世界经济论坛评出2020十大新兴技术，看完我升华了

微信邦

本月，世界经济论坛评选出了2020年度十大新兴技术，既然是经济论坛评选，不是科技论坛评选，可知“经济价值”才是入选的金标准。根据官方评委会的说明，他们从75个初审入围的项目中筛选，最终入围的十大新兴技术，必须满足以下两个条件：一是能用优于现有技术效率的方式推动社会和经济进步；二是它们还必须是新兴的（即目前尚未广泛使用），但有可能在未来3-5年内产生重大影响。翻译一下就是：这不是十大新兴技术，这是十大技术造富风口啊！是不是立刻很好奇，到底是哪十项技术会在未来赚得盆满钵满（划掉）推动社会发展。

01

微针技术和设备

微针这个词，可能很多人都是从电梯医美广告中第一次看到。实际上，微针有比医美更广阔的应用前景。世界经济论坛的报告指出，微针技术正在开创一个无痛注射和血液检测的时代。微针通常长度为50-2000微米（约一张纸的厚度），1-100微米宽（约人类头发的直径），这让它能轻易穿透皮肤表层到达间质层，但又不触及真皮层的神经末梢（无痛），血液（不出血），淋巴管和结缔组织（免疫反应小）。
目前，许多微针注射器和贴片应用已经可以用于注射疫苗。还有更多的产品正在进行临床试验，包括用于治疗糖尿病、癌症和神经性疼痛。今年，研究人员首次推出了一种治疗银屑病、疣和某些类型皮肤癌的新技术：将星形微针混合到治疗霜或凝胶中，利用针头在皮肤上造成的临时温和穿孔增强治疗剂的通过性。很多微针产品正朝着商业化方向发展，比如用于快速、无痛地抽取血液或间质液（微针制造的微小孔洞会在表皮或真皮中引起局部压力变化，迫使血液或间质液进入收集装置），并用于诊断测试或健康监测。如果将针头与生物传感器相连，这些设备可以在几分钟内给出测量结果，如葡萄糖、胆固醇、酒精、药物副产品或免疫细胞。那样很多检查、检测可以不用再去医疗机构，而是在家展开。这一天已经不再遥远，美国和欧洲最近批准了一家公司的TAP采血装置，该装置可以让非专业人员收集。这意味着微针可以应用于医疗偏远落后地区，因为它无需购置昂贵设备或大量的培训管理。不过，微针也不是万能的。当需要大剂量注射时，微针就不再适用。而且，并非所有的药物都能通过微针注射，也并非所有的生物标记物都能通过微针采集。但随着研究人员设计出将其用于皮肤以外器官的方法，新的用途也将出现。

02

太阳动力化学研究

很多重要化学品的制造对人类健康，包括大气环境都有很大影响。因为传统的生产流程是这样的：通过化石燃料的燃烧推动化学品合成，燃烧过程排放废气（二氧化碳，污染性气体），另外采掘化石燃料过程中的污染也很严重，整个化学品制造工业都是气候变化的“罪魁祸首”。太阳动力化学，是一种全新的生产流程，取代用化石燃料推动化学反应，改用阳光将二氧化碳等污染性废气转化为所需的化学制品。由于阳光激活催化剂（或称光催化剂）的进步，这一方案正变得越来越可行。世界经济论坛的报告指出，近年来，研究人员已经开发出了光催化剂，可以打破二氧化碳中碳和氧之间的抗性双键——听不懂不要紧，只要知道，这是从废气中产生有用化学制品的关键第一步。而且，目前这一技术已经进化到，只需要可见光（上一代技术是需要紫外线）就能产生广泛使用的化学品，如甲醇、甲醛和甲酸，这些化学品在制造粘合剂、泡沫、胶合板、橱柜、涂料和消毒剂等方面都很重要。目前，太阳动力化学研究主要在学术实验室进行，包括由美国加州研究所管理的人工光合作用联合中心。世界经济论坛认为，该技术一定会在未来几年内被商业化，并被初创企业或其他公司进一步开发。

