盤點 | 2016十大前沿科技～

　　人工智慧、虛擬現實、量子計算、5G通信……2016年不了解這些辭彙背後的科技，「朋友圈」都混不下去。今天，小編帶大家走進2016年報道的10個前沿頭條，一起回顧下「火」遍2016年的酷炫科技。

人工智慧：IT領域的技術革命

　　2016年，出現頻率最多的關鍵詞非人工智慧莫屬。因為在這一年，有太多本以為還不會出現的科技，卻因人工智慧而一一實現了。不得不提的就是今年3月發生的大事件：谷歌AlphaGo打敗人類圍棋世界冠軍李世石。圍棋一直被視為人工智慧技術難以攀登的一座高峰，世紀人機大戰的結果告訴我們，AlphaGo達到的里程碑比人工智慧專家預期的還要提早了10年。

　　我們時常接觸的Siri和類似的語音助手也是很好的例子。今年6月的蘋果開發者大會WWDC上，蘋果宣布在iOS 10開放了Siri的介面，這意味著用戶終於可以通過Siri來調用第三方App來做事情了。語音識別就好比「機器的聽覺系統」，讓機器通過識別和理解，把語音信號轉變為相應的文本或命令。

　　國內的科大訊飛、思必馳等廠商都在研發語音識別新策略、新演算法，人類與語音的自然交互漸行漸近。類腦計算被認為是人工智慧的突破口，類腦智能就是以計算建模為手段，受腦神經機理和認知行為機理啟發，並通過軟硬體協同實現的機器智能。中國工程院院士、指揮自動化和人工智慧專家李德毅告訴《中國科學報》記者，開發出像人類大腦一樣聰明且具有學習能力的機器人是人工智慧的目標，但解開腦科學謎團仍屬於世界級難題。一旦探索生物腦和電子腦並且形成「雜交優勢」，將來的前景會勢不可擋。

量子計算：研製已到關鍵期

　　如今，全球正在掀起一場「量子技術熱」，而一個主流共識是，量子計算和量子計算機是量子信息技術領域最重要的方向。

　　中國科學院院士、中科院國家數學與交叉科學中心主任郭雷在中國科學院學部「科學與技術前沿」論壇上強調了量子計算機的戰略地位：「量子計算機的研製已經列入世界高新技術的戰略制高點，成為科技強國崛起的重中之重。量子計算機必將掀起一場劃時代革命，一旦人類掌握這種運算工具，人類文明將會發展到一個嶄新時代。」

　　如果研製出真正的通用量子計算機，那麼它的誕生的確對經典計算機有壓倒性優勢。特別是在超並行計算能力方面，量子計算機大幅優於經典計算機。例如，求一個300位數的質因數，目前最好的經典計算機可能需要上千年的時間來完成，而量子計算機理論上可以在幾小時甚至幾分鐘內完成。特別是在核爆模擬、密碼破譯、材料和微納製造等領域，量子計算具有突出優勢，是新概念高性能計算領域公認的發展趨勢。

　　「如果把經典超級計算機比作常規導彈，量子計算機就好比核彈頭。」中國科學院院士、中科院量子信息重點實驗室主任郭光燦形象地說。不過，中國在量子計算機方面的研究才剛剛起步。「量子計算機已經從開始大家懷疑的『能不能做出來』到了『早晚能做出來』的階段，而且快則10年、15年就會實現。因此，量子計算機研製已經到了一個關鍵時期。」郭光燦說。

5G：通信產業的再一次變革

　　在近日舉辦的廣州中國移動全球合作夥伴大會上傳來好消息，由於中國移動的大力推動，5G網路實現商用的節點要比原計劃提前三到四年的時間。

　　據悉，中國移動已經在技術研發、企業合作、標準制定等方面取得了突破性的進展，5G網路有望於2020年正式進入商用階段，與韓國、日本、美國等發達國家同步。5G網路的腳步已經越來越近，距離落地應用的最後時刻已為時不遠。

　　5G網路作為第五代移動通信網路，其最高理論傳輸速度可達每秒數十Gb，這比4G網路的傳輸速度快數百倍，整部超高畫質電影可在1秒之內下載完成。據了解，5G技術研發試驗將在2016—2018年進行，分為5G關鍵技術試驗、5G技術方案驗證和5G系統驗證三個階段實施，最終到2018年完成5G系統的組網技術性能測試和5G典型業務演示。

