2022年全球十大突破性技术

为什么重要：一种治疗严重 COVID-19 的易于服用的药丸也可能在下一次大流行中发挥作用。

首席研究员：默克、辉瑞、Pardes Biosciences

技术可行性：已实现

还记得唐纳德特朗普用来治疗疟疾的羟氯喹，以及将人们送到毒物控制中心的马驱虫剂伊维菌素吗？ 这些药物对 COVID-19 无效。 尽管如此，人们仍然强烈希望它们有效。 吞下一颗药丸让病毒消失是一个简单的愿望。

现在，这个愿望已经成为现实：通过使用一种截然不同的方法来设计一种药丸来阻止新型冠状病毒。 事实证明，新方法确实有效。 辉瑞公司的一种抗病毒药物将感染几天的患者住院的几率降低了 89%。 美国政府已订购价值 100 亿美元的新药 Paxlovid。

新药丸不仅仅是在黑暗中的一次幸运尝试。 化学家设计了这种药物，通过靶向和阻断一种叫做蛋白酶的蛋白质来破坏病毒的自我复制能力，蛋白酶是新型冠状病毒威胁复制的核心。

类似的蛋白酶存在于其他类型的冠状病毒中，这表明辉瑞的药物也有望对抗下一次大流行。 而且，科学家们确信，更多的病原体如 SARS-CoV-2 病毒（新型冠状病毒）正潜伏在蝙蝠洞和工业农场中。

与病毒疫苗的设计、合成和测试相比，开发新的抗病毒药物需要更长的时间（一种来自默克公司，针对不同的病毒复制机制）。 但这些抗病毒药物仍然创造了记录。 从来没有一种全新的抗病分子能如此迅速地从化学家的实验室进入志愿者的嘴里，并获得美国食品和药物管理局的批准。 辉瑞（Pfizer）首席执行官阿尔伯特·布尔拉（Albert Bourla）表示，当他在 2021 年 11 月得知该药有效的消息时，他“流下了眼泪”。

该药丸将防止许多人死于 COVID-19，包括那些免疫系统较弱而疫苗没有反应的人。 如果出现打败疫苗的新变种，抗病毒药物可能是我们最后的手段。

2.实用聚变反应堆

为什么重要：核聚变有望产生廉价、无碳、永远在线的能源，没有核反应堆堆芯熔毁的危险，几乎没有放射性废物。

主要研究人员：英联邦聚变系统、国际热核实验反应堆 (ITER)、劳伦斯利弗莫尔国家点火装置、Helion Energy、Tokamak Energy、General Fusion

技术可行性：约10年

2021 年 9 月，Commonwealth Fusion Systems 的研究人员将 10 吨重的 D 形磁铁缓慢充电谁能控制以太坊，并增加磁场强度，直至超过 20 特斯拉 (T)。 这是同类磁铁的新记录。 该公司的创始人表示，这一壮举解决了开发紧凑、廉价的聚变反应堆的一项重大工程挑战。

几十年来，聚变发电一直是物理学家的梦想。 在远高于 1 亿摄氏度的温度下，就像在太阳中一样，原子核聚变在一起，在此过程中释放出巨大的能量。 如果研究人员能够在地球上以可控和持续的方式实现这些反应，就可以使用几乎无限的燃料来源提供廉价、连续、无碳的电力来源。

在一种方法中，磁铁用于将离子和电子气体（即所谓的等离子体）限制在环形反应器内。 更强大的磁铁意味着更少的热损失，允许在更小、更便宜的设施中发生更多的聚变反应。 这种变化不仅仅是一点点：磁场强度加倍可以将产生相同能量所需的等离子体体积减少 16 倍。

尽管过去几十年在研究上投入了数十亿美元，但还没有人建造出产生的能量超过反应堆消耗的能量的聚变电站。 但 Commonwealth Fusion Systems 及其支持者充满希望，其他聚变初创公司和研究工作也报告了最近的进展。

Commonwealth Fusion Systems 正在建设一家工厂，以批量生产磁铁并为原型反应堆奠定基础。 如果一切顺利，这家初创公司计划在 2030 年代初期向电网提供聚变能源。

3.结束密码

为什么重要：公司终于改变了他们的身份验证方式，摆脱了极其不安全的字母和数字。

首席研究员：微软、谷歌、Okta、Duo（由 Alphabet 所有）

技术可行性：已实现

1960 年代初，麻省理工学院教授 Fernando Corbató 正在开发一种新的共享计算机系统，并希望有一种方法让人们保护他们的私人文件，他的解决方案是使用密码。 多年来，Corbato 的解决方案击败了其他技术，成为我们几乎在任何地方登录的标准方式。

所以有什么问题？ 密码本质上是不安全的。 它可能被盗、被猜测或被暴力破解。 但大多数时候，人们使用一些低级密码。 更糟糕的是，它们还被重复使用。

Dashlane 和 1Password 等密码管理器可以为您跟踪所有这些不同的字母数字，甚至可以替换弱密码。 但就安全性而言，密码管理只是成功的一半，真正的行动是完全消除密码。

这个过程已经在进行中。 Okta 和 Duo 等以企业为中心的公司，以及谷歌等个人身份提供商，为人们提供无需输入密码即可登录应用程序和服务的方法。 同时，Apple 的面部识别系统使生物识别登录成为主流。 最值得注意的是，微软在 2021 年 3 月宣布其部分客户根本无法输入密码，然后在 9 月告诉人们他们可以完全删除密码。 那些被称为“其他”的身份验证方法终于赢得了胜利。

您可能自己也经历过这种情况。 你去登录一个网站或启动一个应用程序，而不是被要求输入密码，而是提示你输入来自身份验证应用程序的六位数代码，点击手机上的通知，或点击发送到你的电子邮件链接，或者只是将手机举到脸上。 这些操作非常简单。