03

虚拟病人

在某些疾病领域，计算机已经能够取代医生，更快更准地诊断疾病。那你是否想过，如果计算机也能取代病人呢？例如，在冠状病毒疫苗试验的某些阶段，虚拟病人会加快研发进度，并减缓流行病。因为它可以大大减少试验所需活人受试者数量，降低试验成本，并避免在活体志愿者身上测试不良的候选疫苗。以虚拟器官为例，首先要建模，将从个人实际器官的非侵入性、高分辨率成像中提取的解剖学数据输入到一个复杂的数学模型中，该模型控制着该器官的功能。由此产生的方程和未知数，就生成了一个虚拟器官，它的外观和行为就像一个人的器官。在某种程度上，虚拟病人临床试验已经在进行。例如，美国食品和药物管理局(FDA)正在使用计算机模拟代替人类试验来评估新的乳腺造影系统。该机构还发布了设计包括虚拟患者的药物和设备试验的指南。不过，在在医学研究和治疗中，虚拟患者的广泛实施还存在不少障碍。包括从一个庞大的、不同种族的、既有女性也有男性的病人群众建立高质量的医学数据库；语音和图像识别，并需要扩展到提供生物见解的人工智能方法等。

04

空间计算

世界经济论坛的报告称，空间计算是超越VR（虚拟现实）和AR（增强现实）的下一个大事件。想象一下，玛莎是一位独立生活，使用轮椅的八旬老人。她家里的所有物品都被数字化，所有的传感器和控制物品的设备都已经联网，她家的数字地图已经和物理地图合并。当玛莎从卧室移动到厨房时，灯光会自动打开，环境温度也会随之调整。如果她的猫咪突然跳到她面前，轮椅会放慢速度。当她到达厨房时，桌子会移动，以方便她使用冰箱和炉灶，然后在她准备好吃饭的时候移动回来。如果她上床时不慎摔倒，她的家具会移动过来保护她，并向她的儿子和当地监测站发出警报。

上述场景的核心就是“空间计算”，是未来深度融合的物理和数字世界。它可以完成虚拟现实和增强现实应用所做的一切：将通过云端连接的物体数字化；让传感器和电机相互反应；将现实世界数字化。然后，它将这些功能与高清晰度的空间映射相结合，使计算机协调器能够跟踪并当人在数字或物理世界中导航时控制物体的运动和互动。空间计算将很快把人机和机机互动带到新的水平，将广泛应用在工业、医疗、交通和家庭。包括微软和亚马逊在内的各大公司都在大力投资这项技术。目前，工业界已经接受了专用传感器、数字双胞胎和物联网的整合，以优化生产力，可能成为空间计算的早期采用者和受益者。工人可以被引导穿过机器和在机器周围尽可能高效地工作，从而减少时间和成本。如果一个技术人员在一个虚拟现实版的远程现场指挥几个机器人建造一个工厂，空间计算算法可以帮助优化工作的安全性、有效性和质量。

05

数字医疗

说数字医疗你可能有点陌生，但说健康手环你肯定很熟悉。类似健康手环这样的智能设备和APP，可以自主检测或监测心理和生理障碍，有些甚至还能直接对你进行治疗，被世界经济论坛定义为数字医疗。许多数字医疗设备通过记录用户的声音、位置、面部表情、运动、睡眠和短信活动等特征，然后应用人工智能进行检测，以提示病情可能发生或加重。目前，一些应用已经可以筛选呼吸障碍、抑郁症、帕金森症、阿尔茨海默氏症、自闭症等。如果把检测辅助设备做成可摄取的、带有传感器的药丸，就可以检测诸如癌症DNA、肠道微生物释放的气体、胃出血、体温和氧气水平等。

