十項有望改變世界的技術(shù)

牙牙

近日，《科學(xué)美國人》雜志聯(lián)合世界經(jīng)濟(jì)論壇，評選出了2020年全球十大新興技術(shù)。這些獲得認(rèn)可的技術(shù)，必須具備超越現(xiàn)有技術(shù)的潛力;必須能更好地促進(jìn)社會進(jìn)步;必須是新興的，且可能在接下來的三到五年內(nèi)對相關(guān)行業(yè)產(chǎn)生重大的影響。在這份榜單中，有哪些將可能改變?nèi)祟愇磥淼募夹g(shù)？讓我們一起來看看吧！

1.能無痛注射的微針

肉眼幾乎不可見的“微針”有望讓我們進(jìn)入一個無痛注射和無痛血檢的新時代。無論是與注射器還是貼片連接，微針都能避免與神經(jīng)末梢接觸，從而避免痛覺產(chǎn)生。它可以穿透皮膚表層的死細(xì)胞，到達(dá)由活細(xì)胞和間質(zhì)液組成的表皮。許多微針注射器以及微針貼片已經(jīng)被應(yīng)用于疫苗注射，還有更多地被用于糖尿病、癌癥以及神經(jīng)性疼痛療法的臨床試驗。因為微針注射器或者微針貼片可將藥物直接注射進(jìn)表皮中，所以它們能夠更有效地遞送藥物。但是微針大多不能到達(dá)或只能勉強(qiáng)接觸到真皮層。

2.讓二氧化碳變成可用材料

許多化學(xué)產(chǎn)品在制造時，需要消耗化石燃料，且在制造過程中還會排放大量二氧化碳，導(dǎo)致氣候變化?，F(xiàn)在有一種利用陽光將廢棄的二氧化碳轉(zhuǎn)化為化學(xué)產(chǎn)品的新方法，它可通過以下兩方面減少二氧化碳的排放：將不需要的氣體作為生產(chǎn)原材料;將陽光而不是化石燃料作為生產(chǎn)所需的能源。近年來，研究人員開發(fā)了能打破二氧化碳中碳氧雙鍵的光催化劑。這是創(chuàng)建“太陽能”精煉廠的關(guān)鍵，這種精煉廠可利用廢氣生產(chǎn)有用的化合物，如可用于合成藥品、洗滌劑、化肥和紡織品原料的各種分子。

3.加速醫(yī)學(xué)研發(fā)的虛擬病人

在虛擬的人體器官或人體系統(tǒng)上測試藥物或療法的有效性，從而準(zhǔn)確預(yù)測出真實的人體對藥物或療法的反應(yīng)，這是“計算機(jī)模擬醫(yī)學(xué)”的優(yōu)勢。計算機(jī)模擬人體試驗可以降低初步評估的時間與金錢成本，同時大大減少研發(fā)過程中使用志愿者的數(shù)量。在虛擬器官的建模過程中，研究者首先要獲得人體解剖學(xué)數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)輸入復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型中，才能完成對人體器官功能的模擬。建模之后，強(qiáng)大的計算機(jī)才能生成在外觀和功能上，與真實人體器官相似度極高的虛擬器官。

4.空間計算提升人機(jī)交互

空間計算是物理世界和數(shù)字世界不斷融合的產(chǎn)物。它可以做到虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)所能做到的一切：讓傳感器和馬達(dá)實現(xiàn)互動;將通過云連接的設(shè)備數(shù)字化;以數(shù)字化方式模擬現(xiàn)實世界等。空間計算將會使人機(jī)交互和機(jī)器間的交互效率提高到嶄新的水平，可應(yīng)用場景包括工業(yè)、醫(yī)療保健、運(yùn)輸和家庭等。

5.提供醫(yī)療服務(wù)的應(yīng)用程序

你能想象，在你就醫(yī)時，醫(yī)生開出的處方上寫的是一個應(yīng)用程序嗎？目前，已經(jīng)有一些應(yīng)用程序可以自主檢測我們的生理和心理疾病了，其中一些甚至可以直接治療相關(guān)疾病。以上這些正處于研發(fā)過程中，或者已被人們使用的軟件，都被稱為“數(shù)字醫(yī)療”。數(shù)字醫(yī)療程序可以通過移動設(shè)備記錄用戶的信息，包括聲音、位置、面部表情、運(yùn)動、睡眠和打字的節(jié)奏等。在用人工智能技術(shù)分析這些信息后，就能預(yù)測出用戶可能出現(xiàn)的病情或現(xiàn)有病癥的發(fā)展?fàn)顩r。例如，一些智能手表內(nèi)置有一種特殊的傳感器，可以自動檢測出用戶是否出現(xiàn)心房纖顫的問題;再如可吞服的帶有傳感器的“藥丸”，可檢測癌癥DNA、腸道微生物釋放的氣體、胃出血量、體溫和脈氧水平等。

