2015年度十大新兴技术
2015-03-23 作者： 世界经济论坛
转自基因农业网
日前，达沃斯世界经济论坛发布2015年度十大新兴技术。该榜单由世界经济论坛的新兴技术跨界理事会编撰，每年发布一次，入选的技术都是由理事会选出最有潜力解决全球长期挑战的技术成果，旨在促使人们关注新兴技术的潜力及蕴藏的风险。
今年的十大新兴技术体现了创新在改善人们生活、推动行业变革和维护地球生态方面的巨大力量，在此为您一一做详细介绍。
1 燃料电池汽车
“燃料电池”汽车的概念由来已久。与电动汽车和碳氢燃料汽车相比，燃料电池汽车享有多项重要优势。然而，由于这项技术尚处于车企刚刚筹划将其推向市场的阶段，车辆早期价格有可能高达7万美元，但相信随着未来几年产量的提高，其价格大幅回落指日可待。
燃料电池与蓄电池不同，不需要外接充电，只需使用氢气和天然气等燃料，便能直接产生电力。在使用中，燃料电池和蓄电池相互配合开展工作，燃料电池负责产生电力，蓄电池则负责存储电力，待到发动机驱动车辆时再予以供应。因此，燃料电池汽车属于混合动力汽车，且很有可能配备回馈制动系统，通过这一重要性能来实现能效以及行车里程的最大化。
与依靠电瓶供电的电动汽车不同，燃料电池汽车的性能可媲美任何传统燃料汽车。燃料电池汽车巡航里程长，一箱燃料最高可供行驶650公里（燃料通常为压缩氢气），而加满一箱氢燃料仅需3分钟。氢气是清洁燃料，水蒸气是其燃烧产生的唯一排放物，因此，以氢气为燃料的燃料电池汽车将可做到零排放，这是降低大气污染的一个重要因素。
确保生产氢气时不会造成碳排放的方法有很多。最为常见的是利用风能和太阳能等可再生能源发电，随后对水进行电解，不过这一工艺的总体能效可能较低。此外，也可以用高温核反应堆将氢气从水中分离出来，或者从煤或天然气等化石燃料中获得，而随之产生的二氧化碳会被捕获和封存，而不是直接排入大气之中。
大规模生产低价氢气并非易事，而氢气输送基础设施匮乏也是一个重大的挑战。我们须像汽柴油加油站一样大力建设相关基础设施，并最终取代汽柴油加油站。目前，氢气的远距离运输，哪怕是在压缩的状态下，在经济上并不可行。好在新型氢气存储技术，比如不需要高压存储的有机液体运输装置等，会很快降低远距离运输成本，并减少气体存储以及泄漏存在的风险。
燃料电池汽车大规模推向市场的前景十分富有吸引力，因为这些汽车既具备汽柴油汽车一样的行车里程和加油便利性，又能提高个人交通的环境可持续性，可谓裨益良多。然而，要实现这种种裨益，我们得利用完全低碳的能源生产氢气，并确保其可靠性和经济性，同时做好不断增加的此类汽车的供气工作（其保有量未来十年有望达到数百万辆）。
2 下一代机器人
很久以前，人们就设想，在未来世界，机器人将全盘接手各类日常工作任务。然而，这种有关机器人的构想一直未能成真，机器人仍然仅见于工厂的流水线和人工控制的工作任务。尽管机器人的使用率很高（如在汽车工业），但这些机器人体积庞大，会给人类工友造成危险，必须用安全网予以隔开。
机器人技术的进步，逐渐使人机协作成为一种日常可见的现实。性能更强、造价更低的传感器使得机器人能更好地洞察周边环境并作出反应。设计师们从人手等复杂生物结构出色的灵活性中汲取了灵感，制造出应变能力越来越好、越来越灵活的机器人。此外，受益于云计算革命的发展，机器人互联程度日益提高，可以远程获得指令和信息，不再需要编程为全自动型机器。
随着机器人新时代的到来，这些机器逐步走下大型制造业的流水线，走向更为多样的工作岗位。通过使用卫星定位技术，机器人能像智能手机一样，用来协助除草和收割，推动农业作业精密化。日本已开始了机器人护士的试点，这种机器人能够帮助病人下床，撑扶中风患者，帮助患者恢复对四肢的控制。Dexter Bot、Baxter和LBR iiwa等体积更小、更为灵活的机器人也相继问世，这些机器人可以便捷地进行编程，处理一些人工干起来费力或者感觉不适的制造类工作。
诚然，对于那些人类处理起来过于重复或者危险的工作而言，机器人是上乘之选，而且机器人能一天24小时工作，费用也比人工要低。从实际来看，新一代的机器人有望与人类相互协作，而不是完全取代人类。哪怕在设计和人工智能上再有所进步，人类的参与和监督仍然必不可少。