　　從4G到5G，同樣有兩個非常重要的標誌性的技術更新，一是絕對速率變快了；二是新一代應用也會隨之產生。」美國高通公司工程技術副總裁范明熙對《中國科學報》記者介紹，5G技術的應用將直接推動移動物聯網的產生，「基於移動物聯網有兩套非常重要的技術。一個是低時延，比如工業控制和車載網，對安全性要求很高，要有可靠性的業務控制和關鍵技術服務。二是大規模海量物聯網，這裡需要有各種連接，同時每個終端存在的壽命會很長，如何既降低功耗，又能把許多不同的需求放在統一的平台上，這是5G將會帶來的改變。」

E級超算：超算的「下一頂皇冠」

　　人類對宇宙探索的好奇心以及對問題規模和精度的追求，決定了人們對超級計算能力的需求「不會止步」。在百P超算實現之後，E級超算，也就是百億億次超級計算機，將成為世界各國爭奪的「下一頂皇冠」。

　　爭奪近在眼前。「神威·太湖之光」成為世界最快超級計算機後，美國、日本、歐洲等國先後制定了自己的E級超算研發計劃，並將相應計劃的完成時間表設定在了2020—2022年。中國也將百億億次超級計算機及相關技術的研究寫入了國家「十三五」規劃，同時也希望在2020年左右實現。

　　不過，百億億次超級計算機的建造難度並不僅僅在於速度的提升。中科院計算所研究員、中國計算機學會高性能計算專委會秘書長張雲泉介紹說，研發E級超算實際上面臨著編程牆、功耗牆、可靠性牆和存儲牆幾個「大牆」的圍堵，如何越過這幾堵牆，面臨很大的挑戰。

　　在「神威·太湖之光」以自主晶元和操作系統獲得接近十億億次的計算速度之後，中國看到了自主研發E級超算的希望和曙光。在國家「十三五」高性能計算專項課題中，我國公示出了三個分別由中科曙光、國防科技大學以及江南計算技術研究所牽頭的E級超算的原型系統研製項目。張雲泉認為，「神威·太湖之光」的成功已經為我國向E級超算邁進打下了一個堅實的基礎，只要做好人才、資源、經費和材料的儲備，衝擊E級超算指日可待。

區塊鏈：金融科技新藍圖

　　「區塊鏈技術」被譽為是將會顛覆傳統金融模式的網路技術，2016年，它成為科技界和金融圈裡最時髦的名詞。央行行長周小川在今年2月表示，區塊鏈技術用於數字貨幣在考慮範圍內，這被認為是國內區塊鏈產業的「時機」到了。

　　從本質上說，區塊鏈是一種交易協議，它之所以讓人遐想無限，是因為其作為新型的底層信息技術，具備數據公開透明、信息安全程度高、可追述性強等諸多優勢，有望改變互聯網治理模式，推動互聯網成為新型信用基礎設施，實現價值的有效傳遞。

　　北京航空航天大學計算機學院教授蔡維德對《中國科學報》記者表示，目前區塊鏈技術主要指通過特殊的演算法、加密手段保證網路中資料庫的一致性、安全性及可維護性。《經濟學人》則對區塊鏈做了更為形象的比喻：它是「一台創造信任的機器」，讓人們在互不信任並沒有中立中央機構的情況下，能夠做到互相協作。

　　為了積極引導我國區塊鏈技術和應用發展，10月18日，在工業和信息化部信息化和軟體服務業司及國標委的指導下，《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書（2016）》正式亮相，區塊鏈技術迎來了第一個官方指導文件。《白皮書》認為，區塊鏈典型的應用包括金融服務、供應鏈管理、文化娛樂、智能製造、社會公益、教育就業6個場景。然而，不論從技術成熟度還是市場接受能力來看，區塊鏈技術的發展仍是任重而道遠。