这些数字医疗虽不能彻底取代医生，但在强调需要跟进的问题时，可以成为有用的伙伴。今年COVID-19也凸显了数字医疗的重要性。随着疫情的爆发，数十款用于检测抑郁症和提供咨询的应用程序上线。此外，全球各地的医院和政府机构也部署了医疗保健机器人。与其冒着风险去看急诊，又担心遇到咳嗽和发烧病人，不如先在家数字问诊，机器人使用自然语言处理询问症状，采集健康数据，并根据人工智能分析，描述可能的原因或开始远程医疗会话，交由真人医生最终评估。世界经济论坛报告指出，到今年4月下旬，数字问诊已经屏蔽了超过2亿次关于COVID症状和治疗的询问。这种干预措施大大减轻了卫生系统的压力。

06

电动航空

继电动汽车革命之后，电动飞机也要来了。数据显示，电动推进电机不仅可以消除直接的碳排放，还可以降低90%的燃料成本（电动螺旋桨可以增加起飞时的升力，使机翼更小，整体效率更高）、50%的维护成本（电动马达只需要在2万小时内进行一次大修，而不像碳氢燃料发动机2000小时就要大修）和近70%的噪音。目前，空客、安培尔等公司都在竞相开发电动飞机，并正在寻求美国联邦航空管理局的认证。与电动汽车遇到的问题类似，在可预见的未来，电动飞机的飞行距离将受到限制。目前最好的电池按重量计算的功率远低于传统燃料：能量密度为每公斤250瓦时，而喷气燃料为每公斤12000瓦时。因此，给定功率所需的电池比标准燃料重得多，占用的空间也更大。虽然如此，电动飞机依然值得尝试，因为数据显示，大约有一半全球飞机的飞行距离不到800公里。而预计到2025年，电池驱动的电动飞机的飞行距离将达到800公里左右。目前，投资者、孵化器、企业和政府都为其进展感到兴奋，约有170个电动飞机项目正在进行中。大多数电动飞机是为私人、企业和通勤旅行设计的，但空客公司表示，它计划在2030年之前准备好100个客运版本。

07

低碳混凝土

混凝土是人类最广泛使用的材料，塑造了我们的大部分建筑世界，每年全球生产量为40亿吨。由于城市化进程的不断加快，预计未来30年，这一数字将进一步上升到50亿吨。但很少有人知道的是，混凝土生产过程中产生了占全球总量8%的二氧化碳。如果混凝土生产是一个国家，它将成为继中国和美国之后的第三大排放国。虽然建筑行业通常出于各种原因——其中包括安全和可靠性——抵制变化，但减少混凝土对气候变化“贡献”的压力很可能会加速变革。2018年，代表全球约30%产量的全球水泥和混凝土协会宣布了该行业的可持续发展指南，这是一套关键的衡量标准，旨在跟踪碳排放指标的改善并使其透明化。各种低碳混凝土也随之被推行。比如，位于美国新泽西州的一家初创公司通过采用校企合作研发的新化学生产工艺，减少了30%的碳排放量。另一家公司矿化将从其他工业过程中捕获的二氧化碳储存在混凝土中，而不是将其作为副产品释放到大气中。挪威的一家主要水泥生产商，甚至在计划将其一家工厂建成世界上第一座零排放的水泥制造厂。该工厂通过使用来自废物的替代燃料，并增加碳捕获和储存技术，以便在2030年前完全消除排放。虽然这些低碳混凝土无法取代今天所有应用中的水泥和混凝土。然而，它们已经可以取代轻型承重材料，如用于铺路、外墙和临时结构材料，应用前景广阔。

