据世界经济论坛今日发布的一份榜单，从将二氧化碳转化为燃料的“人造叶片”，到从空气中采集水分的技术，各类突破性技术有望很快助力应对世界最紧迫的挑战。
这些技术由世界经济论坛的专家网络和全球未来理事会与《科学美国人》及其顾问委员会合作遴选。每项技术的入选，都基于其改善生活、变革行业和保护地球的潜力。专家们还在寻找迹象，以判断这些技术是否已成熟到能够在未来3至5年内得到广泛应用。
“新技术正在重新定义行业、模糊传统界限，并以前所未有的规模创造新机遇。公共和私营机构必须制定恰当的政策、规程并开展合作，让此类创新助力建设更美好的未来，同时避免不受约束的技术变革可能带来的风险。”世界经济论坛第四次工业革命中心负责人、管理委员会成员穆拉特·松梅兹（Murat Sönmez）表示。
入选今年榜单的十大技术如下：
1. 液体活检
液体活检标志着抗癌斗争向前迈出了一步。首先，在无法进行传统组织活检时，液体活检提供了替代方案。其次，与组织样本相比，它能提供更全面的信息；组织样本只能反映样本中可获取的信息。最后，通过精准检测循环肿瘤DNA（ctDNA）——这种遗传物质会不断从癌细胞进入血液——研究人员能够比依赖症状或影像检查更快地发现疾病进展或治疗耐药。
2. 从空气中采集清洁水
从空气中提取清洁水并非新技术，但现有方法需要较高的湿度和大量电力。这种情况正在改变。麻省理工学院和加州大学伯克利分校的一支团队已成功测试了一种利用多孔晶体转化水分、完全无需能量的工艺。另一种方案由亚利桑那州一家名为Zero Mass Water的初创公司提出，借助离网太阳能系统，每天可产出2至5升水。
3. 用于视觉任务的深度学习
计算机开始在图像识别方面超越人类。得益于深度学习这一新兴人工智能领域，计算机视觉技术正越来越多地用于各种应用，包括驾驶自动驾驶汽车、医学诊断、保险理赔损失评估，以及监测水位和作物产量。
4. 利用阳光制造液体燃料
我们能否模仿平凡的叶片，通过人工光合作用来产生并储存能量？前景正变得越来越乐观。关键在于利用受阳光激活的催化剂，将水分子分解为水和氢气，再用同一氢气将二氧化碳转化为碳氢化合物。这样的闭环系统——燃烧排放的二氧化碳不进入大气，而是重新转化为燃料——可能为太阳能和风能行业带来变革。
5. 人类细胞图谱
一项旨在解读人体的国际合作项目——人类细胞图谱（Human Cell Atlas）于2016年10月启动。该项目由陈·扎克伯格倡议支持，旨在识别每种组织中的所有细胞类型；准确了解每种细胞类型中哪些基因、蛋白质及其他分子处于活跃状态，以及控制这些活动的过程；确定细胞的确切位置、细胞之间通常如何相互作用，以及当细胞的遗传或其他方面发生变化时，人体功能会受到怎样的影响，等等。最终成果将成为改善医疗保健并使其更加个性化的宝贵工具。
6. 精准农业
第四次工业革命为农民提供了一套新工具，既能提高作物产量和质量，也能减少水和化学品的使用。传感器、机器人、GPS、制图工具和数据分析软件都在用于按需定制作物养护。对世界大多数农民而言，利用无人机实时获取作物健康状况或许还需时日，但低技术含量的方法也正逐渐投入使用。例如，悉尼大学的萨拉赫·苏卡里耶（Salah Sukkarieh）已在印度尼西亚展示了一套精简、低成本的监测系统，该系统依靠太阳能和手机运行。
7. 适用于绿色汽车的平价催化剂
一种前景可观的零排放技术——氢燃料电池，正在取得进展。迄今为止，含铂催化剂价格高昂，阻碍了这项技术的发展。不过，减少对这种稀有且昂贵金属依赖的工作已取得长足进展，最新成果包括不含铂、甚至在某些情况下完全不含金属的催化剂。
8. 基因组疫苗
基于基因的疫苗在多个方面优于传统疫苗。首先，它们的生产速度更快，这在严重疫情暴发时至关重要。与在细胞培养物中生产蛋白质相比 ，或在鸡蛋中生产蛋白质相比，制造遗传物质也应当更简单、成本更低。基于基因组学的疫苗方案还能够在病原体发生突变时更快地调整疫苗；此外，它还让科学家得以找出对某种病原体具有抵抗力的人，分离出提供保护作用的抗体，并设计一种基因序列，促使人体细胞产生这些抗体。
9. 社区的可持续设计
同时对多栋建筑采用绿色建造方式，有望彻底改变我们的能源和用水量。如果加州大学伯克利分校目前正在推进的一个项目按计划进行，将本地发电的太阳能输送至智能微电网，就能把电力消耗减少一半，并将碳排放降至零。与此同时，该项目还计划重新设计供水系统，将厕所和排水沟产生的污水处理后在现场回用，并把雨水引至厕所和洗衣设备，这可能使饮用水需求减少70%。
10. 量子计算
量子计算机近乎无限的潜力，唯有其制造难度和成本与之相当。这也解释了为什么如今已建成的小型量子计算机仍未能超越超级计算机的算力。不过，进展正在取得。2016年，科技公司IBM向公众开放了首台云端量子计算机。利用这一工具发表的学术论文已超过20篇，如今全球有50多家初创企业和大型公司专注于让量子计算成为现实。取得这些进展后，人们现在常挂在嘴边的词是“量子就绪”。
