 吴恩达如是说。他因为在斯坦福大学的人工智能和机器人技术研究方面的贡献，被评选为2008年度“《麻省理工科技评论》35位35岁以下的创新者（TR35）”之一。“对于很多习惯于使用台式电脑的人来说，与其让他们学习手机的新功能，不如从一开始就让他们学习移动设备的最佳使用方法。”
吴恩达认为，可能很快就可以在各种设备上通过使用语音来相互交流。例如，如果仅仅通过语音便能向机器人或家用电器发送命令，那么你就可以更轻松地进行操作。百度在北京总部和硅谷的工厂设有研究小组，致力于不断提高语音识别的准确性，使计算机更好地分析语句的含义。
在过去的几十年里，麻省理工学院的一位高级研究员吉姆·格拉斯（Jim Glass）一直致力于语音技术的研究，他认为这可能是发展语音控制的最好时机。“语音已经成为了我们社会发展的一个转折点，”他说，“根据我的经验来看，当人们可以与设备交谈，而不是通过远程控制来实现任务命令时，他们会非常愿意这样做。”
2015年11月是百度语音技术发展过程中的一个重要里程碑，它宣布其硅谷实验室已经开发出了一个强大的新型语音识别引擎，被称为“深度语音识别系统”（Deep Speech 2）。它包含了一个非常大的、“深”的神经网络；它学习了单词和短语的关联声音，引入了数以百万计的转录语音。Deep Speech 2在口语识别的准确度方面十分惊人。事实上，研究人员发现，有时它在识别汉语语音片段方面要比人为识别更加准确。
百度的进步令人感到惊喜，因为普通话在发音方面十分复杂；并且音调不同，词和词意就不同。Deep Speech 2引人注目的另一个原因是，在加利福尼亚实验室研究这项技术的人员中，几乎没有人讲普通话、粤语或其他任何中国方言，该引擎基本上是一个通用的语音系统，如果输入足够多的示例，它同样可以进行英语的语音识别。
目前，百度搜索引擎所听到的大部分声音命令都是比较简单的查询，例如关于明天的天气或污染状况。对于这些问题的语音识别，该系统通常是非常准确的。然而，越来越多的用户开始问更加复杂的问题。面对这些情况，该公司在去年推出了自己的语音助手，作为其主要的移动应用程序的一部分，被称为“度秘”（DuEr）。度秘可以帮助用户查询电影的放映时间，或者帮助用户在一家餐厅订位。
百度的最大挑战是使其人工智能系统更为智能地理解和回应更加复杂的口语短语。最终，百度希望度秘可以进行有意义的来回对话，将变化的信息加入到讨论内容中。为了实现这个目标，百度北京公司的一个研究小组正在努力提升口译用户进行查询所使用的系统，包括使用百度已应用于语音识别的神经网络技术，但也需要其他的技巧。百度已经聘请了一个团队来分析发送至度秘的查询内容，并纠正相关错误，从而不断提升该系统，使其越来越好用。“未来，我希望我们能够与所有的设备交谈，让它们了解我们在说什么，” 吴恩达说，“我希望有一天，下一代人会感到困惑：为何我们在2016年对微波炉打招呼时，它会无礼地坐在那里，对你说的话毫无反应。”
专家点评
任海霞
阿里云研究中心大数据高级专家
语音交互不仅是人类间最自然、最重要的信息交互手段，也是某些庞大的特定人群的最优交互方式。将语音识别和自然语言理解相结合，创造切实可用的语音接口，将在很大程度上提高用户在移动终端、可穿戴、智能家居、智能汽车等智能设备的体验，真正在交互层面实现智能时代的人机的自然融合，带来的价值也将不可估量。
语音接口要成为用户真正的便利帮手，要求机器不仅会“听话”，还要能“懂话”。目前随着移动智能终端的普及应用，移动互联网应用向用户的各类生活需求深入渗透，积累了大量文本或语音方面的语料，为语音识别中的语言模型和声学模型的训练提供了丰富的资源，使得构建通用大规模语言模型和声学模型成为可能。借助“机器学习”算法的突破，语音识别的错误率已经大幅降低，更多的期望是在自然语言理解方面的突破。Reusable Rockets 可回收火箭
