技术或许已成为现代世界最重大的变革推动力。尽管技术突破从来并非毫无风险，但积极的技术突破有望为应对当今世界最紧迫的全球挑战提供创新解决方案，涵盖从资源稀缺到全球环境变化等各个方面。然而，相关投资不足、监管框架滞后以及公众认知存在空白，使许多有前景的技术难以充分发挥潜力。
世界经济论坛新兴技术全球议程理事会 在其年度榜单 “十大新兴技术”中梳理了技术变革的近期关键趋势。通过重点介绍最重要的技术突破，该理事会旨在提升人们对其潜力的认识，并助力弥补投资、监管和公众理解方面的差距。2014年，理事会评选出十项可能在未来重塑社会的新技术。
2014年榜单如下：
身体适配型可穿戴电子设备
从 谷歌眼镜 到 Fitbit手环，可穿戴技术在过去一年引发了广泛关注。大多数现有设备通过监测运动、心率、睡眠模式等，帮助人们更好地了解自身健康和体能状况。该领域正从腕带或夹式设备等外置可穿戴产品，转向“身体适配型”电子设备，这进一步推动了人与技术之间不断变化的边界。
新一代可穿戴设备旨在适应部署位置的人体形态。这些设备通常体积微小，集成了多种传感器和反馈系统，并经过伪装设计，以减少使用时的侵扰感、提高社会接受度。这类几乎隐形的设备包括可监测心率的耳塞、穿在衣服下用于追踪姿势的传感器、可监测健康生命体征的临时纹身，以及通过脚部感受到的振动提醒传递GPS导航方向的触觉鞋底。应用场景多种多样：目前有人提议使用触觉鞋帮助盲人导航，而谷歌眼镜已被肿瘤学家佩戴，借助语音指令调取病历及其他视觉信息，以辅助手术。
技术分析人士认为，可穿戴产品的成功要素包括设备尺寸、非侵入性，以及能够测量多项参数并提供实时反馈，从而改善用户行为。然而，产品普及还取决于隐私方面的社会接受度。例如，有人对使用摄像头进行面部识别和记忆辅助的可穿戴设备表示担忧。假设这些挑战能够得到妥善应对，分析人士预计到2016年将有数亿台设备投入使用。
纳米结构碳复合材料
全球快速增长的车辆保有量所产生的排放是环境问题之一，提高交通运输的运行效率是减轻其整体影响的一种有前景的途径。用于新型复合材料的碳纤维纳米结构化新技术，在汽车制造中显示出可将汽车重量减轻10%或以上的潜力。车身更轻意味着运行所需燃料更少，既能提高人员和货物运输效率，又能减少温室气体排放。
然而，效率只是其中一项考量，同样重要的还有提升乘员安全性。为提高新型复合材料的强度和韧性，碳纤维与周围聚合物基体之间的界面在纳米尺度上进行工程设计，以改善结合力，例如采用碳纳米管。发生事故时，这些界面被设计为能够吸收冲击而不发生撕裂，分散受力并保护车内乘员。
第三项挑战或许已接近解决方案，即碳纤维复合材料的回收问题，该问题曾阻碍这项技术的广泛应用。新技术是在聚合物与纤维的界面处设计可裂解的“释放点”，使键合能够以可控方式断开，从而分别回收并再利用构成复合材料的各组分。综合来看，这三项要素有望推动轻量化、超高安全性且可回收的复合材料汽车实现大规模制造，从而产生重大影响。
从海水淡化浓盐水中提取金属
随着全球人口持续增长以及发展中国家摆脱贫困，淡水正面临成为地球上最有限的自然资源之一的风险。除人类居住区的饮用水、卫生和工业用水外，全球相当大比例的农业产出来自干旱地区的灌溉作物。科罗拉多河、墨累-达令河和黄河等河流已长时间无法流入大海，因此，将海水淡化作为新淡水来源的吸引力只会继续增强。
