为地点和空间设计

是什么让一座建筑如此伟大?对拉菲·西格尔来说,重要的不仅仅是结构的形式。重要的是建筑如何与周围环境相适应,如何与社会文化环境相适应。

西格尔是麻省理工学院的建筑学副教授,作为一名实践者,他的精致的当代设计与他们的环境有着广泛的互动——通常以开放的空间、不规则的形状和坡地上富有创造性的多层结构为特色。从博物馆到家庭,西格尔总是试图确保建筑的正式空间和它选择的地方相互呼应。

西格尔说:“建筑在创造自己的内部世界和让你意识到你所在的地方的品质之间寻求一种平衡,无论是在城市、风景还是两者之间。”

对西格尔来说,这些地方通常是城市。他的设计之一是特拉维夫的Palmach历史博物馆(由建筑师Zvi Hecker设计),它专注于现代以色列历史,以一系列的挡土墙为特色,在倾斜、升高的场地上创造了庭院空间——而博物馆的大部分展示空间位于地下。它是西格尔开发的创新和广受欢迎的设计的几个博物馆之一。

其他的Segal设计不是城市的。在卢旺达基加利郊外,Segal领导的2017年工作室设计了一个农村土地的原型村屋,它采用了坚固的砖结构和自然通风以及灵活的布局,作为卢旺达农村地区低成本住房的模型。

与此同时,乌干达的西格尔基特古姆和平博物馆是一个开敞的、大致呈长方形的结构,它在内部形成了一个庭院,并在外部开辟了一条展示路径。该遗址是为了纪念内战的受害者和文化遗产博物馆。

另一方面,为了向西格尔的风格致敬,他最近与萨拉·西格尔(Sara Segal)合作,修复了新泽西州普林斯顿的Lauck House,这是受人尊敬的包豪斯设计师马塞尔·布鲁尔(Marcel Breuer)在上世纪中叶设计的经典住宅。尽管所有这些努力各不相同,西格尔看到了其中的共同点。

西格尔说:“我在寻找建筑与环境互动的方式——将屋顶作为活跃的表面,或将开放空间纳入设计,在建筑内创造开放性,让自然进入。”

由于他的研究、设计和教学工作,西格尔于2019年获得了麻省理工学院的终身教授职位。

西格尔目前的职业可能会让那些在他年轻时就认识他的人感到惊讶。西格尔在以色列长大,他很清楚自己的人生目标是什么,而这并不涉及建筑设计。

“我没有想过要成为一名建筑师,”西格尔说。“我想进入音乐界。”

中学毕业后,西格尔在以色列军队的服役接近尾声,他开始更加认真地思考建筑学。西格尔说,通过这样做,他得到了家人的鼓励,家人对他作为音乐家谋生的能力表示怀疑,于是他突然编造了各种故事,试图让他相信自己在这个领域的天赋。

西格尔说:“所有这些童年故事都让我想到,我注定要成为一名建筑设计师。”“我祖父说,‘你四岁的时候,就会画3D。我母亲说:“你总是知道如何整理房子。”“但在成长过程中,我确实对视觉艺术有很强的感知力。我确实有绘画的天赋。”

西格尔在海法的以色列理工学院(Technion – Israel Institute of Technology)念本科时就读于建筑学院(architecture school),他先是获得了建筑学学士学位,随后又获得了硕士学位。西格尔说,至关重要的是,“在德西尼昂,我们把建筑设计和城市环境设计作为一个整体来学习……城市规划是课程的一部分。”

西格尔随后在普林斯顿大学获得建筑学博士学位。他的职业生涯结合了专业设计和广泛的学术研究。他的著作包括《空间打包:阿尔弗雷德·诺伊曼的建筑》(2018),他还与人合写了另外三本书。

西格尔曾在哈佛大学(Harvard University)、哥伦比亚大学(Columbia University)、库珀联盟大学(Cooper Union)和普林斯顿大学(Princeton)等多所院校教授建筑和城市研究,自2015年以来一直在麻省理工学院(MIT)任教。

“麻省理工学院非常适合我,”西格尔说,他目前负责麻省理工学院的SMArchS城市规划项目(建筑研究硕士,专注于城市规划),并教授有关城市规划的课程。“在麻省理工学院,学生们获得了研究当前城市发展的工具,并探索城市的新形式,关于未来城市如何和在哪里形成的新想法。”

按照这种思路,西格尔最近在麻省理工学院(MIT)建立了未来城市集体实验室(Future Urban Collectives Lab),研究建筑在当今“共享经济”中塑造新型集体形态的力量。

作为一名实践者,西格尔的设计作品曾在柏林、鹿特丹、纽约现代艺术博物馆、威尼斯建筑双年展和香港/深圳城市双年展上展出。最近,西格尔还参与了一个广泛的、多方面的研究项目,该项目将在2020年威尼斯双年展上向公众展示。这次展览将被命名为“开放的集体”,它设想了数字空间和实体空间共同合作来加强新兴社区的方式。

Segal多年来一直致力于此类集体设计问题;他为以色列的多个集体农场设计了一个新的社区。

西格尔说:“基布兹农场是一个早期的现代主义项目,它可以在许多方面促进(今天的)合作生活和工作。”“我们知道,在当今的零工经济中,结构性不平等可能会很明显。我感兴趣的是如何通过建筑和城市的设计来帮助社会转型。……建筑可以在加强社会经济公平方面发挥关键作用。”

西格尔的一些想法也将在威尼斯展出,这些想法也适用于老年人和照顾者;新兴经济体在发展中国家的市场;在人口密集的城市中心和城市外围,还有经济实惠的合住和多户住房。

西格尔说:“我所处理的问题可能看起来各不相同,但它们都有一个共同的主线,即满足迫切需要的创造性、前瞻性的设计。”“城市生活和社区正在演变——这是未来城市集体实验室探索的令人兴奋的前沿,也是建筑需要发展的地方。”