尽管之前的几轮自动化浪潮提高了生产效率，促进了经济增长并惠及整个经济体系，但机器人夺走人类岗位的风险仍然是存在的。过去几十年来，人们一直担心联网后的机器人会脱离人类的控制，如今，随着下一代机器人接入网络，这种顾虑可能会变得更为突出，好在随着人们开始使用家庭机器人处理家务，对机器人会逐渐变得更为熟悉。但不管怎么说，下一代机器人无疑将引发对人机关系的新思考。
3 可循环利用的热固性塑料
塑料分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料可以加热，也可以多次成型，从儿童玩具到马桶座椅，热塑性塑料在现代社会随处可见。由于可以经溶解后再次成型，热塑性塑料大都可以循环利用。但热固性塑料却只能一次性加热、一次性成型。加热后，热固性塑料分子发生改变，经过了“硬化”，哪怕经受高温、高压，其形状和强度也会保持不变。
这样一种耐用性使得热固性塑料成为现代生活中的一个重要组成部分，广泛用于手机、线路板和航天工业等各类产品和领域。然而，热固性塑料自身的特性使其在现代制造业不可或缺，但同时也使得它们无法循环利用。最终，大部分热固性聚合物只能变为垃圾进行填埋。在可持续发展这一终极目标面前，热固性塑料的可循环利用早已成为了一项迫切的需求。
2014年，这一领域迎来了重大进展，《科学》杂志刊发了一篇具有里程碑意义的文章，宣布发现了一种可循环利用的新型热固性聚合物。这种名为“聚六氢三嗪”（简称PHT）的聚合物可放入强酸中溶解，从而打破聚合物关联，分离出单体部分，然后重新组合为新产品。与传统的不可循环利用的热固性塑料一样，此类新结构同样具有硬度大、耐热、坚固等特点，可用于与以往相同的用途当中。
尽管任何循环利用率都无法达到100%，但这一创新若能得到广泛采用，将大幅减少塑料垃圾的填埋量，有助于加快发展循环经济。我们希望可循环利用的热固性聚合物能在5年内取代不可循环利用的热固性塑料，到2025年时在新生产的产品中实现全面覆盖。
4 精密基因工程技术
传统基因工程一直饱受争议。然而，新技术正在兴起，使我们可以直接“编辑”植物的遗传密码，以提高植物营养成分、更好地适应气候变化等。
当前，农作物基因工程主要依靠根癌土壤杆菌（agrobacterium tumefaciens）这一细菌，来将所需DNA输入目标基因组当中。这一技术是经过了事实检验的可靠技术，尽管大众对此仍有担忧，但科学界一致认为，采用该技术对有机体进行基因改良，其风险并不会高于采用传统培育方式对有机体进行改良。不过，尽管土壤杆菌作用明显，但近年来已开发出了更为精密、更为多样的基因组编码技术。
这些技术包括锌指核酸酶（ZFNs）、转录激活因子样效应物核酸酶（TALENS）和近期推出的可在细菌中演化为病毒防御机理的CRISPR-Cas9系统。这种系统使用核糖核酸分子来锁定目标DNA，并在目标基因组中按照一组已知的、用户选定的序列进行剪切。这样，便能抑制不需要的基因，或者将该基因进行改良，使其发挥出与自然变异别无二致的功用。通过采用“同源重组”的办法，CRISPR也可用于精确地向基因组中植入新的DNA序列乃至完整的基因。
基因工程另一个有望取得重要进展的领域是将核糖核酸干扰技术（RNAi）用到农作物身上。核糖核酸干扰可有效预防病毒和真菌病原体，保护植物免受病虫害，减少对化学杀虫剂的需求。病毒基因已广泛用于保护木瓜树免遭环斑病毒侵害。以夏威夷为例，采用此法十多年来，并没有出现病毒抗药性增强的迹象。此外，核糖核酸干扰也能惠及主要粮食作物，预防小麦杆锈病、稻瘟病、马铃薯晚疫病、香蕉枯萎病等。
很多此类创新会给发展中国家小户农民带来极大助益。如此这般，随着人们逐渐认识到基因工程能为数百万人增加收入、改善饮食，有关基因工程的争议或能有所减少。此外，更为精密的基因组编码也助于消除公众恐惧，尤其由于这当中并未涉及外源基因，也就不会让人们觉得改良后的动植物是转基因产品。