虛擬現實：科技界的璀璨新星

　　2016年，科技界的新寵——虛擬現實技術（VR）熱得發燙，PokemonGo風靡全球、國家發展改革委提出將專項建VR/AR國家工程實驗室、國家主席習近平在G20峰會上強調發展VR技術、京東戰略布局VR購物、百度VR瀏覽器上線……

　　VR指藉助計算機及先進的感測器技術創造的一種嶄新的人機交互形式，是一種多源信息融合的互動式的三維動態視景和實體行為的系統模擬，使用戶沉浸到該環境中，包括模擬環境、多感知傳導、自然技能等各方面，多用於遊戲、旅遊、體育、環保等領域。在遊戲領域，用戶可以通過VR技術體驗驚悚的恐怖遊戲，足不出戶看遍世間鬼屋，也可以跟自己敬仰的球星同台競技。通過虛擬現實，用戶還可以在家零距離觀看偶像的演唱會。

　　不過，大部分人對VR的觀念仍局限在「魔鏡」「頭盔」「眼鏡」等遊戲或影音產品上，實際上VR在現代科技領域中的應用不只於此。面對工業應用，VR也展開了「懷抱」，其能夠貫穿於整個工業生產製造環節，包括初期的市場研究、造型開發、工程開發以及市場開發階段。

　　9月29日，國內VR企業迎來「大日子」：虛擬現實產業聯盟正式成立。工業和信息化部總工程師張峰表示，VR已經處於產業爆發的前夕，世界主要國家和地區已經將VR提升到戰略高度，積極布局謀求主動。我國必須要把握戰略窗口機遇期，以VR帶來的廣闊前景為契機，一手抓產業發展，一手抓安全保障，實現VR產業快速健康發展。

智能感測器：以硬體與環境交互

　　隨著智能化時代的到來，感測器作為智能設備的基礎，在工業、食品、醫療等領域發揮越來越重要的作用。這意味著，信息時代的發展進度將取決於感測器的技術創新。

　　2016年，感測器領域「黑科技」不斷湧現。中國科學院深圳先進技術研究院醫工所超聲研究團隊就發明了一種新型聲子晶體高精度微量液體感測器。進一步的理論設計和聲子晶體感測器實驗證實，該狹縫聲子晶體系統可用於對微量液體的聲速和密度進行同時感測，且當液體聲速和密度變化趨勢相反時，該感測器靈敏度最高；中科院蘇州納米所陳韋研究團隊發明出一種基於離子壓電效應的可穿戴離子型無源力學感測器，並且實現了對於人體多尺度多維活動的實時監測。

　　隨著MEMS、激光技術、高科技材料等的技術進步，感測器的研發呈現多樣化的趨勢，有的利用生物材料模擬人類皮膚，創新感測器的觸覺；有的利用MEMS技術研發微型智能化感測器，從而有利於複雜系統的集成；有的利用高精度的激光技術創造激光雷達，從而利於系統實時感知周邊障礙物與環境等。

　　「感測器是設備感受外界環境的重要硬體，決定了裝備與外界環境交互的能力，是設備智能化的硬體基礎，尤其在很多智能設備中，感測器決定著設備的核心能力。」中國工程院院士、清華大學副校長尤政表示，「感測器的創新發展是國家創新驅動發展戰略下信息化發展的關鍵。」

基因編輯：基因革命的第二波熱潮

　　4月21日，《自然》雜誌在線發表了哈爾濱工業大學生命學院教授黃志偉的研究論文。該研究在國際上首次揭示了世界上最新發現的基因編輯系統CRISPR-Cpf1識別crRNA以及剪切pre-crRNA機制。該發現將實現對DNA的目的基因進行「關閉」「恢復」和「切換」等精準操作，將人類戰勝癌症等疑難疾病夢想向前推進一大步。

　　黃志偉團隊通過結構生物學和生化研究手段首次揭示了CRISPR-Cpf1系統的關鍵工作機理，對認識細菌如何通過CRISPR系統抵抗病毒入侵的分子機理具有重要科學意義。該系統與原有基因編輯技術有兩點不同，即剪輯機制不一樣，識別位點不一樣，對日後優化該基因編輯系統意義重大。據悉，Cpf1也是目前解析的世界上唯一一個具有核酸序列特異性且同時具有DNase和RNase活性的核酸酶。