08

量子传感器

最近量子计算机被炒得沸沸扬扬，其实更具应用价值的是量子传感器，同样具有变革性，可以实现“看清”角落的车辆、水下导航系统、火山活动和地震的预警系统，还可以造出在日常生活中监测人的大脑活动的便携式扫描仪。简单来说，量子传感器通过利用物质的量子性质达到了极高的精度。就像原子钟，世界时间标准是基于铯133原子中的电子每秒完成9,192,631,770次特定的转变，这成为全世界时钟的基准。而量子传感器利用原子转换来检测运动中的微小变化以及引力、电和磁力的微小差异。大多数量子传感系统仍然昂贵、体积过大且复杂，但新一代的量子传感系统更小更实惠，开辟了新的应用。但量子系统仍然极易受到干扰，这可能会限制它们在环境中的应用。但各国政府和私人投资者正在向这个领域猛砸钱，英国已将3.15亿英镑投入到国家量子计算计划的第二阶段（2019-2024年）。行业分析师预计，量子传感器将在未来三到五年内进入市场。最初的重点将是医疗和国防应用。

09

绿色氢能

氢气作为燃料，唯一的副产品是水。这就是为什么几十年来氢一直是一种诱人的零碳能源。然而，传统的氢气生产过程中，化石燃料暴露在蒸汽中，根本谈不上零碳。这样生产出来的氢气被称为灰氢，如果二氧化碳被捕获并封存，则被称为蓝氢。世界经济论坛的报告指出，新一代的氢能技术被称为绿氢。它是通过电解法生产的，机器将水分成氢气和氧气，没有其他副产品。历史上，电解需要大量的电力，所以用这种方式生产氢气意义不大。但情况正在发生变化，原因有二。首先，大量的可再生电力已经可以在电网范围内使用；多余的电力可以用来驱动水的电解，以氢气的形式 “储存”电力，而不是将多余的电力储存在电池阵列中。其次，电解器的价格变得更加便宜。各家公司都在努力开发能够支持生产绿色氢气的廉价电解器。目前，已有一家海上风电场配备了100兆瓦的电解器，以工业规模生产绿色氢气。行业组织能源过渡委员会表示，绿色氢气是实现《巴黎协定》中每年从最具挑战性的工业部门减少10千兆吨以上二氧化碳的目标所必需的四种技术之一。尤其在航运、制造业等需要高能量密度燃料的行业，绿色氢能很有潜力。

10

全基因组合成

新冠肺炎大流行初期，中国科学家将病毒的基因序列共享到基因数据库。随后，瑞士的一个小组合成出了病毒的全基因组，并据此“打印”出病毒——这等于是将病毒传送到他们的实验室进行研究，而无需等待实物样本。这就是全基因组合成推动医学和其他事业发展的一个绝佳例子。全基因组合成是合成生物学这一蓬勃发展的领域的延伸。研究人员使用软件设计基因序列，他们制作并将其引入微生物，从而对微生物进行重新编程，使其完成所需的工作，例如制造一种新药。到目前为止，基因组主要是被轻度编辑（而且主要在细菌病毒领域）。但合成技术和软件的改进使得打印越来越大的遗传物质和更广泛地改变基因组成为可能。许多科学家希望有能力编写更大的基因组，如来自植物、动物和人类的基因组。要达到这一目标，需要在设计软件（很可能结合人工智能）和更快、更便宜的合成和组装至少数百万核苷酸长的DNA序列的方法上加大投资。如果有足够的资金，在十年内，十亿核苷酸规模的基因组书写就可能成为现实。研究人员已经想到了许多应用，包括设计抗病原体的植物和超安全的人类。编写人类自身基因组的能力将不可避免地出现，这意味着医生能够治愈许多（甚至全部）遗传疾病。很多人也会担心，全基因组工程会不会被滥用，尤其是担心武器化的病原体或其产生的毒素。为了预防这样的灾难，科学家和工程师需要设计一个全面的生物安全过滤器，能够实时检测和监测新威胁的扩散。关键是，世界各国政府必须比现在合作得更紧密。2016年成立的财团“基因组计划-write”的定位就是促进这一安全网的建立。该项目包括来自十多个国家的数百名科学家、工程师和伦理学家，他们开发技术、分享最佳实践、开展试点项目，并探索伦理、法律和社会影响，保障全基因组合成技术在安全的前提下服务全人类。