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报告工具旨在平衡医院的Covid-19负荷

随着美国部分地区的covid19病例数量继续攀升,寻求治疗的人数可能会令许多医院不堪重负,迫使一些机构对他们的护理实行定量配给,并为病情最严重的患者保留呼吸机、病床和其他有限的医疗资源。

掌握当地医院的能力和资源可以帮助平衡整个地区需要住院治疗的covid19患者的负担,例如允许EMT将患者送到更容易得到快速治疗的设施。但许多州缺乏关于他们目前治疗Covid-19患者能力的实时数据。

一组研究人员在麻省理工学院的计算机科学与智能实验室(权力),与麻省理工学院合作剥离手机域名系统,旨在帮助需求水平在整个卫生保健网络通过提供实时更新的医院资源,他们希望这将帮助病人,救护车,医生很快就决定哪些设施是最好的装备来处理一个新病人在任何给定的时间。

该团队开发了一个网络应用程序,现在可以通过https://Covid19hospitalstatus.com访问。界面允许用户如病人、护士和医生医院的现状报告的指标,从平均等待时间(这一个病人可能了解他们花时间等候室),通风和重症护理病床,医生和护士可以近似。

急诊医师可以使用这款应用程序作为地图,按州、县或城市进行放大,以快速评估医院的容量,并决定附近哪些医院有床位,可以将需要住院治疗的病人送到哪里。该应用程序还可以生成一个医院列表,根据可用性、旅行时间和最近更新的数据进行排序。

麻省理工学院毕业生、Mobi系统公司首席执行官安娜•贾菲07年表示:“我们希望在几个月的时间里,通过身体上的距离,将Covid曲线变平。”“但还有另一条曲线需要变平,那就是在正确的时间把正确的病人送到正确的医院,让医院和医护人员承担同等的负担,这是一个实时的挑战。”

“做些什么”

随着流感在世界各地蔓延开来,墨菲对最近在德国参加的一次名为Julius Patzold的黑客马拉松比赛的结果很感兴趣。由德国政府赞助的周末挑战赛包括一个供需匹配的问题,比如一家医院面临着病人就诊人数激增的问题。

他的团队绘制了德国医院基础设施的地图,包括各个医院的能力状况,然后根据医院的能力、病人的相对位置和病人的医疗需求,模拟将病人送往医院。在这么短的时间内开发的实时地图表明,这些工具将对患者的护理质量产生积极影响,特别是在降低死亡率方面。

“这与我的感觉相交叉,我认为每个人都想围绕Covid-19做点什么来应对当前的危机,而不只是被关在我们各自的家里,”Jaffe说,他的公司Mobi Systems开发了一些工具来解决围绕移动和酒店的大规模网络优化问题。

Mobi最初是由麻省理工学院(MIT)教授布莱恩•威廉姆斯(Brian Williams)领导的、基于模型的嵌入式机器人系统小组(CSAIL’s Embedded Robotic Systems group)发展而来的,他的工作包括开发自主规划工具,以帮助个人在面对不确定性和风险时做出复杂、实时的决策。

贾菲向威廉姆斯求助,帮助他开发一种基于web的医院报告工具,同样也帮助病人和医疗专业人员根据资源的可用性,实时地做出将病人送往何处的关键决定。

威廉姆斯说:“我们的问题是,如何最有效地利用州或全国范围内的资源,以保持大多数人的健康。”“对于个人来说,哪家医院将满足他们的需求,他们如何实现这一目标。这就是我们要解决的问题。”

群众力量

该团队的应用程序在很大程度上依赖于众包数据,以及患者和医疗专业人士报告各种指标的意愿,从医院目前的等待时间到ICU病床和呼吸机的大致数量。

“现在的报告选择非常具体,”Jaffe说。“但我们真正想知道的是,你们医院现在能接收病人吗?”

用户可以输入他们的角色——病人、护士或医生——然后报告,例如,医院的平均等待时间。在提交报告之前,他们可以使用一个滑动标尺来评估他们对报告的信心。

但是,如果这些用户报告的是虚假或不准确的数据,不管是有意还是无意呢?

威廉姆斯说,为了防止这种不确定性,这个团队采取了一种概率方法。例如,该应用程序假设一个用户对医院状态的报告是低可信度的,这在该指标的总体评估中最初并不重要。然后他们可以将这个数据点合并到他们收到的关于这个度量的所有其他报告中。如果这些报告中的大多数也被评为可信度低,但是报告的结果相同,那么诸如等待时间之类的估计就会自动得到更大的权重,因此总体上被评为可信度更高。

此外,他还表示,如果应用程序收到来自更可信来源的报告——例如,如果医院将内部汇总的数据提供给应用程序——这些来源就会“淹没”,或者比相同度量的低可信度报告拥有更高的优先级。

这个团队正在用这样一个值得信赖的数据集测试这个应用程序,这个数据集来自宾夕法尼亚州,在过去的几年里,该州已经建立了一个系统,用于医院报告资源的可用性,该系统每天至少更新两次。研究小组使用了上周的数据,追踪了全州医院系统的19例门诊病例。

“在这个数据,你可以看到,并不是所有的医院都泛滥——可用性有明显差异,”麻省理工学院研究生彭宇说“SM 13日”博士17日,首席技术官手机域名,突显出潜力分布跨地区的医院,病人在医院网络平衡资源。