6.給飛機(jī)換上電動推進(jìn)器

2019年，航空業(yè)的碳排放量占全球總碳排放量的2.5%，到2050年，這一數(shù)字可能還會增加兩倍。電動飛機(jī)或許可以在滿足人們出行需求的同時，減少碳排放量。飛機(jī)安上電動推進(jìn)器后，不僅可以減少碳排放量，還能降低多達(dá)90%的燃料成本、50%的維護(hù)成本和近70%的噪音。而且可電動化的不只是發(fā)動機(jī)，在美國目前正研發(fā)的X-57麥克斯韋號上，傳統(tǒng)的長機(jī)翼被一對更短的、上面分布有電動推進(jìn)器的機(jī)翼取代。

7.新技術(shù)使水泥更低碳

混凝土是一種很常見的人造建筑材料，它的關(guān)鍵成分——水泥的生產(chǎn)造成大量碳排放。科學(xué)家正在開發(fā)新的方案，試圖以更低碳的方式生產(chǎn)水泥。目前已經(jīng)有一些方案得到了應(yīng)用，如：通過礦化作用將其他化工廠產(chǎn)生的二氧化碳儲存在混凝土中;完全放棄在混凝土中使用水泥，轉(zhuǎn)而使用煉鋼行業(yè)的一種副產(chǎn)品鋼渣等。另外，研究人員還嘗試用其他方法提高混凝土的性能，如：開發(fā)“活性”建筑材料，用細(xì)菌和顆粒物“種出”類似水泥的材料;利用一種叫作藍(lán)細(xì)菌的光合作用微生物，制作出低碳混凝土，研究人員甚至用這種細(xì)菌造出了一種能自我修復(fù)裂縫的磚塊。

8.體積更小的量子傳感器

量子傳感器能使自動駕駛汽車提前“看見”拐角之后的情況，能讓水下導(dǎo)航系統(tǒng)、火山活動和地震預(yù)警系統(tǒng)更加先進(jìn)，還能讓隨時隨地監(jiān)測大腦活動的便攜式磁共振掃描儀成為現(xiàn)實。對于任何測量儀器來說，測量單位越小，測量的精度也就越高。英國伯明翰大學(xué)的研究人員正在開發(fā)一種量子傳感器，它能夠用于檢測埋入地下的管道、電纜和其他物體，使我們不必挖開地面就能進(jìn)行測量，航海的船只也可以用它來探測水下物體。

9.電解的綠色氫能

“綠氫”是通過電解產(chǎn)生的氫氣。在電解過程中，水被分解為氫氣和氧氣，沒有任何其他副產(chǎn)物。過去，電解需要消耗大量能量，因此用這種方式生產(chǎn)氫氣幾乎沒有意義。但這種情況正在發(fā)生改變：首先，在目前的電網(wǎng)中經(jīng)常會出現(xiàn)大量沒有被消耗的可再生電力，與其將這些過量的電力用電池組儲存起來，還不如用它來電解水，以氫能的方式存儲;其次，電解器的效率也提高了，新開發(fā)出的新型電解器，產(chǎn)生1千克氫氣只需要消耗不到40千瓦時的能量。許多國家正在加緊投資“綠氫”技術(shù)，中國的目標(biāo)是在2030年以前讓上百萬輛氫燃料電池汽車上路。

10.全基因組合成技術(shù)

全基因組合成是正在蓬勃發(fā)展的合成生物學(xué)的又一次延伸，研究人員可以對微生物編程，實現(xiàn)某些特定的功能，比如讓細(xì)菌合成某種新型藥物。目前，設(shè)計包含數(shù)百萬個核苷酸的基因組已經(jīng)變得越來越容易。合成這樣大小的基因組能把微生物變成工廠，這座工廠不僅能夠生產(chǎn)藥物，還能生產(chǎn)其他產(chǎn)品，比如，它們可以被設(shè)計為持續(xù)生產(chǎn)某些化學(xué)物質(zhì)、燃料和新型建筑材料的工廠，而生產(chǎn)用的原材料也只是非食物類的生物質(zhì)，甚至是被看作廢氣的二氧化碳。隨著技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家若能掌握合成人類自身基因組的技術(shù)，或許有助于治療大部分的遺傳疾病。