从整体来看，这些技术有望减少水、土地、化肥等各个方面的投入和使用，同时帮助农作物更好地适应气候变化，从而促进农业的可持续发展。
5 增材制造技术
顾名思义，增材制造技术是与减材制造完全相反的工艺。过去，制造业采用的都是减材制造的办法：先选一块大料（如木头、金属、石头等），然后去除表层、加以削切，最终留下所要的形状。与之相反，增材制造技术则先从液体或粉末等碎料着手，然后再利用数字模板，将碎料打造成三维形状。
与批量生产不同，3D产品可以根据终端用户需求，实现高度的个性化。例如，美国隐适美公司（Invisalign）就利用顾客牙齿的电脑造影，制作出最贴合顾客嘴部结构、几不可察的牙齿矫形仪。还有一些医学应用正引领3D打印朝生物科学的方向迈进：如今，通过直接打印人体细胞，已有望制作出活体细胞，在药物安全筛查和最终的细胞修复与再生等方面开发出有潜力的应用。在生物打印领域，打印肝细胞层的美国生物技术公司Organovo是一个先行者，其打印的细胞层主要用于进行药物测试，且最终可能会用于制作移植用人体器官。生物打印已经被用于制作皮肤、骨骼、心脏和血管组织，这为未来的个性化医疗带来了巨大潜力。
增材制造技术的下一个重要阶段将会是以3D技术打印线路板等集成电子元件。然而这种办法很难打印处理器等纳米级电脑配件，因为要将用各种不同材质制作而成的不同电子元件组合为一体并不容易。现在，4D打印有望带来新一代的产品，这些产品可根据温度和湿度等环境变化自行调整。这可用于服装、鞋类以及一些医疗产品，如旨在改变人体机能的植入物等。
与分布式制造技术一样，增材制造技术可能将对传统工艺和供应链带来巨大冲击。但就目前而言，增材制造仍然是一项新技术，其应用主要见于汽车、航天和医疗等领域。随着更多机会的涌现，这一技术的创新会使其更加贴近大众市场，未来十年有望迎来快速发展。
6 自然发生的人工智能
简单而言，人工智能（AI）就是一门让电脑来代替人类干活的科学。近年来，人工智能取得了重大进展：我们大多数人手中的智能手机都能识别人类的语言，很多人都在机场边检排队时体验过人脸识别技术。无人驾驶汽车和无人机正处于测试阶段，尚未如外界所期待的一样投入广泛使用，但对于一些学习和记忆任务而言，机器肯定要强于人类。在美国“Jeopardy”电视智力竞赛中，人工智能电脑系统“华生”（Watson）就打败了最优秀的人类选手。
与普通软硬件相比，人工智能可帮助机器感知环境变化并作出应对。自然发生的人工智能则在此基础上更进了一步，机器可通过消化海量信息进行自动学习。卡内基梅隆大学的“永不停止的语言学习”项目（简称NELL）便是一例。这套计算机系统不仅能查阅数以亿计的网页来读取现成的材料，还能在此过程中主动提高自身阅读和理解能力，以求在未来进一步提升表现。
与下一代机器人一样，机器在某些任务的执行上显然要优于人类。有鉴于此，完善后的人工智能将会带来生产力的显著提高。大量证据表明，无人驾驶汽车有助于减少道路交通中发生的碰撞和由此引发的人员死伤等问题，因为机器可避开人类容易犯的错误，如注意力不集中、视觉误差等问题。智能机器能在更短的时间内获得更多的信息，并能不带任何人类式的偏见去做出应对，因而在疾病诊疗上或能完成得比医学专家更为出色。当前，肿瘤学上正在部署“华生”系统，来协助开展诊疗工作，为癌症患者提供个性化的、有据可依的治疗方案。
长期以来，科幻小说中的人工智能往往是一场反面乌托邦式的噩梦。不得不说，人工智能显然是伴有风险的，其中最为突出的风险是，超级智能机器或许有一天会反制人类、奴役人类。尽管这一风险在未来几十年内不会成真，但一些专家已对此表达了严肃关切，很多专家在生命未来研究所（Future of Life Institute）2015年1月组织的公开信签字活动上签了字，呼吁妥善引导人工智能发展，避免未来可能出现的隐患。从更为贴近现实的角度来说，智能计算机代替人工所引发的经济革命，有可能会加剧社会不平等现象，对现有就业岗位造成威胁。比如，无人机或会取代大部分的运输司机，无人驾驶的短途出租车会令现有出租车变得越来越多余。