但是,大多数国家缺乏这种汇总和更新的信息。例如,在大多数其他州,emt要么有一些默认的设施,他们通常会把病人送到那里,要么他们必须打电话到周围的医院检查可用性。

威廉姆斯的侄子是一名急救医疗人员,他曾在不同决策实践的地区工作过。“我们正试图汇总这些信息,以更快地做出这些建议。

该团队目前正在接触数千名医疗专业人士,以测试该报告工具,希望推动该应用程序的众包组件,该组件现在可以在任何支持互联网的设备上使用。为了应对流感大流行,研究小组认为需要以比病毒传播更快的速度提供数据。他们希望各州能够效仿宾夕法尼亚州的做法,比如强制要求医院报告资源数据,并向医生和急诊医师提供新的应用程序等报告工具。

威廉姆斯说:“这个项目是为人民服务的,是由人民创造的,它将保持开放和自由。”

“不幸的是,这并不是一场突如其来的大流行,”Jaffe说。“即使在恢复期,医院也必须恢复正常的护理,同时随着时间的推移治疗Covid-19。我们的应用程序可能也会以这种方式帮助实现负载平衡,这样医院就可以更有效地预测需要隔离多少层covid19,这样医院的其他部门就可以回到母亲生育这样的事情上。我们的目标是真正理解如何在处理危机的同时,让事情恢复到更正常的运营状态。

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麻省理工学院的6名学生被选为2020年美国艺术与科学学院的学生

美国艺术与科学学院(American Academy of arts and Sciences)周四宣布,250多名来自学术界、商界、公共事务、人文学科和艺术界的领袖入选,其中包括6名麻省理工学院的教员。

该学会是美国最负盛名的荣誉学会之一,也是独立政策研究的领先中心。成员对学术刊物、科学和技术政策、能源和全球安全、社会政策和美国机构、人文和文化以及教育的研究作出贡献。

今年从麻省理工学院选出的学生是:

  • 罗伯特·c·阿姆斯特朗,雪佛龙化学工程教授;
  • 经济学教授戴夫·l·唐纳森;
  • 凯瑟琳L.德伦南,生物学和化学教授;
  • 电气工程和计算机科学教授Ronitt Rubinfeld;
  • 乔舒亚·b·特南鲍姆,大脑与认知科学教授;和
  • Craig Steven Wilder, Barton L. Weller历史学教授。

学院院长戴维·w·奥克托比说:“2020届的学生在实验室和演讲厅表现出色,在音乐舞台和外科手术台上表现出色,在董事会会议室和法庭上表现出色。”“在今天的选举公告中,这些新成员因一个历史位置和一个通过学院促进公共利益的工作来塑造未来的机会而团结在一起。”

自1780年成立以来,学院从每一代人中选出了杰出的思想家,包括18世纪的乔治·华盛顿和本杰明·富兰克林,19世纪的玛丽亚·米切尔和丹尼尔·韦伯斯特,以及20世纪的托尼·莫里森和阿尔伯特·爱因斯坦。目前的成员包括250多名诺贝尔奖和普利策奖得主。

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优化复杂决策

当Jean Pauphilet在他的家乡巴黎的Ecole Polytechnique开始他的工程项目时,他并没有想要进入这所学院。

他表示:“我过去常常把学术与基础研究联系在一起,但我不太喜欢基础研究。”“但慢慢地,我发现了另一种类型的研究,人们使用严格的科学原理来实施有影响力的项目。”

对项目直接应用组织问题导致Pauphilet操作领域的研究和分析,在操作研究中心博士(兽人),麻省理工学院苏世民之间的联合项目的计算和麻省理工学院斯隆管理学院的。

运筹学将决策过程建模为数学优化问题,例如考虑到不可预测的需求波动的能源生产规划。这是一个复杂的课题,让波菲利特感到振奋。“实际操作非常混乱,但我认为这正是它们令人兴奋的地方。你永远都不缺要解决的问题,”他说。

在Dimitris Bertsimas教授的实验室工作,并与贝斯以色列女执事医疗中心合作,Pauphilet专注于解决卫生保健领域的挑战。例如,医院如何才能最好地分配床位和安排员工?他指出,这类后勤决策是“每个人的痛点”。

“你真的觉得你让人们的生活更容易了,因为当你跟医生和护士谈论这件事的时候,你意识到他们不喜欢做这件事,他们没有接受过这方面的培训,这让他们无法真正做好自己的工作。”所以,对我来说,很明显,这对他们的工作量有积极的影响。最近,他参与了一个由他的顾问领导的小组工作,以开发分析工具,在COVID-19大流行期间通知决策者和卫生保健管理人员。

成为一个专家

作为两个医生的儿子,保利特在医疗领域工作已经很舒服了。他在法国接受的训练也让他感觉准备充分。法国的训练允许学生延迟选择专业,并强调数学背景。“运筹学需要多功能性,”他解释道。从方法论上讲,它可以涉及概率论、优化算法和机器学习等任何领域。所以,拥有强大而广泛的数学背景肯定是有帮助的。”

这种心态让他在麻省理工成为了他所在领域的专家。“我现在不那么害怕研究了,”他解释道,“你可能找不到你想要的东西,但你总能找到与某人相关的东西。”因此[研究]是不确定的,但没有风险。你总能以某种方式重新站起来。这种心态让他有信心与公司和医院合作,以新颖的方式发现、解决和解决运营问题。

今年秋季将加入伦敦商学院(London Business School)担任助理教授的保利特发现,自己在思考美国和法国不同的教学哲学。在麻省理工学院,他完成了考夫曼教学证书课程,以熟悉那些没有助教经验的教学方面,比如设计课程、撰写课程讲稿和布置作业。

