請(qǐng)進(jìn)：這里有最新的技術(shù)前沿
《知識(shí)分子》每周末有一個(gè)專欄，專門遴選介紹面向人類認(rèn)知前沿的有趣的科學(xué)進(jìn)展。《賽先生》則持續(xù)梳理了20期技術(shù)前沿資訊以后，覺(jué)得讀者也許對(duì)未來(lái)改變生活的技術(shù)前沿資訊也感興趣。今天試水推送一條，如果反響熱烈，我們將持續(xù)更新。歡迎您閱后對(duì)技術(shù)前沿資訊專欄提出寶貴建議。
撰文 | 宋宇錚
來(lái)源：Pixabay
在科學(xué)史中，許多突破性技術(shù)都先于能夠解釋其原理的理論工作出現(xiàn)，并依靠后者快速演進(jìn)。過(guò)去十年，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）技術(shù)的興起幫助人工智能快速走出實(shí)驗(yàn)室，為無(wú)數(shù)行業(yè)創(chuàng)造了巨大的應(yīng)用價(jià)值。然而，由于DNN模型往往通過(guò)反復(fù)試錯(cuò)微調(diào)建立，而非基于理論突破，也導(dǎo)致設(shè)計(jì)者本人也時(shí)常難以解釋其工作原理，存在系統(tǒng)性偏差風(fēng)險(xiǎn)，被詬病為 “黑匣子”。
近日，“臉書” 與麻省理工學(xué)院兩位AI研究員聯(lián)合著書，試圖建立一個(gè)理論框架從 “第一性原理” 解釋深度學(xué)習(xí)技術(shù)。書中，兩位物理學(xué)背景的作者借鑒 “有效場(chǎng)論” 思想，拋棄此前理論家關(guān)于DNN無(wú)限寬度的假設(shè)，得以對(duì)神經(jīng)元間相互作用建模，揭示DNN的預(yù)測(cè)能力由深度-寬度之比控制，幾乎呈高斯分布。利用這一基本模型與其提出的代表組流概念，作者得以詳細(xì)揭示多種歸納偏差原因，并為梯度爆炸與梯度消失問(wèn)題提供解決方案。
據(jù)系，這本名為《深度學(xué)習(xí)理論原理》（The Principles of Deep Learning Theory）的專著將于明年初由劍橋大學(xué)出版社發(fā)行，全文手稿已被作者公開(kāi)分享，并獲得圖靈獎(jiǎng)得主、深度學(xué)習(xí)元老楊樂(lè)昆（Yann Lecun）力挺。他們希望，自己的理論框架能夠推動(dòng)從業(yè)者對(duì)DNN更深刻的理解，減少試錯(cuò)周期，加速人工智能研究。
來(lái)源：PragmatIC
過(guò)去數(shù)十年，硅作為一種廉價(jià)易得的天然半導(dǎo)體成為芯片制造不可或缺的基礎(chǔ)材料。然而，脆弱僵硬的特性也使其在充滿弧度的生物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用場(chǎng)景中備受限制，在食物包裝等快消場(chǎng)景中，其價(jià)格成本更令人卻步。為解決上述問(wèn)題，著名半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)商ARM于近日研發(fā)了一款基于柔性塑料的32位微處理器。
這一 “塑料芯片” 由聚酰亞胺基板經(jīng)光刻得來(lái)，不到指甲蓋大小，集成了18000個(gè)邏輯門，是此前性能最好的柔性芯片的12倍，可以執(zhí)行 16 位/32位 Arm Thumb 指令集架構(gòu)，而成本約為同類硅芯片的十分之一。盡管有著99%能量浪費(fèi)的缺陷，但低價(jià)與柔軟卻讓其有望在食品安全檢測(cè)、智能衣物傳感等領(lǐng)域成為硅基芯片的重要補(bǔ)充。早在2018年，ARM公司便已與快消巨頭聯(lián)合利華展開(kāi)合作，由后者開(kāi)發(fā)此類芯片后續(xù)應(yīng)用。下一步，ARM研發(fā)團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備將單個(gè)塑料芯片邏輯門集成數(shù)量提升至十萬(wàn)個(gè)，以打開(kāi)更多可能。
該研究已發(fā)表于最新一期《自然》（Nature）。
來(lái)源：Pixabay
閉環(huán)胰島素輸注系統(tǒng)，即 “人工胰腺”，可通過(guò)皮下采樣實(shí)時(shí)監(jiān)控患者血糖，在精密算法控制下全自動(dòng)完成近似健康人體的胰島素輸注，維持正常血糖水平，將糖尿病患者從頻繁血糖監(jiān)測(cè)與人工注射的煩惱中解放出來(lái)。2016年，美國(guó)藥監(jiān)局（FDA）批準(zhǔn)首款 “人工胰腺” 上市面向1型糖尿病患者，這象征巨大突破的同時(shí)也令占糖尿病患者90%的2型糖尿病人望眼欲穿。