另一方面，自然发生的人工智能会使人类独有的一些特质得到更多重视，如创意、情感和人际关系等。随着机器的人工智能程度不断提高，这项技术将日益颠覆我们对于“人类”的理解，改变我们对人机之间差距迅速缩小所带来的利弊的认知。
7 分布式制造技术
分布式制造技术将颠覆我们的产品生产方式和销售方式。传统制造业是把原材料收集起来，加以组装，并在大型集中式的工厂中把产品制作成形，之后再原样分销至顾客手中。分布式制造技术则把原材料和生产方式分散化，而产品的最终生产将在终端顾客的身边完成。
从本质上说，分布式制造技术的概念是在尽可能多地用数字信息取代实体供应链。举椅子制作为例，其流程不再是先收木头，然后再在工厂里把木头制作成椅子，而是将有关椅子部件切割的数字方案发送到当地的生产中心，再用CNC刳刨机等由计算机控制的切割工具进行切割，然后再由顾客或者当地的制作车间进行组装，变为成品。美国家具企业AtFAB公司目前已经采用了这一模式。
当前，分布式制造技术在使用上高度依赖自助式的“创客运动”，即爱好者们利用本地的3D打印机、用本地的材料来生产产品。这当中有开源思维的元素，即消费者可以根据自身需求和喜好来制作个性化的产品。创意设计无需通过集中的流程进行，而是呈现更加“众包化”的特点。随着越来越多的人参与到产品的可视化设计和生产过程当中，这些产品或将带来行业的变革。
分布式制造技术有望进一步提高资源利用效率，减少中心工厂的产能浪费。此外，这项技术可降低开模和生产首批产品所需的资金要求，降低产品进入市场的门槛。尤为值得一提的是，这一技术可降低制造对于环境的总体影响，因为数字信息是在网络上传递，而不是像实体产品那样通过公路、铁路或船只进行运输，且原材料的收集又在本地完成，进一步减少了运输环节的能耗。
倘若能得到进一步推广，分布式制造技术将会对传统劳动力市场和传统制造业经济学造成冲击。当然，这项技术的确也存在着一定风险，例如远程生产的医疗设备的监管和管控会变得更为困难，产品中可能会出现武器之类的非法危险品等等。不是所有产品都适合用分布式制造技术进行制作，对于一些最为重要、最为复杂的消费品而言，传统的制造技术和供应链仍然不可或缺。
分布式制造技术能使当前一些模式化的物品变得更为多样化，比如智能手机和汽车等等。产品的体积大小不成问题。英国Facit Homes公司已经在用个性化的设计和3D打印来为客户量身定制房屋。此类产品在特色上可根据不同市场和不同地区的需求做出相应调整。当前，在世界上一些地区，传统制造尚无法很好地满足当地需求，相信分布式制造的相关产品和服务将会很快进入这些地区。
8 能够“感知和躲避”的无人机
近年来，无人驾驶飞行器，即无人机，已成为一国军事实力的重要组成部分，但也引发了不少争议。此外，无人机在农业、航拍和其他许多频繁需要低成本空中巡查工作的任务中也有广泛应用。但截至目前，这些无人机仍然都有人类飞行员，只不过这些飞行员是在地面远程操控飞行器的飞行。
下一步，无人机技术将要开发可以自主飞行的机器，应用领域将进一步拓宽。要做到这一点，无人机必须能感知周围环境并做出应对，调整飞行高度和飞行线路，避免与途中其它物品发生碰撞。在自然界中，鸟类、鱼类和昆虫均能成群结队地集合在一起，每一只动物几乎都能与身边的伙伴同步瞬时移动，并以团队为单位飞行或游动。无人机不妨对此加以模仿。
有了可靠的自动化和防撞击技术，无人机便能执行一些人工执行起来过于危险或地点过于偏远的任务，如检查电线、紧急运送医疗物资等。无人运输机可找到通往目的地的最佳路线，同时感知途中的其它飞行物和障碍物。在农业领域，自动无人机可以通过在空中收集和处理大量的图形数据，来精准、高效地完成施肥和灌溉等工作。
2014年1月，英特尔与Ascending科技公司共同对外展示了一种多螺旋桨无人机的原型机，这种无人机巡航飞过人为设置的障碍线路，而且能自动避开进入其飞行路线的人员。这些无人机采用了英特尔的RealSense摄像头模块，该模块仅重8克，厚度不足4毫米。这种出色的防撞击水平有助于未来实现空域共享，允许大量飞行器在人类附近飞行，在建筑物内部和周围执行各类任务。本质而言，无人机是一种机器人，只不过它是在三维空间而不是二维空间活动。下一代机器人技术的进步将会加速推进这一趋势。