“我来自法国,在美国教书我认为从别人的经验中学习和比较他们在自己国家的大学里的第一次学习经历是特别有趣的。此外,要确定你所能想到的最好的教学方法,承认学生之间的差异和他们的学习方式,并在你自己的教学风格中考虑到这一点,也很有挑战性。”

文化和社会

在covid19危机之前的闲暇时间里,保利特经常利用剑桥和波士顿的文化和智力资源。他经常光顾波士顿交响乐团(Boston Symphony Orchestra)(该乐团为40岁以下的人提供25美元的门票),喜欢听不熟悉的作曲家和音乐,尤其是带有令人惊讶的新元素的当代音乐。

Pauphilet是一位热心的厨师,他喜欢为朋友烹制大块的肉类,比如整只火鸡或羊肩肉。除了食物,他还喜欢这些食物所带来的长时间交谈,而人们在餐馆里不一定能体验到这种交谈。(顺便说一句,他说:“我觉得这里的服务比欧洲的效率高多了!”)

Pauphilet还是麻省理工学院法语俱乐部的总统会员,该俱乐部为大约100名说法语的研究生、博士后和本科生组织了各种各样的活动。尽管他的本科院校在麻省理工学院(MIT)很有代表性,但他强烈希望为那些可能没有他那么幸运的讲法语的人建立一个网络,让他们像他一样有宾至如故的感觉。

现在,在他的博士学位快要结束的时候,他有机会回顾过去三年半的经历。特别是,他在他的团队、实验室和这里的社区中发现了一种深刻的社区意识。他把部分原因归结于他的研究生项目的结构——从两个必修课开始,每个人都要参加——但这只是Pauphilet在麻省理工学院感受到的社区建设投资的一个方面。

“这是一个很棒的环境。说实话,我发现每个人都很关心学生。我和我的导师关系很好,这不仅仅是基于研究,我认为这是非常重要的,”他说。

总体而言,Pauphilet将他在研究生院的个人和专业成长归功于在麻省理工学院的协作和开放环境中学习。而且,他指出,在研究所工作还在另一个重要方面对他产生了影响。

“我比以前更书呆子了!”

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研究人员探索海洋微生物在气候影响中的作用

一项新的研究表明,围绕着浮游植物的营养物质的“热点”——微小的海藻,产生了我们每天呼吸的大约一半的氧气——在释放一种与云的形成和气候调节有关的气体方面发挥了巨大的作用。

这项新研究量化了特定海洋细菌处理一种名为二甲基磺基丙酸盐(DMSP)的关键化学物质的方式,这种物质是由浮游植物大量产生的。这种化学物质在海洋微生物消耗和释放到大气中的硫和碳的过程中起着关键的作用。

工作报告今天在《自然》杂志上的通信,在一篇由麻省理工学院研究生樱桃高,前麻省理工学院土木与环境工程教授罗马储料器(现在在瑞士苏黎世联邦理工学院教授),与让-巴蒂斯特·莱和贾斯汀Seymour教授合作在澳大利亚悉尼科技大学的,和其他四人。

海洋微生物每年产生超过10亿吨的DMSP,占浮游植物吸收的碳的10%。浮游植物是二氧化碳的主要“汇”,没有它们,温室气体在大气中的积累速度会更快。但是这种化合物是如何被处理的,它的不同的化学途径是如何进入全球碳和硫循环的,直到现在还没有被很好地理解,高说。

“DMSP是细菌的主要营养来源,”她说。它可以满足海洋中95%的细菌对硫的需求和15%的细菌对碳的需求。因此,考虑到DMSP的普遍存在和丰富程度,我们预计这些微生物过程将在全球硫循环中发挥重要作用。”

Gao和她的同事对一种名为Ruegeria pomeroyi的海洋细菌进行了基因改造,当处理DMSP的两种不同途径中的一种被激活时,这种细菌就会发出荧光,从而允许在各种条件下对这些过程的相对表达进行分析。

这两种途径中的一种被称为去甲基化,它产生碳和硫为基础的营养物质,微生物可以利用这些营养物质来维持它们的生长。另一种途径叫做解理,它会产生一种叫做二甲基硫化物(DMS)的气体。当我在实验室做实验的时候,我经常闻到大海的味道。”

DMS是一种气体,从海洋进入大气的大部分生物硫都是由它产生的。一旦进入大气层,硫化合物是水分子凝结的主要来源,因此它们在空气中的浓度通过云的产生影响降雨模式和大气的整体反射率。了解这些生产过程对完善气候模型有多种重要意义。

高说,这些气候影响是“为什么我们有兴趣知道细菌何时决定使用裂解途径而不是去甲基化途径”,以便更好地了解在什么条件下产生了多少重要的DMS。“至少20年来,这一直是一个悬而未决的问题。”

新的研究发现,DMSP的浓度在附近调节细菌使用的途径。在一定浓度下以脱甲基作用为主,而在10微摩尔以上以解理作用为主。

她说:“真正让我们感到惊讶的是,在对工程细菌的实验中,我们发现以裂解途径为主的DMSP的浓度高于预期——比海洋中的平均浓度高出几个数量级。”

研究人员总结说,这表明这一过程很难在典型的海洋条件下发生。相反,DMSP浓度升高的微尺度“热点”可能是造成全球DMS产量高度不成比例的原因。这些微尺度的“热点”是围绕某些浮游植物细胞的区域,其中DMSP含量极高,大约是海洋平均浓度的1000倍。

“事实上,我们在工程细菌和产生dmsp的浮游植物之间做了一个共孵育实验,”高说。实验表明,“确实,细菌增加了它们的dms产生途径的表达,更接近于浮游植物。”