至于输入一堆你必须回忆、记下或存储在数据库中的字符和符号？ 摆脱这一切。

4. AI蛋白折叠

为什么重要：DeepMind 通过解决困扰研究人员 50 年的生物学问题，为药物发现和设计开辟了新途径。

主要研究人员：DeepMind（Alphabet 旗下）、同构实验室（Alphabet 旗下）、贝克实验室（华盛顿大学）

技术可行性：已实现

截至2020年底，英国人工智能实验室DeepMind在人工智能领域取得了诸多骄人成绩。 然而，当该小组预测蛋白质折叠的程序于当年 11 月发布时，生物学家对它的效果感到震惊。

几乎您的身体所做的一切都与蛋白质有关。 因此，了解由其三维结构决定的单一蛋白质的作用对于大多数药物开发和了解许多疾病至关重要。

蛋白质由氨基酸组成，氨基酸折叠成一个复杂的扭结。 确定这种形状，从而确定蛋白质的功能，需要在实验室中花费数月时间。 多年来，科学家们一直试图通过计算机预测来简化这一过程。 然而，没有任何技术能够接近人类所达到的准确度。

由 DeepMind 开发的 AlphaFold2 改变了这一点。 使用一种称为深度学习的人工智能技术，该软件可以将蛋白质的形状预测到原子水平，这是计算机第一次接近匹配实验室中使用的速度较慢但准确的技术。

世界各地的科学团队已经在使用它来研究癌症、抗生素耐药性和 COVID-19。

DeepMind 还建立了一个公共数据库，AlphaFold2 在预测蛋白质结构时会填充该数据库。 该数据库目前有大约 80 万个条目，DeepMind 表示明年将增加超过 1 亿个条目，几乎涵盖科学界已知的所有蛋白质。

DeepMind 已将这项工作孵化为一家名为 Isomorphic Labs 的公司，据称该公司将与现有的生物技术和制药公司合作。 AlphaFold2 的真正影响可能需要一两年才能变得清晰，但它的潜力正在世界各地的实验室中迅速展现。

5.Pos权益证明

意义：保护数字货币的另一种方法可以结束加密货币的能源消耗困境。

首席研究员：Cardano、Solana、Algorand、Ethereum

技术可行性：2022年可实现以太坊

像比特币这样的加密货币会消耗大量电力。 2021 年，比特币网络耗电量超过 100 太瓦时，超过芬兰一年的能源消耗量。

股权证明提供了一种构建不需要大量能量的网络的方法。 如果一切按计划进行，运行各种应用程序的全球第二大加密货币以太坊将在 2022 年上半年过渡到这种模式。这一过渡预计将减少 99.95% 的能源使用。

数字货币运行在区块链上，必须保证通过交易产生的数字账本的安全性，防止骗子、诈骗者和黑客入侵。 比特币和以太坊目前使用工作量证明算法来保证安全：“矿工”解决密码学难题，争夺验证新交易区块的权利。 成功的“矿工”因其工作而获得加密货币奖励。

工作量证明意味着找到数学难题的解决方案，这需要大量的计算能力，因此需要电力。

有了权益证明，验证者就不必互相争斗，也不必在能源和计算硬件上投入巨资。 相反，他们的加密货币缓存或股份允许他们参加抽奖活动。 那些被选中的人获得了验证一组交易的能力（从而获得更多的加密货币）。 在某些网络中，表现出不良行为的验证者会受到损失部分股份的惩罚。

以太坊将成为使用权益证明的最大网络。 它为系统构建了一个新的区块链，一直在并行运行。 现在需要发生的是“合并”，移动到实际执行交易和持有用户资产的“层”，并在此过程中放弃工作量证明。

如果成功，以太坊的权益证明区块链可以促进节能技术的广泛采用。 其他网络已考虑转换，但他们似乎正在采取观望态度。

6、长期并网储能电池

为什么重要：廉价、持久的铁基电池可以帮助分散对可再生能源供应的压力，并扩大清洁能源的获取范围。

首席研究员：ESS，Form Energy

技术可行性：已实现

2021 年 4 月一个阳光明媚的下午，可再生能源打破了加州主电网的记录谁能控制以太坊，提供的电力足以满足 94.5% 的需求。 这一刻被誉为脱碳道路上的里程碑。 但是，当太阳下山，微风减弱时会发生什么？

处理可再生能源波动的电力生产需要数小时甚至数天的廉价存储，而新型铁基电池可能可以胜任这项任务。

总部位于俄勒冈州的 ESS 的电池可以储存 4 到 12 小时的能量，该项目于 2021 年启动了第一个电网规模项目。总部位于马萨诸塞州的 Form Energy 将在 2021 年筹集 2.4 亿美元，其电池可以储存长达100 小时，它的第一个安装将是明尼苏达州的一个兆瓦试验工厂，预计将于 2021 年开放。2023 年完工。

两家公司都选择使用铁基电池，这是地球上最丰富的材料之一。 这意味着他们的产品最终可能比其他电网存储候选产品更便宜，例如锂离子电池和钒基液流电池。

Form Energy 表示，其电池最终成本可能低至每千瓦时 20 美元，甚至低于未来几十年对锂离子电池的乐观预测。

然而，仍有一些挑战需要解决。 铁基电池通常效率很低，这意味着投入其中的很大一部分能量无法回收。 另外，随着时间的推移，副反应会降低电池性能。 但是，如果铁基电池能够以足够低的成本广泛部署，它们可以帮助更多人使用可再生能源供电。

7. AI数据生成

8. 疟疾疫苗

9. 除碳厂

10、新冠变异追踪