不管是人工操控还是智能机器，飞行器总免不了存在一定风险。要想得到广泛采用，这种能够感知和躲避的无人机必须能在最为严苛的条件下实现可靠的飞行，如夜晚、暴风雪和沙尘暴等。与现有数码移动设备不同（这些设备其实并不可自我移动，而是由人为携带移动），无人机的变革性在于它们可自我移动，有能力在人类无法直接触及的三维世界里飞行。一旦得到普及，这些无人机会大幅拓展人类的存在空间、提高生产效率和提升人类体验。
9 神经形态技术
目前，哪怕最先进的超级计算机，其复杂程度也无法与人脑相媲美。计算机是线性的，主要依靠高速中枢，在中央处理器和存储芯片之间实现数据的来回移动。相比之下，人脑则处于全方位的互联状态，人脑中的逻辑和记忆紧密关联，其密度和多样性均是现代计算机的数十亿倍。神经形态芯片旨在用与传统硬件完全不同的方式处理信息，通过模仿人脑构造来大幅提高计算机的思维能力与反应能力。
近年来，计算机微型化使得传统计算性能得到大幅提升，但存储器与中央处理器之间数据的不断移动会消耗大量能源，产生多余热量，这一瓶颈限制了计算机的进一步改进。相比之下，神经形态芯片能效更高、性能更强，可将负责数据存储和数据处理的元件整合到同一个互联模块当中。从这一意义上说，这一系统与组成人脑的数以十亿计的、相互连接的神经元颇为相仿。
神经形态技术将是高性能计算的下一个发展阶段，它能够大幅提升数据处理能力和机器学习能力。IBM公司2014年8月所公布的百万神经元级别的TrueNorth芯片，在执行某些任务时，其能效可达传统中央处理器的数百倍，首次与人脑的大脑皮层有了可比之处。神经形态芯片计算能力显著提高，能耗和体积却要小得多，更为智能的小型机器或将引领计算机微型化和人工智能的下一阶段。
其潜在用途包括：可更好地处理和应对图像信号的无人机、更为强大、更为智能的相机和智能手机、有助于解读金融市场奥妙或进行天气预报的大规模数据透视。未来，计算机可以自主地进行预测和学习，而不是仅仅按照预先编写好的程序行事。
10 数字化基因组
人体基因组由32亿个DNA碱基对组成，历史上第一次对其排序时，花了数年时间，耗资高达数千万美元。但今天，仅需几分钟，便可完成个人的基因组的排序和数字化，所需花费也仅需数百美元。所得数据可通过U盘传输到笔记本电脑上，随后十分便捷地通过互联网进行共享。这种技术仅需很低的成本，便能瞬时探明我们每个人所独有的遗传结构，将为进一步推动医疗个性化、改善医疗效果带来一场革命。
人类健康所面临的许多最难对付的挑战，不管是心脏疾病还是癌症，都有着与之对应的遗传因素。事实上，称癌症为一种基因组疾病是最贴切不过的。有了数字化技术之后，医生便能通过观察肿瘤的基因结构来决定如何治疗癌症患者。同时，这一新知识也有助于制定具有高度针对性的疗法，使精确用药成为可能，从而改进患者特别是癌症患者的治疗效果。
与其他个人信息一样，出于隐私考虑，个人的数字基因组信息也需要得到保密。当前，这种个人基因组绘制技术已然遭遇到了挑战，如当能够更为清楚地掌握自己罹患遗传疾病的风险后，人们会如何应对？当雇主和保险公司希望获得这些信息、使用这些信息时又该怎么办等。然而，这其中所带来的裨益要远胜于其所伴随的风险，因为这有助于开发出个性化的治疗办法和有针对性的治疗举措，可广泛用于治疗因DNA发生改变而引发或助长的疾病。
转载自：世界经济论坛官网博客：https://agenda.weforum.org/china/
（科学出版社，刘四旦整理）
来源：世界经济论坛《2015年十大新兴技术》报告，作者梅博纳（Bernard Meyerson），IBM公司首席创新官兼副总裁，世界经济论坛新兴技术跨界理事会主席。这份榜单的编制汇集了理事会各位理事的集体智慧。
来源：世界经济论坛
原文网址
http://www.agrogene.cn/info-2336.shtml