不过，海水淡化存在严重弊端。除能耗较高（该话题在去年的 “十大新兴技术”榜单中已有探讨），该工艺会产生高浓度浓盐水，排回大海后可能严重损害海洋生物。解决这一问题最有前景的思路或许是，不再将海水淡化产生的浓盐水视为废物，而是将其视为可提取有价值材料的资源。这些材料包括锂、镁和铀，以及更常见的钠、钙和钾等元素。例如，锂和镁可用于高性能电池和轻质合金，而用于电动机和风力涡轮机的稀土元素（其潜在短缺已是战略关切）也有望被回收。
采用催化剂辅助化学的新工艺，使从海水淡化浓盐水中提取这些金属成为可能，其成本最终可能与陆基矿石开采或湖泊矿床开采相比具有竞争力。这一经济效益可能抵消海水淡化的总体成本，使其在大规模应用中更具可行性，进而减轻人类对淡水生态系统的压力。
电网级储能
电力无法直接储存，因此电网管理者必须持续确保消费者的总需求与发电站输入电网的等量电力精确匹配。由于煤炭和天然气中的化学能可大量储存，传统化石燃料发电站能够按需提供可调度电力，使电网管理相对简单。然而，化石燃料也会释放温室气体，引发气候变化。因此，许多国家目前致力于以可再生能源、核能或其他非化石能源组成的清洁能源组合，取代碳基发电机组。
清洁能源，尤其是风能和太阳能，可能具有高度间歇性：它们不会按消费者和电网管理者的需求发电，而只有在天气条件有利时才会产生不可控的发电量。规模扩大的核电行业也可能因其偏好的常开基荷运行方式而面临挑战。因此，长期以来，电网级储能技术的开发一直被视为清洁能源系统的“圣杯”。迄今为止，只有抽水蓄能水电能发挥重要作用，但其成本高昂、对环境造成挑战，并且完全依赖有利的地理条件。
一系列新技术正逐步接近攻克这一难题，已有迹象显示。其中一些，例如液流电池，未来或能以类似煤炭和天然气储存的方式，大规模储存液态化学能。多种固态电池方案也在竞相以足够高能量密度且廉价易得的材料储存电力。新发明的石墨烯超级电容器有望在数万次循环中实现极快速的充放电。其他方案则利用动能和势能，例如大型飞轮或地下压缩空气储存。
德国正以中等规模探索一种较为新颖的方案，即通过氢气电解进行二氧化碳甲烷化：利用剩余电力将水分解为氢气和氧气，随后将氢气与废弃二氧化碳反应生成甲烷，供后续燃烧之用，必要时用于发电。尽管该方案及其他方案的往返效率可能相对较低，但储能潜力显然将在未来具有很高的经济价值。现在判断哪种技术胜出还为时过早，但依我们的评估，该领域的技术发展速度似乎前所未有地加快，使近期出现根本性突破的可能性更大。
纳米线锂离子电池
作为电荷储存装置，电池在现代生活的许多方面都至关重要。锂离子电池能量密度（单位重量或体积的能量）较高，已被普遍应用于手机、笔记本电脑和电动汽车等，仅举几个常见用途。然而，要使电动汽车的续航里程达到与燃油竞品相当的水平，更不用说手机和笔记本电脑的单次充电续航，电池能量密度仍需大幅提升。
电池通常由两个电极组成：称为阴极的正极端子，以及称为阳极的负极端子，二者之间为电解质。电解质使离子能够在电极之间移动，从而产生电流。在锂离子电池中，阳极由石墨构成，石墨相对便宜且耐用。然而，研究人员已开始试验硅阳极，其可提供更大的功率容量。
工程上的一项挑战是，硅阳极在充放电循环中往往因膨胀和收缩而出现结构失效。过去一年，研究人员提出了可能的解决方案，即制造硅纳米线或纳米颗粒，这似乎能够解决硅与锂反应时体积膨胀所带来的问题。纳米颗粒和纳米线所具有的较大表面积，进一步提高了电池的功率密度，并支持快速充电和电流输出。
下一代电池能够更快充满电，并且比现有锂离子电池多产生30%–40%的电能，有望推动电动汽车市场的变革，并支持家庭规模的太阳能电力存储。最初，硅阳极电池预计将在未来两年内开始随智能手机出货。
无屏显示