研究人员说,新的分析应该有助于研究人员了解这些微观海洋生物如何通过它们的集体行为影响全球范围的生物地球化学和气候过程的关键细节。

研究团队包括麻省理工学院和苏黎世联邦理工学院的博士后Vicente Fernandez和Kang Soo Lee,研究生Simona Fenizia和德国弗里德里希·席勒大学的Georg Pohnert教授。这项工作得到了戈登和贝蒂·摩尔基金会、西蒙斯基金会、国家科学基金会和澳大利亚研究委员会的支持。

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衬衫上的传感器可以监测生命体征

麻省理工学院的研究人员已经开发出一种方法,将电子传感器整合到有弹性的织物中,这样他们就可以制造出衬衫或其他衣服,可以用来监测体温、呼吸和心率等生命体征。

嵌入传感器的衣服可以机洗,可以根据穿着者的身体进行定制。研究人员设想,这种感应可以用于监测生病的人,无论是在家里还是在医院,以及运动员或宇航员。

LG电子在麻省理工学院(MIT)媒体艺术与科学专业的职业发展助理教授加南•达格德伦(Canan Dagdeviren)表示:“我们可以在日常穿着的纺织品中嵌入任何商用电子部件或实验室定制电子产品,制造出符合要求的服装。”“这些都是可定制的,所以我们可以为任何需要一些身体数据的人做衣服,比如温度、呼吸频率等。”

Dagdeviren是《npg柔性电子》杂志上一篇描述这种新材料的论文的资深作者。麻省理工学院的研究生Irmandy Wicaksono是这项研究的主要作者。麻省理工学院的几个本科生也通过本科生研究机会项目对这项研究做出了贡献。

嵌入式传感器

其他研究小组已经开发出了薄的、类似皮肤的贴片,可以测量温度和其他生命体征,但这些都很脆弱,必须贴在皮肤上。在媒体实验室,Dagdeviren的整合解码器团队开始设计与我们平常穿的衣服更相似的衣服,使用的是一种有弹性的面料,里面有可移动的电子传感器。

“在我们的情况下,这种纺织品没有电功能。它只是我们服装的一个被动元素,因此你可以在日常活动中舒适、舒适地穿着它,”Dagdeviren说。“我们的主要目标是测量体温、呼吸、加速度等身体活动,这些都来自同一身体部位,不需要任何固定装置或胶带。”

电子传感器由长而柔软的带状物组成,这些带状物包裹在环氧树脂中,然后在织物中编织成狭窄的通道。这些通道有小的开口,允许传感器暴露在皮肤上。在这项研究中,研究人员设计了一件带有30个温度传感器和一个可以测量穿戴者的运动、心率和呼吸频率的加速计的原型衬衫。这种衣服可以将这些数据无线传输到智能手机上。

研究人员选择了他们的织物——一种聚酯混纺物——因为它的吸湿排汗性能和它对皮肤的顺应能力,类似于运动时穿的紧身衬衫。去年夏天,几名研究人员在中国深圳的一家工厂进行了大规模生产服装所用材料的实验。

“从外面看,它就像一件普通的t恤,但从里面,你可以看到电子部件接触到你的皮肤,”Dagdeviren说。“它会挤压你的身体,传感器的活动部分暴露在皮肤上。”

衣服可以嵌入传感器进行清洗,传感器也可以移除并转移到另一件衣服上。

远程监控

研究人员测试了穿着者在健身房锻炼时的原型衬衫,让他们监测体温、心率和呼吸频率的变化。由于传感器覆盖了人体很大的表面积,研究人员可以观察人体不同部位的温度变化,以及这些变化之间的相互关系。

Dagdeviren说,这些衬衫可以很容易地制作成不同尺寸,以适合不同年龄和体型的人。她计划开始开发其他类型的服装,如裤子,并正在努力将额外的传感器用于监测血氧水平和其他健康指标。

Dagdeviren说,这种感应技术可以用于个性化的远程医疗,医生可以在病人呆在家里的时候远程监控病人,或者在宇航员在太空的时候监控他们的健康状况。

“你不需要去看医生或打视频电话,”Dagdeviren说。“通过这种数据收集,我认为医生可以做出更好的评估,以更好的方式帮助他们的病人。”

这项研究是由麻省理工学院媒体实验室联盟和美国国家航空航天局太空健康种子转化研究所资助的。

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减少人工智能的碳足迹

人工智能已经成为某些伦理关注的焦点,但它也存在一些重大的可持续性问题。

去年6月,马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校(University of Massachusetts at Amherst)的研究人员发布了一份令人震惊的报告,估计训练和搜索某种神经网络架构所需的能量大约涉及62.6万磅二氧化碳的排放。这相当于包括汽车制造在内的美国汽车平均寿命排放量的近五倍。

在模型部署阶段,这个问题变得更加严重,此时需要在不同的硬件平台上部署深度神经网络,每个硬件平台具有不同的属性和计算资源。

麻省理工学院的研究人员开发了一种新的自动化人工智能系统,用于训练和运行某些神经网络。结果表明,通过在一些关键方面提高该系统的计算效率,该系统可以减少碳排放的磅数——在某些情况下,减少到低三位数。

研究人员的系统被称为“一次性网络”,它训练一个大型神经网络,其中包含许多预先训练过的不同大小的子网络,这些子网络无需再训练就可以适应不同的硬件平台。这大大降低了为新平台(可能包括数十亿个物联网设备)训练每个专门的神经网络所需的能量。利用该系统来训练一个计算机视觉模型,他们估计,与当今最先进的神经结构搜索方法相比,这个过程需要大约1/ 1300的碳排放,同时推理时间减少了1.5-2.6倍。