　　同樣是基因編輯技術，河北科技大學副教授韓春雨領銜的NgAgo基因編輯技術因無法重複而備受質疑。11月15日，國內外20名學者共同署名，在由高等教育出版社、北京生科院和中國生物物理學會聯合創辦的國內期刊Protein Cell以Letter形式在線發表了題為「Questions about NgAgo」的質疑文章。此舉又將基因編輯的關注度推向了又一個高峰。總之，隨著生物技術突破性的變革及科學家們不斷的努力，新的基因編輯技術不斷湧現出來，一系列基因治療的應用領域，如艾滋病、血液病、腫瘤及其他多種遺傳性疾病，都展現出極大的應用前景。

第三代測序：精準醫療的入口

　　精準醫療主要包括精準診斷和精準治療兩部分。作為精準診斷的關鍵，基因測序已成為當仁不讓的精準醫療的入口。2016年，科學家們首次利用第三代測序技術成功確定了二代測序未能檢測到的致病性大片段缺失突變，最終確診了一種罕見遺傳病。

　　第三代測序技術是指單分子測序技術，DNA測序時不需要經過PCR擴增，實現了對每一條DNA分子的單獨測序。南方科技大學副教授、深圳市瀚海基因生物科技有限公司創始人兼CEO賀建奎告訴《中國科學報》記者，相比第二代測序，第三代測序技術在臨床上的應用有明顯優勢：不需PCR擴增，可直接對單個分子進行測序；樣品製備簡單，測序成本進一步降低；可直接讀取RNA的序列和包括甲基化在內的DNA修飾。這些優勢可以大大改善臨床基因測序的成本、速度和質量。

　　目前，單分子測序平台可以廣泛應用於無創產前診斷、腫瘤早期無創診斷、胚胎植入前遺傳學篩查、病原體檢測和遺傳病基因變異檢測等。此外，對於諸如埃博拉病毒等重大暴發性傳染病的應用領域，第三代或第四代（納米孔分子測序）測序技術的應用，更是能夠第一時間讓病毒現出原形，從而為重大傳染病防控提供科學依據。

　　第三代基因測序極大地改善了基因測序的成本、速度和質量，這項技術得到了行業領域內的高度評價。儘管第三代測序技術優勢多多，但並不意味著單分子測序無所不能，也並非毫無瑕疵。賀建奎告訴記者，目前第三代測序並不能取代二代測序，而是作為對其的一種補充，共同發展。

細胞重編程：返老還童有望成真

　　美國和西班牙兩國科學家12月15日在美國《細胞》雜誌上發布報告說，藉助一種叫細胞重編程的技術，他們成功逆轉小鼠的一些衰老癥狀，並將其中患早衰症的小鼠壽命延長了30%。細胞重編程是通過引入４種轉錄因子，將成體細胞轉化為誘導多能幹細胞。誘導多能幹細胞具有與胚胎幹細胞一樣的分化為各類細胞的能力。細胞重編程用途廣泛，其中一項就是被用來逆轉衰老，但此前研究中的實驗小鼠不是早死，就是患癌。

　　為避免早衰或患癌等副作用，研究人員本次使用了部分重編程技術。細胞重編程一般需用2~3周時間，才能讓成體細胞轉化為誘導多能幹細胞，但他們只利用上述轉錄因子重編程2~4天，因此獲得的並不是誘導多能幹細胞。實驗顯示，經過這種方法處理後，成體皮膚細胞仍然還是皮膚細胞，但細胞中的衰老跡象卻減輕了。

　　同樣是利用細胞重編程技術，此前，中國科學院生物物理研究所劉光慧實驗室與美國國立衛生研究院國家癌症研究所Tom Misteli研究組合作，通過篩選具有逆轉人類細胞衰老潛能的基因，發現轉錄因子NRF2介導的細胞抗氧化通路的紊亂是導致細胞衰老的驅動力。此外，上述研究人員還通過篩選具有激活NRF2通路功能的小分子化合物，發現一種用於治療脂肪肝的NRF2激動劑奧替普拉可以延緩間充質幹細胞衰老的進程，並提高其體內活性。該研究成果於6月2日發表在Cell雜誌上。

來源：DT高分子在線