提起伊隆·马斯克（Elon Musk），有几个词汇可能会在大家的脑海里闪过——特斯拉（Tesla），可回收火箭，还有Paypal（全球最大的网上支付平台）。是的，马斯克在2015年给我们的惊喜实在太多了，除了超级高铁“Hyperloop”的发布，还有震惊世界的可回收火箭。他担任CEO的太空探索技术公司（SpaceX）在2015年12月成功回收了发射出去的火箭，这在航空航天技术史上是划时代的壮举。火箭通常会在其首航的过程中损毁。但是如今，人们可以令火箭垂直着陆，并且在重新添加燃料之后，开启另一个新航程。这为人类航天事业创造了新纪元。而且由此降低的飞行成本可以为宇宙空间的许多新事业打开方便之门，例如蓝源公司一直希望的廉价太空旅行。可回收火箭毫无争议地入选了《麻省理工科技评论》2016年度10大突破技术。现在就让我们走进这项改变世界的技术。
撰文：布莱恩·伯格斯坦（Brian Bergstein）、杨一鸣太空探索技术公司在得克萨斯（Texas）进行火箭回收着陆试验
突破技术
可以发射有效载荷至轨道并安全着陆的火箭。
重要意义
飞行成本的降低可为诸多新的航天事业打开方便之门。
新型太空产业中的重要公司
-太空探索技术公司（SpaceX）
-蓝源公司（Blue Origin）
-联合发射联盟（United Launch Alliance）
成千上万的火箭已经被发射到太空中，但是直到2015年，还没有任何火箭可以这样返回——垂直返回至着陆架上，通过稳步点火来控制其下降情况，几乎就像倒带播放当初发射时的情景一样。如果火箭可以这样按计划着陆，并可以反复为其添加燃料，那么宇宙飞行的成本便可以降低90%以上。
双雄争霸的时代
两位科技界的亿万富翁使得这种着陆方式成为现实。杰夫·贝佐斯（Jef Bezos）的蓝源公司（Blue Origin）在2015年11月首次实现了这种火箭着陆方式；而伊隆·马斯克（Elon Musk）的太空探索技术公司（SpaceX）也在同一年的12月成功实现了这种火箭着陆方式。这两家公司本身大不相同——蓝源公司是希望推进一个太空之旅的项目，游客可以在太空舱中享受四分钟，而太空探索技术公司已经发射了卫星，完成了空间站补给任务。但是相同的一点是，两家公司都需要可重复使用的火箭来提高航天的经济性。长时间曝光捕捉到太空探索技术公司的火箭起飞和返回至佛罗里达州（Florida）卡纳维拉尔角（Cape Canaveral）的情况
其实对于太空探索技术公司而言，回收火箭成不成功并不会对单次火箭发射任务产生任何影响，因为主要目的还是发射卫星或者是给空间站进行补给。而回收火箭只是发射任务之后的“附加节目”，但这样的附加节目却对航空航天技术意义重大。由于火箭的成本可达数千万美元，并且在燃料烧尽后，只能自由落体穿过大气层返回地面，因此向太空发射火箭的成本是十分高的。太空探索技术公司和蓝源公司使用了一种折叠式支架，通过航载软件来点燃推进器，并在精确的时刻点操作副翼来减慢或加快火箭速度，这样就能在着陆的时候精确控制降落的速度和角度，真正做到软着陆。太空探索技术公司所面临的困难要更多一些，因为蓝源公司的太空船的速度和高度均为火箭的一半，并且大体可以保持垂直状态，但是太空探索技术公司的火箭还需要从水平位置转换成垂直位置。在2015年1月，由于一只火箭的支架没有锁定到位，太空探索技术公司在火箭第二次着陆时失败了，这次事件表明了相关应用中可能会出现很多差错。即使如此，现在很明显的事实是，未来的航天飞行将比过去40年阿波罗时代所带来的影响有趣得多。
时间进入到2016年，两家公司都相继多次成功回收自家的火箭：太空探索技术公司4月8日“猎鹰”9号火箭从海上平台回收，5月6日猎鹰9号一级火箭返回大气层并尝试在大西洋上的海上平台软着陆；而蓝源公司的成绩却显得更加斐然，2015年回收的“新谢泼德”火箭在2016年1月23日再次升空并且再次成功回收，而在4月3日又再次升空并且也再次成功回收。这样，蓝源公司的“新谢泼德”火箭在5个月之内反复地使用了3次，而且每次发射的高度都超过了100千米高的“卡门线”——从100千米高度开始为太空，是人类历史上的首次。