现代通信技术的一大令人沮丧之处在于，随着设备日益小型化，人们与之交互变得越来越困难，例如，没有人会在智能手机上打字写小说。屏幕显示的空间有限，为无屏显示填补这一空白提供了明显机遇。全尺寸键盘已可投射到某一表面上供用户操作，无需担心能否放进口袋。或许会让人想起早期《星球大战》电影的场景，全息图像现在已能够以三维形式生成；2013年，麻省理工学院媒体实验室报道了一种原型机，其廉价的全息彩色视频显示器分辨率已与标准电视相当。
无屏显示还可通过将图像直接投射到人的视网膜上来实现，这不仅无需笨重的硬件，还有望保护隐私，使人们能够与计算机交互，而不被他人看到同一画面。到2014年1月，一家初创公司已通过Kickstarter众筹筹集了可观资金，旨在将基于视网膜显示的个人游戏和影院设备商业化。从长远看，技术可能实现绕过眼睛的突触接口，将“视觉”信息直接传输至大脑。
该领域在2013年取得了快速进展，似乎即将在可规模化部署的无屏显示方面迎来突破。多家公司在该领域取得了重大突破，包括虚拟现实头显、仿生隐形眼镜、为老年人和部分失明人群开发的手机，以及无需运动部件或眼镜即可呈现的类全息视频。
人体微生物组疗法
人体或许更应被视为一个生态系统，而非单一有机体：微生物细胞的数量通常是人体细胞的10倍。过去几年，人体微生物组已成为日益深入的研究对象。2012年，人类微生物组计划公布了来自80家合作科研机构的研究成果。研究发现，人体生态系统中栖息着超过10,000种微生物，共计万亿计的细胞，约占人体质量的1%–3%。
借助先进的DNA测序、生物信息学和培养技术，与人体共存的多样微生物种类正被识别和表征，其丰度差异与疾病和健康相关。
人们日益认识到，这些繁多的微生物对我们的生存发挥着重要作用：例如，肠道细菌使人类能够消化食物并吸收重要营养物质，否则人体将无法获取这些营养。另一方面，普遍存在于人体中的病原体有时会变得具有毒性，导致疾病甚至死亡。
人们越来越关注肠道微生物组及其在多种疾病中的作用，这些疾病涵盖感染、肥胖、糖尿病和炎症性肠病。人们日益认识到，破坏肠道菌群的抗生素治疗可能引发并发症，例如 艰难梭菌（Clostridium difficile） 感染，在极少数情况下可能导致危及生命的并发症。另一方面，一类由健康肠道中部分微生物组成的新型疗法正处于临床开发阶段，旨在改善医疗治疗。人类微生物组技术的进展无疑为开发治疗严重疾病的新方法、改善人类整体医疗健康结果提供了前所未有的途径。
基于RNA的疗法
RNA是细胞生物学中的关键分子，负责将DNA编码的遗传指令转化为蛋白质的合成，而蛋白质是细胞发挥功能所必需的。然而，蛋白质合成也是大多数人类疾病和病症的核心因素，因此，长期以来人们认为基于RNA的疗法有望应对传统药物疗法难以提供太多帮助的一系列问题。不过，该领域发展缓慢：最初的高期望因研发工作的极端复杂性，以及需要更深入理解细胞内基因表达的变异性而受挫。
过去一年，这一生物技术医疗新领域重新受到关注，截至2014年，已有两种基于RNA的疗法获批用于人体治疗。基于RNA干扰机制的RNA药物正在开发中，用于治疗遗传疾病、癌症和传染病等多种病症，该机制可用于沉默缺陷基因或过度表达基因的表达。
随着基于RNA的疗法的应用不断拓展，一种更新的平台正在兴起，其基于信使RNA（mRNA）分子。通过肌肉注射或静脉注射的特定mRNA序列，可借助患者自身细胞发挥治疗作用，被翻译为相应蛋白质，从而产生治疗效果。与直接改变DNA的疗法不同，基于RNA的疗法不会对细胞基因组造成永久性改变，因此可根据需要增加剂量或停止使用。