“我们的目标是更小、更环保的神经网络,”电子工程与计算机科学系助理教授宋涵表示。“迄今为止,搜索高效的神经网络架构已经产生了巨大的碳足迹。但我们用这些新方法减少了几个数量级的碳足迹。”

这项工作是在Satori上完成的,Satori是IBM捐赠给麻省理工学院的一个高效计算集群,每秒可以执行2千万亿次计算。这篇论文将于下周在学习表征国际会议上发表。和韩一起提交论文的是来自EECS、MIT-IBM沃森人工智能实验室和上海交通大学的四名本科生和研究生。

创建一个“一次性”的网络

研究人员是在人工智能的最新进展AutoML(自动机器学习)的基础上建立了这个系统,它消除了人工网络设计。神经网络自动搜索大量的网络架构设计空间,例如,为特定的硬件平台量身定制的网络架构。但是仍然存在一个培训效率的问题:每个模型都必须被选中,然后从头开始为其平台架构进行培训。

“我们如何为如此广泛的设备——从10美元的物联网设备到600美元的智能手机——有效地培训所有这些网络?”考虑到物联网设备的多样性,神经架构搜索的计算成本将会激增,”韩说。   

研究人员发明了一种自动系统,它只训练一个单一的、大型的“一次性”(OFA)网络,作为一个“母亲”网络,嵌套了数量非常多的子网,这些子网很少被母亲网络激活。OFA与所有的子网络共享所有的学习权值——这意味着它们基本上是经过预先训练的。因此,每个子网可以在推理时独立运行而无需再训练。

该团队训练了一个OFA卷积神经网络(CNN)——通常用于图像处理任务——具有多种多样的架构配置,包括不同数量的层和“神经元”、不同大小的过滤器和不同的输入图像分辨率。给定一个特定的平台,系统使用OFA作为搜索空间,根据与平台的能力和速度限制相关的准确性和延迟权衡,找到最佳的子网。例如,对于物联网设备,系统会找到一个更小的子网。对于智能手机,它将选择更大的子网,但根据电池寿命和计算资源的不同,子网的结构也不同。OFA将模型训练和架构搜索解耦,并将一次性训练成本分摊到多个推理硬件平台和资源约束上。

这依赖于一种“渐进收缩”算法,它能有效地训练OFA网络同时支持所有的子网。它首先用最大大小训练整个网络,然后逐步缩小网络的大小以包括更小的子网。小的子网络在大的子网络的帮助下一起成长。最后,支持不同大小的所有子网络,允许基于平台的能力和速度限制进行快速专门化。它支持许多硬件设备,在添加新设备时,培训成本为零。

研究人员发现,
的总容量超过10的10次方分之一,即1后面跟19个0,即建筑设置,可能覆盖了所有需要的平台。但是训练和搜索OFA要比在每个平台上花费数小时训练每个神经网络要有效得多。此外,OFA不影响推理的准确性和推理的效率。相反,它在移动设备上提供了最先进的ImageNet精度。而且,与行业领先的CNN最先进的模型相比,研究人员说OFA提供1.5-2.6倍的加速,具有更高的准确性。“这是一项突破性的技术,”韩说。“如果我们想在消费设备上运行强大的人工智能,我们必须想出如何缩小人工智能的尺寸。”

“这个模型真的很紧凑。麻省理工学院- ibm沃森人工智能实验室研究员、该论文的合著者庄干表示:“我很高兴看到OFA能够在边缘设备上继续推动高效深度学习的边界。”

IBM研究员、麻省理工学院-IBM沃森人工智能实验室(MIT-IBM Watson AI Lab)成员约翰•科恩(John Cohn)表示:“如果要让人工智能继续快速发展,我们需要减少它对环境的影响。开发方法使人工智能模型更小、更高效的好处是,这些模型可能也会表现得更好。”

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在地球日,从19日covid大流行中汲取的教训带来了希望

麻省理工学院院长l·拉斐尔·赖夫(L. Rafael Reif)在今天发表于《波士顿环球报》(Boston Globe)的一篇专栏文章中写道,如果人类能够从covid19大流行中吸取正确的教训,我们就能更好地动员应对气候变化的行动。

在纪念地球日50周年之际,这篇文章指出,尽管进行了几十年的研究,发出了越来越严重的警告,但社会仍然没有准备好对气候变化做出有力的反应。同样,在Covid-19爆发的早期阶段,他们也没有做好准备,但此后出现了一些深刻的见解。

“第一个教训是,我们最深的井的实际希望在科学和实践的人,“赖夫写道,援引卫生保健工作者、公共卫生专家、工程师和科学家在致力于解决防护设备,通风,测试、接触者追踪,Covid-19治疗药物,和可能的疫苗。

“同样,在减缓和适应气候变化的斗争中,我认为我们必须积极地建立在对科学力量的这种含蓄的尊重之上,”他补充说。“如果我们能强迫自己去倾听,科学也是我们最好的预警系统。”

应对气候变化的挑战将需要重大的技术进步和人类集体行为的转变。赖夫写道,对当前大流行的反应表明,社会能够胜任这项任务:“每一次紧急情况都表明,‘不可能’的事情实际上是可以做到的。在这种情况下,我们的社会只是证明,它可以选择比我们想象的改变得更多、更快。”

除了共同采取行动,人们还可以利用这一时刻向前看,寻求使社会更公平和更有弹性的方法。赖夫说,现在是“像往常一样重新评估各个方面的业务,包括那些推动气候变化的方面”的时候。

他写道,最后一课是关于领导力的。正如州长、市长和其他全国展示了个人的协调的重要性,机构和产业,城市,州和地区,“解决气候变化危机将需求一个Covid-style雄心勃勃的新政策和快速的技术进步,通过有远见的协调,人性化,science-centered国家领导下,与世界各地的其他国家。”