其实两家公司对于回收火箭的态度并不相同，蓝源公司旨在降低火箭发射成本，使得廉价太空旅行成为可能，成功回收火箭对于他们来说是必须的；然而对于太空探索技术公司而言，回收火箭也降低了发射成本，但这并不是其主要任务，成功回收火箭对于他们来说只是锦上添花。实际来说，“新谢泼德”火箭最终飞行高度仅100千米，刚刚到达太空边缘，它旨在搭载游客前往太空边缘做观光旅行，体验失重飞行。而“猎鹰”9号火箭是真正的太空商用火箭，一级火箭分离高度就接近100千米，随后一级火箭仍将继续飞行到约200千米的高度才返回地面。“猎鹰”9号一级火箭返回地面的速度要远大于“新谢泼德”火箭，且箭体结构并不像“新谢泼德”那样特化为较适合亚轨道飞行，返回并软着陆要比“新谢泼德”火箭难上几个数量级。两家公司的火箭飞行目的不同，所以回收技术难度上差距也很大。另外，两家火箭的差异也造成了他们各自回收火箭的难易的不同。“新谢泼德”火箭是一个“矮胖”类型的，相对于“细长”类型的“猎鹰”9号火箭更易于实现火箭姿态的稳定控制。但是不论这两家公司之间回收火箭的竞赛谁输谁赢，他们向世人展现的都是足以改变航空航天研究的新技术。
廉价太空旅行的可能
火箭回收重复使用将给全球太空商业发射带来革命性变化：回收一级火箭将大幅降低火箭发射费用，人类前往太空不再昂贵，廉价太空时代指日可待。因为一枚火箭的成本，燃料仅占很小一部分，火箭的导航控制系统、燃料储箱和发动机等部分才是大头。如果一枚火箭可以重复使用，将大大降低发射成本。比如太空探索技术公司每次发射费用约6 000万美元，其中燃料费用仅20万美元。实现火箭回收技术后，发射价格有望降低一个数量级，每次仅600万美元甚至更低。埃隆·马斯克曾表示：“我想我们将很快就能积累一个像舰队一样多的回收火箭，这将使我们花费数年的时间去使用它们，并确保它们都工作得很好。”
回来以后的日子
回收火箭其实真正的难点不是回收火箭的过程，而是在回收火箭的过程中也要有效地保护火箭的重要部件，其中就包括发动机。因为回收火箭的目的就在于要重复利用火箭，那么也就意味着火箭的重要组成部分一定要保证能正常工作才能进行再一次发射。蓝源公司5个月内三次使用同一个运载火箭“新谢泼德”就是成功的案例。虽然太空探索技术公司这边还没有传出成功使用已回收火箭的消息，但是他们在2016年1月已经对去年12月22日回收的“猎鹰”9号火箭做过静态点火测试，证实了火箭上的梅林1D发动机依旧运作良好，重新使用指日可待。
专家点评
陈禺杉
麻省理工企业合作（MIT ILP）中国协调官
2015年11月24日，圣诞前夜，对火箭回收技术来说是个历史性时刻——蓝源公司的“新谢泼德”号火箭成功完成历史性首飞，之前没人能确定在将火箭发射后，再垂直降落到指定位置到底有多困难，但贝索斯做到了。一个月后，太空探索技术公司用他们的“猎鹰”9号完成了同样的壮举，只不过“猎鹰”9号拥有更大的体积和更强力的推进器。
可回收火箭技术无疑是过去一年航天工业最耀眼的明星，每一次发射与回收都吸引着全球的目光。当然，两家公司的创始人伊隆·马斯克和杰夫·贝索斯的暗中角力，也为这场“太空竞赛”增添了一丝英雄主义的传奇色彩。
从技术上讲，太空探索技术公司的“猎鹰”9号从尺寸和推力上是蓝源公司“新谢泼德”号的4倍左右，实现回收的难度无疑更大。但毕竟两种火箭的发射高度、用途、成本都不一样，单纯地比较两家技术的优劣，意义其实并不大，反而细分市场才是看点所在。
任何一种技术一旦开始成熟，或者进入商业化阶段，如何确定目标市场、保证订单数量，才是这项技术得以持续发展的根本。目前，除了上述“火箭双雄”外，还涌现出RocketLab、Virgin Galactic、Vector Space等剑指小微型火箭发射市场的私人公司，美国的火箭发射市场可谓在各个细分领域全面开花。随着大量资本和初创公司加入新时代的“太空竞赛”，我们能预见未来几年内航天技术的快速发展，以及进入太空成本的显著降低。Robots That Teach Each Other 知识分享型机器人
如果机器人能够独立解决更多的问题，并互相分享这些内容，那会怎么样？如果不需要分别对所有类型的机器进行单独编程，那么可以极大地加快机器人的发展进程。该技术被评为《麻省理工理工科技评论》2016年度10大突破技术之一。
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