基础RNA科学、合成技术和体内递送技术的进步相互结合，推动新一代RNA药物的诞生，这类药物可以减弱天然蛋白质的含量，或实现体内生产经优化的治疗性蛋白质。多家旨在提供RNA疗法的私营公司已与大型制药公司和学术机构合作成立。我们预计，在未来几年内，这一医疗领域将在开发攻克疑难疾病的新疗法方面，对传统制药业构成越来越大的挑战。
量化自我（预测分析）
量化自我运动多年来一直存在，是由一群人持续收集日常活动数据的协作形式，旨在更好地就健康和行为做出更佳选择。但随着当今物联网的发展，该运动开始逐渐成熟，并产生更广泛的影响。
智能手机包含丰富的个人活动记录，包括人们认识哪些人（通讯录、社交网络应用）、与谁交谈（通话记录、短信记录、电子邮件）、去过哪些地方（GPS、Wi-Fi和带地理标签的照片），以及从事什么活动（使用的应用程序、加速度计数据）。利用这些数据，并借助专门的机器学习算法，可以构建关于人们及其行为的详细预测模型，用于城市规划、个性化医疗、可持续发展和医疗诊断。
例如，卡内基梅隆大学的一个团队一直在研究如何利用智能手机数据，通过建模睡眠行为和社交关系随时间的变化，预测抑郁症的发作。另一个例子是Livehoods项目：由人们智能手机产生（借助Instagram和Foursquare等软件）并从网络抓取的大量地理标记数据，使研究人员能够了解人们在城市空间中的移动模式。
近年来，传感器变得廉价且日益普及，越来越多的制造商在其产品中加入传感器，以了解消费者行为，并避免昂贵的市场调研。例如，汽车可以记录驾驶者驾驶习惯的每一个方面，这些信息可在智能手机应用中显示，或作为大数据用于城市规划或交通管理。随着广泛收集数据以追踪人们生活各个方面的趋势持续发展，挑战在于如何最优地利用这些信息，以及如何使其与隐私和其他社会问题相协调。
脑机接口
仅凭思维控制计算机的能力比人们想象的更接近现实。脑机接口能够让计算机直接读取并解读大脑信号，目前已在临床上取得成功：四肢瘫痪者、患有“闭锁综合征”的人或曾中风者，可以通过脑电波控制机械臂，从而移动自己的轮椅，甚至从杯中喝咖啡。此外，直接脑部植入装置已帮助部分失明者恢复部分视力。
近期研究聚焦于利用脑机接口将不同的大脑直接相互连接。杜克大学的研究人员去年报告称，他们成功地将两只小鼠的大脑通过互联网连接（被称为“脑网”），不同国家的小鼠能够协作完成简单任务以获得奖励。同样在2013年，哈佛大学的科学家报告称，他们借助一种非侵入性的计算机-大脑接口，在一只大鼠与一名人类的大脑之间建立了功能性连接。
另一些研究项目则聚焦于操纵大脑记忆，或将计算机中的记忆直接植入大脑。2013年年中，麻省理工学院的研究人员报告称，他们已成功将一段虚假记忆植入小鼠大脑。在人类身上，直接操纵记忆可能应用于创伤后应激障碍的治疗；从更长远看，信息或可像计算机文件一样被上传至人脑。当然，这一快速发展的领域也明显引发了诸多伦理问题。
本榜单由世界经济论坛 新兴技术全球议程理事会编制。Noubar Afeyan为Flagship Ventures管理合伙人，担任理事会主席，同时也是 2014年新领袖年会的导师。 Mark Lynas是科学、技术与气候变化领域的自由撰稿人，与英国外交和联邦事务部气候变化特别代表David King爵士共同担任副主席。理事会成员完整名单请见 此处。
所有图片均由路透社提供。
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