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研究人员确定了可能被Covid-19病毒攻击的细胞

麻省理工学院的研究人员;麻省理工学院哈佛大学的拉贡学院;还有麻省理工学院和哈佛大学的布罗德研究所;来自世界各地的同事已经确定了特定类型的细胞,这些细胞似乎是引起Covid-19大流行的冠状病毒的攻击目标。

利用在不同类型细胞中发现的RNA的现有数据,研究人员能够寻找表达帮助SARS-CoV-19病毒进入人类细胞的两种蛋白质的细胞。他们在肺、鼻道和肠道中发现了一些细胞亚群,它们比其他细胞更多地表达这两种蛋白质的RNA。

研究人员希望他们的发现将有助于指导科学家开发新的药物治疗或测试现有的药物,可能用于治疗Covid-19。

“我们的目标是获得信息的社区和可能尽快共享数据,这样我们可以帮助加速持续努力在科学和医学社区,”说,亚历克斯·k·Shalek化学副教授Pfizer-Laubach职业发展的一个核心成员的麻省理工学院的医学工程和科学研究所(ime)的市外的成员科赫综合癌症研究所,助理拉根研究所的成员,也是布罗德研究所的成员。

Shalek和Jose ordovasi – montanes是这项研究的资深作者,该研究发表在今天的《细胞》杂志上。Jose ordovasi – montanes曾是麻省理工学院的博士后,现在在波士顿儿童医院经营着自己的实验室。论文的主要作者是麻省理工学院的研究生卡莉·齐格勒、塞缪尔·阿隆和萨拉·奈奎斯特;以及南非德班非洲卫生研究所的研究员伊恩·姆巴诺。

挖掘数据

在SARS-CoV-2爆发后不久,科学家们发现这种病毒“突增”蛋白与人类细胞上一种名为血管紧张素转换酶2 (ACE2)的受体结合。另一种人类蛋白,一种叫做TMPRSS2的酶,帮助激活冠状病毒突刺蛋白,允许细胞进入。结合和激活允许病毒进入宿主细胞。

“当我们意识到这些蛋白质的作用已经被生物化学证实时,我们就开始寻找这些基因在我们现有数据集中的位置,”Ordovas-Montanes说。“我们确实处于有利的位置,可以开始研究这种病毒可能针对的是哪些细胞。”

Shalek的实验室,以及世界各地的许多其他实验室,已经对数以万计的人类、非人灵长类动物和小鼠细胞进行了大规模的研究,在这些研究中,他们使用单细胞RNA测序技术来确定在给定的细胞类型中哪些基因被激活。自去年以来,奈奎斯特一直在与布罗德研究所(Broad Institute)的合作伙伴建立一个数据库,以便在一个地方存储大量这些数据集,让研究人员能够研究特定细胞在各种传染病中的潜在作用。

这些数据大多来自“人类细胞图谱项目”(Human Cell Atlas project)的实验室,该项目的目标是对人体每种细胞类型的独特基因活动模式进行分类。麻省理工学院的研究小组在这项研究中使用的数据集包括数百种来自肺部、鼻腔和肠道的细胞类型。研究人员之所以选择这些器官进行Covid-19研究,是因为先前的证据表明,病毒可以感染每一个器官。然后,他们将研究结果与未受影响器官的细胞类型进行了比较。

“因为我们有这个令人难以置信的信息库,我们能够开始研究什么可能是感染的目标细胞,”Shalek说。“尽管这些数据集不是专门为研究Covid而设计的,但它有望让我们在确定可能与Covid相关的东西方面有一个飞跃。”

在鼻腔通道中,研究人员发现,产生粘液的杯状分泌细胞表达了SARS-CoV-2用来感染细胞的两种蛋白质的rna。在肺部,他们发现这些蛋白质的rna主要存在于II型肺细胞中。这些细胞排列在肺的肺泡(气囊)中,负责保持它们的开放。

在肠道中,他们发现一种被称为吸收性肠上皮细胞的细胞,负责吸收一些营养物质,比任何其他肠道细胞类型更能表达这两种蛋白质的rna。

“这可能不是故事的全部,但它确实描绘了一幅比以前更精确的画面,”奥杜瓦斯-蒙塔内斯说。“现在我们可以相当肯定地说,这些受体是在这些组织的特定细胞上表达的。”

对抗感染

在他们的数据中,研究人员还发现了一个令人惊讶的现象——ACE2基因的表达似乎与被干扰素激活的基因的激活有关。干扰素是人体对病毒感染做出反应时产生的一种蛋白质。为了进一步探索这个问题,研究人员进行了新的实验,他们用干扰素处理气道上的细胞,他们发现这种治疗确实打开了ACE2基因。

干扰素通过干扰病毒复制和帮助激活免疫细胞来帮助抵抗感染。它还启动了一组独特的基因,帮助细胞抵抗感染。先前的研究表明,ACE2在帮助肺细胞耐受损伤方面发挥作用,但这是首次将ACE2与干扰素反应联系起来。

这一发现表明,冠状病毒可能已经进化到利用宿主细胞的自然防御,劫持一些蛋白质以供自身使用。

“这并不是唯一的例子,”奥杜瓦斯-蒙塔内斯说。“还有其他一些冠状病毒和其他病毒的目标是干扰素刺激的基因作为进入细胞的途径。在某种程度上,这是宿主最可靠的反应。”

由于干扰素对病毒感染有如此多的有益作用,它有时被用于治疗乙肝和丙肝等感染。麻省理工学院研究小组的发现表明,干扰素在抗击covid19中的潜在作用可能是复杂的。一方面,它可以刺激抵抗感染的基因或帮助细胞在损伤中存活,但另一方面,它可能提供额外的目标,帮助病毒感染更多的细胞。

