2020年十大新兴技术

• 一份新报告揭示了2020年十大新兴技术。

• 相关创新包括可实现无痛注射的微针和电动飞机。

全球正竞相研发新冠疫苗,并且有令人鼓舞的迹象表明,我们可能会以创纪录的速度找到疫苗。但在未来类似的情况下,技术能否帮助我们更快地实现目标?

世界经济论坛与《科学美国人》杂志的一份新报告表示,答案是肯定的。

数字复制品——即人类志愿者的高科技替代品——可以使临床试验更快速、更安全。根据2020年十大新兴技术报告,这些技术并非唯一有望撼动产业、医疗保健和社会的创新。

从电动飞机到能够“看见”拐角处景象的科技传感器,今年的清单汇集了令人振奋的进展。专家们从大量提名中筛选出一组具有颠覆现状并推动切实进步潜力的新发展。

从太阳能驱动的化学反应到全基因组合成,这十项技术涵盖产业、医疗保健和社会等领域。Image: 世界经济论坛

以下是2020年十大新兴技术。

1. 无痛注射与检测微针

这些微小的针头,深度不超过一张纸的厚度,宽度不超过一根人发,可以为我们带来无痛注射和血液检测。“微针”可穿透皮肤,而不会刺激下方的神经末梢,并且可以连接注射器或贴片,甚至可以混入乳膏中。它们可以让血液检测在家中完成,并送往实验室分析,或即时现场分析。而且由于其使用无需昂贵的设备或高水平的培训,检测和治疗可以在服务不足的地区开展,从而让医疗服务更加便捷。

2. 太阳能驱动的化学反应

我们所依赖的许多化学品的生产需要化石燃料。但一种新方法有望降低该行业的排放,即利用阳光将废弃的二氧化碳转化为有用的化学品。用于这一过程的光活化催化剂的最新进展,是迈向建设“太阳能”炼油厂的一步,这些炼油厂可利用废气生产有用的化合物,而这些化合物可用于制造从药品、洗涤剂到肥料和纺织品的各种产品。

3. 虚拟患者

如果用模拟替代人类以使临床试验更快速、更安全的目标听起来很简单,那么其背后的科学却绝非如此。从人体器官的高分辨率图像中获取的数据被输入到一个复杂的数学模型中,该模型描述了控制该器官功能的机制。随后,计算机算法求解由此产生的方程,并生成一个行为与真实器官相似的虚拟器官。此类虚拟器官或人体系统可在药物和治疗的初步评估中取代人体,使这一过程更加快速、安全且成本更低。

4. 空间计算

空间计算是实体世界与数字世界融合的下一步,我们已经在虚拟现实和增强现实应用中看到了这一趋势。与VR和AR一样,它将通过云端连接的物体数字化,使传感器和电机能够相互响应,并创建现实世界的数字表征。但它更进一步,增加了空间映射功能,使计算机“协调器”能够在人员穿行于数字或实体世界时,追踪并控制物体的移动和交互。这项技术将在产业、医疗保健、交通和家居领域,带来人与机器互动方式的新发展。

5. 数字医疗

数字医疗短期内不会取代医生,但监测病情或实施治疗的应用程序可以加强医疗护理,并为医疗服务资源有限的患者提供支持。许多智能手表已经能够检测佩戴者是否心律不齐,而类似的工具也正在研发中,有望帮助应对呼吸系统疾病、抑郁症、阿尔茨海默病等。目前甚至正在开发含有传感器的药丸,这些药丸会将数据发送至应用程序,以帮助检测体温、胃出血和癌性DNA等情况。

6. 电动航空

电力推进可使航空旅行实现零碳排放、大幅降低燃油成本,并显著减少噪音。从空中客车公司到美国国家航空航天局,众多机构都在该领域开展技术研发。尽管长途电动飞行可能仍需一段时间才能实现,且存在成本和监管方面的障碍,但该领域已获得大量投资。目前约有170个电动飞机项目正在研发中,主要面向私人、企业和通勤出行——而空中客车公司表示,到2030年,其可能推出可搭载100名乘客的电动飞机。

7. 低碳水泥

如今,每年生产40亿吨水泥(混凝土的关键成分),生产过程需要燃烧化石燃料。这约占全球二氧化碳排放量的8%。随着未来30年城市化进程的加速,这一数字预计将升至50亿吨。研究人员和初创企业正在开发低碳方法,包括调整工艺中原料的配比、采用碳捕集与封存技术以减少排放,以及完全不在混凝土中使用水泥。

8. 量子传感

设想一下,能够“看见”拐角处景象的自动驾驶汽车,或能够监测人脑活动的便携式扫描仪。量子传感技术可以使这些设想以及更多应用成为现实。量子传感器利用物质的量子特性实现极高精度的运行,例如以电子在不同能态之间的差异作为基本单位。这些系统大多复杂且昂贵,但更小巧、更经济实惠的产品正在研发中,这有望开辟新的应用领域。

9. 绿色氢能

氢气燃烧后唯一的副产物是水;而当利用可再生能源通过电解制取氢气时,它就成为“绿色”氢能。今年早些时候有预测称,到2050年,绿色氢能将成为一个12万亿美元的市场。原因何在?因为它可以在能源转型中发挥关键作用,助力航运和制造等难以电气化的行业实现脱碳,这些行业需要高能量燃料。

10. 全基因组合成

用于设计遗传序列的技术取得进步,这些序列随后被导入微生物中,使得打印越来越大量的遗传物质并更广泛地改造基因组成为可能。这有助于深入了解病毒的传播方式,或有助于生产疫苗和其他治疗药物。未来,它可能有助于利用生物质或废气以可持续方式生产化学品、燃料或建筑材料。它甚至可能使科学家能够设计抗病原体植物,或让我们编写自己的基因组——当然,这也打开了可能被滥用的大门,但同时也为治愈遗传性疾病带来希望。

世界经济论坛通过其技术先锋社群及全球未来理事会网络等工作,支持并推动这类对经济增长和社会未来福祉至关重要的创新。