近日，劍橋大學(xué)與伯爾尼大學(xué)醫(yī)院聯(lián)合組織的首個(gè)面向該群體的 “人工胰腺” 臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果公布，讓其距全面應(yīng)用更進(jìn)一步。研究顯示，在26名需腎透析的2型糖尿病患者中，佩戴 “人工胰腺” 的13人平均每天有53%的時(shí)間血糖處于正常水平，而自我管理的13人則僅有38%的時(shí)間血糖正常，前者平均血糖水平也比后者低10%。與此同時(shí)，由于該款設(shè)備引入了自適應(yīng)算法，其血糖控制能力在實(shí)驗(yàn)期間不斷提高，至第二十日時(shí)已幫助患者實(shí)現(xiàn)平均每天60%的時(shí)間血糖正常。目前，研究人員正在面向病情更平穩(wěn)的2型糖尿病門診病人試驗(yàn)該設(shè)備，希望能使其成為未來(lái)個(gè)性化治療的標(biāo)配。
該研究已發(fā)表于最新一期《自然·醫(yī)學(xué)》（Nature Medicine）。
來(lái)源：Pixabay
2020年，我國(guó)成年居民超重肥胖率達(dá)50%，由此引發(fā)的健康問(wèn)題已成為最顯著的疾病負(fù)擔(dān)之一。想要健康減重，多數(shù)人必須通過(guò) “少吃” “多運(yùn)動(dòng)” 形成能量缺口以減少體內(nèi)脂肪。然而，近日賓夕法尼亞大學(xué)的一項(xiàng)研究卻意外發(fā)現(xiàn)了一項(xiàng) “反直覺(jué)” 的減重現(xiàn)象。
為探尋胸腺基質(zhì)淋巴生成素（TSLP）對(duì)糖尿病的影響，神林拓教授（Taku Kambayashi）團(tuán)隊(duì)向一組高脂肪飲食小鼠注射了可增加血液中TSLP濃度的病毒載體。四周后他們驚奇地發(fā)現(xiàn)，這些小鼠在進(jìn)食量增加20%~30%、活動(dòng)量與基礎(chǔ)代謝率不變的情況下，平均體重由45g降低至25g，回歸健康水平，且內(nèi)臟脂肪顯著減少、血糖水平、肝硬化風(fēng)險(xiǎn)降低。
注意到這些小鼠毛發(fā)變得異常光滑后，團(tuán)隊(duì)對(duì)其進(jìn)行了提取，發(fā)現(xiàn)TSLP療法的小鼠毛發(fā)中普遍含有高卡路里的皮脂特異性脂質(zhì)，推測(cè)皮膚釋放出的油脂很可能是它們減重的原因。隨后，團(tuán)隊(duì)對(duì)基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)健康人皮膚中TSLP的表達(dá)與皮脂腺基因表達(dá)呈顯著正相關(guān)。原來(lái)，TSLP可以刺激T細(xì)胞并誘導(dǎo)它們遷移至皮膚，分泌具有抗菌屬性的皮脂，并引發(fā)體內(nèi)循環(huán)脂肪向皮膚流動(dòng)。研究人員希望，自己的發(fā)現(xiàn)能夠促使一種全新肥胖治療范式誕生。
該研究已發(fā)表于最新一期《科學(xué)》（Science）。
來(lái)源：Pixabay
2012年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主維爾切克（Frank Wilczek）在一堂課上類比空間維度上原子按規(guī)則重復(fù)排列的普通晶體，首次提出 “時(shí)間晶體” 概念假設(shè)，即存在一種在時(shí)間上呈周期性重復(fù)，無(wú)需外界能量即可保持規(guī)律、往復(fù)運(yùn)動(dòng)的物體。近十年中，眾多物理學(xué)家致力于尋找這類違反熱力學(xué)定律的物質(zhì)，甚至曾有研究登上《自然》封面，但無(wú)不由于穩(wěn)定性不足、難以長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)而受到質(zhì)疑。
近日，谷歌量子人工智能實(shí)驗(yàn)室與包括馬克思·普朗克復(fù)雜系統(tǒng)物理研究所長(zhǎng)莫森納（Roderich Moessner）在內(nèi)的數(shù)十名物理學(xué)家共同署名發(fā)表預(yù)印本論文，宣布造出時(shí)間晶體。與此前不同的是，這一應(yīng)用 “懸鈴木” 量子計(jì)算機(jī)制造出的 “時(shí)間晶體” 首次實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定存在，盡管需要在外界驅(qū)動(dòng)下變換狀態(tài)，卻不吸收任何能量。
多位未參與該研究的物理學(xué)家認(rèn)為，應(yīng)用量子計(jì)算機(jī)是該實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵，因?yàn)樗軌蛑苯诱{(diào)整量子比特間的相互作用強(qiáng)度，促使自旋系統(tǒng)發(fā)生多體局域化，被 “鎖入” 特定朝向模式。劍橋大學(xué)物理學(xué)教授喬克（John Chalker）認(rèn)為，在量子計(jì)算機(jī)創(chuàng)造的可能性下，我們的注意力或許不應(yīng)再局限于大自然賦予的東西，而是構(gòu)想量子力學(xué)允許的更廣泛、奇異的物質(zhì)形態(tài)。
制版編輯 | 盧卡斯