“很难对干扰素对这种病毒的作用做出广泛的结论。我们开始了解这一点的唯一途径是通过仔细对照的临床试验,”Shalek说。“我们试图做的是把信息公布出来,因为人们做出了很多快速的临床反应。我们试图让他们意识到可能相关的事情。”

现在,Shalek希望与合作者合作,建立包含在这项研究中发现的细胞的组织模型。这些模型可用于测试现有的抗病毒药物,并预测它们可能如何影响SARS-CoV-2感染。

麻省理工学院的团队和他们的合作者已经将他们在这项研究中使用的所有数据提供给其他想要使用这些数据的实验室。Shalek说,这项研究中使用的大部分数据是与世界各地的研究人员合作产生的,他们非常愿意分享这些数据。

他说:“科学界已经有了令人难以置信的大量信息,许多不同的团体都有兴趣以任何可能的方式为与Covid的战斗做出贡献。”“看到来自世界各地的大量实验室聚在一起,尝试合作解决这个问题,真是令人难以置信。”

研究由塞尔学者计划,贝克曼年轻调查员计划,癌症研究Pew-Stewart学者计划,斯隆在化学、美国国立卫生研究院,Aeras基金会,比尔和梅林达•盖茨基金会,理查德和苏珊史密斯家族基金会,国家综合医学科学研究所,马塞诸斯州大学的临床与转化科学中心项目试点项目,以及负责卫生事务的助理国防部长办公室。

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问答:Seth Mnookin谈Covid-19和公众对科学的理解

Covid-19大流行的爆发给美国带来了一种新的公共卫生危机,也使美国人重新认识到这种威胁的本质。Seth Mnookin教授研究公众是如何处理和回应关于传染病的信息的,这也是他获奖著作《恐慌病毒:疫苗-自闭症争议背后的真实故事》的焦点。为了讨论公众对当前形势的理解,麻省理工学院新闻采访了Mnookin,他也是麻省理工学院科学写作研究生项目的主任和麻省理工学院比较媒体研究/写作项目的教授。

问:泛泛地说,到目前为止,美国公众对公共卫生指导和科学信息的反应让你想到了什么? 

答:我们绝对是现在看到的一件事就是贬值是一个危险的科学专业知识,和科学在一般情况下,它可以很难打开和关闭,。有这样一个共同努力的国家在过去的几十年的科学共识在一系列的问题上遭到了质疑,从儿童疫苗安全性的环境危机,然后,生死攸关,直接威胁,很难突然说,“我们(对科学持怀疑态度的人)曾对所有这些东西提出质疑,但现在你们(公众)需要倾听。他说:“我认为,我们看到的是,在美国不同地区,人们的反应有很大不同,在很多情况下,这取决于一个地区或地区的政治倾向。这将给这个国家带来真正的问题。

问:除了病例大量增加外,还有什么可能改变这种情况?

答:已经那么糟糕——美国有更多的冠状病毒的病例比世界上其他地方,只会增加(一段时间),我们还没有到达的地方有apocalyptic-type图像,可以明确的危险和风险。我们还没有看到会议中心被改造成停尸房。我们没有看到医院里尸体成堆。

问:你提到越南战争后,一些历史学家和观察人士认为,越南战争留下的一些难以磨灭的印象使公众对这场战争的看法发生了很大变化。有可能有相似之处吗?

是的。虽然我认为越南和现在的一个很大的不同是,虽然当时这个国家明显是难以置信的分裂,但仍然有一种共同的现实基础。你有“三大”新闻网络;有几家全国性的报纸为地方报纸提供了大量的内容。所以,虽然对于如何解释正在发生的事情存在分歧,但对于现实的本质却没有相同的分歧。我认为这真的改变了一切。

现在我们看到了关于[新闻报道]是否是一个骗局的争论,关于来自美国和世界其他地方的图像是否是假的图像。可以想象,我们可以有那些(图形)图像,但它们仍然没有我们预期的效果,因为有相当一部分人拒绝相信任何不符合他们对世界如何运转的先入之见的事情。

然而,这与任何活着的人经历过的任何事情都不同,它将以一种不仅无法预测,而且在目前也无法想象的方式改变我们的世界。所以在某种程度上,这也让我犹豫我们现在的轨迹是不可逆的,或者现在发生的事情注定是新的常态。

问:你认为当这场危机波及到他们自己的社区时,人们会有不同的看法吗?

答:当然。但这是一件可怕的事情,当你看到这个国家还没有遭受如此严重打击的地方,在很多情况下,你会认为这些地方倾向于(淡化)局势。我认为,这些州长和地方领导人中的一些人将很难改变他们的方针,而且他们也不能指望他们的选民和公民能够迅速改变他们的方针。

问:除此之外,除了个人经验之外,很难找到一种方法来解决这个由媒体驱动的竞争现实问题。

是的。但就在不久之前,人们在环境等问题上达成了更大的共识。在老布什执政期间,环境问题更像越南问题,而不像今天,因为在这个问题上存在分歧,但在实际发生的问题上却没有分歧。这种变化已经造成了难以置信的破坏。如果你想从中寻找一线希望,那就是将现实转变为党派问题的速度相对较快,而地震事件带来了巨大的变化。我不认为认为这次危机会产生这种相反的效果是完全不切实际的。为了实现这一目标,我们需要达成一些真正的共识,即如果我们承认科学家的专业技能,并接受我们所能获得的所有信息和事实,对我们的社会就会更好。我不知道我是否会打赌这种事情会发生,但这并不是不可能的。

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