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2015年十大新興技術（shù）出爐

2015-9-15 來源：作（zuò）者：

1.燃料電池汽車

　　燃料電池與蓄電池不同（tóng），不需要外接充電，隻需使用（yòng）氫（qīng）氣和天然氣等燃料，便能直接產生電（diàn）力。在使用（yòng）中，燃料電池和蓄（xù）電池相互配合開展工作（zuò），燃料電池負責產生（shēng）電（diàn）力，蓄（xù）電池則（zé）負責存儲電（diàn）力。因此，燃料電池（chí）汽車屬（shǔ）於混合動力汽車，且很有（yǒu）可能配備回（huí）饋製動（dòng）係統。

　　燃料電池汽車的性能可媲美任何（hé）傳統燃料汽車。燃料電池汽車巡航裏程長，一箱（xiāng）燃料最高可供行駛650公裏(燃（rán）料通常為壓縮氫氣)，而加滿一箱氫燃（rán）料僅需3分鍾。氫氣是清潔燃料，水蒸氣是其燃燒產生的唯一排放物，因此（cǐ），以氫氣為燃料的燃料電池汽車將可做到零排放。

　　大規（guī）模生產低價氫氣（qì）並非易事，而氫氣輸送基礎（chǔ）設施（shī）匱乏也是一個重大挑戰。我們須像汽柴油加油站一樣大（dà）力建設相關基（jī）礎設施，並（bìng）最終取代汽柴油加油站（zhàn）。目前，氫氣的遠距離運輸（shū），哪怕是在壓縮的狀態下，在經濟上並不可行。好在新型氫氣存儲技術，比如不需要高（gāo）壓存儲的有機液體運輸裝置等，會很（hěn）快降低遠距離運輸成本，並減少氣體存儲以及泄漏存在的（de）風險。

　　2.下一代機器人

　　機器人技術的（de）進步，逐漸使人機協作成為一種日常可見的現實。性能更強、造價（jià）更低的傳（chuán）感器使得機器人能更好地洞察周邊環境並做出反應。設（shè）計師從人手等複雜生物結構出色的靈（líng）活性中汲取了靈感，製造出（chū）應變能力越來越好、越來越（yuè）靈活的機器（qì）人。此外，受益於雲計算革命的發展，機器人互聯（lián）程度日益提高，可以遠程獲得指（zhǐ）令和信息，不再需（xū）要編程為全自動型（xíng）機器。

　　隨著機器人新時代的到來，這（zhè）些機器人逐步走下大型製造業的流水線，走向（xiàng）更為多樣的（de）工作（zuò）崗位。通過使（shǐ）用衛星定位技術，機器人能像智能手機一樣（yàng），用來協助除（chú）草和收割，推動農業作業精密化（huà）。

日本已經開始了機器人護士的試點，這種機器人能幫助病人下床，撐扶中風患者，幫助患者恢複對四肢的（de）控製。

　　體積更小、更為靈活的機器（qì）人也相（xiàng）繼問世，這些（xiē）機器人可（kě）以便捷地進（jìn）行編（biān）程，處理一些人工幹起來費力或感覺不適的製造（zào）類工作（zuò）。

　　3.可循環利用的熱固性塑料

　　塑（sù）料分（fèn）為熱塑性塑料和熱固性塑料。熱固性塑料隻能一次性加熱、一次性成型。加熱後，熱固性塑料分子（zǐ）發生改變，經過了“硬化”，哪怕（pà）經受高溫、高壓，其形狀和強度（dù）也會保持不變。

　　熱固性塑料自（zì）身的特性使（shǐ）其在現代製造業中（zhōng）不可或缺，但同時也使得它們無法循環利用。最終，大部分熱固性聚合物隻能變為垃圾進行填埋。

　　2014年，這一領域（yù）迎來了重大進展，《科學》雜誌刊發了一篇具有裏程碑（bēi）意（yì）義的文章，宣布發現了一種可（kě）循環利用的新型熱固性聚合物。這種名為“聚六氫三嗪（qín）”(簡稱PHT)的聚合物可放入強酸（suān）中溶（róng）解，從而打破聚合物關聯，分離出單體（tǐ）部分，然後重新組合為新產品。

　　我們希（xī）望可循環利用（yòng）的熱固性聚合物能在5年內取代不可循環利（lì）用的熱固性塑料，到（dào）2025年時（shí）在新生產的產品中實現全（quán）麵覆蓋。

　 4.精密基因工程技術

　　傳（chuán）統基因工程（chéng）一直飽（bǎo）受爭議。然而（ér），新技術正在興（xìng）起，使我們可以直接“編輯”植物的遺傳密碼，以提高植物營養（yǎng）成分、更好地適應氣候變化等。

　　這些技術包括鋅指核（hé）酸酶（méi）(ZFNs)、轉錄激活因子樣效應物核酸酶(TALENS)和近期推出的可在細菌中演化為病毒防禦機理的（de）CRISPR-Cas9係（xì）統。這種（zhǒng）係統使用（yòng）核糖核酸分子來鎖定（dìng）目標DNA，並（bìng）在目標基因組中按照一組已知的、用戶選定的（de）序列進行剪切。這樣，便能抑製不需要的基因，或者（zhě）將該基因進行改良，使其發揮出與自然變異（yì）別無二致的功用。通過采用“同源重組”的辦法，CRISPR也可用於精確地向基因組中植入新（xīn）的DNA序列（liè）乃至（zhì）完整（zhěng）的基因（yīn）。

基因工程另一個有望取得重要進展的領域是將核糖核酸幹擾技術(RNAi)用到農作物身上。核糖核酸幹擾可有效預（yù）防病（bìng）毒和真菌病原（yuán）體，保護植物免受病蟲害，減少對化學殺蟲劑的需求（qiú）。病（bìng）毒基因已廣泛用於保護木瓜樹（shù）免遭環斑病毒侵害。以夏威夷為例（lì），采用（yòng）此法十多年來，並沒有出現病毒抗藥性增強（qiáng）的跡象。此（cǐ）外，核（hé）糖（táng）核酸幹擾也能惠及主要糧食作（zuò）物，預防小麥稈鏽病、稻瘟病、馬鈴薯晚疫病、香（xiāng）蕉枯萎病等。

　　5.增材製造技術

　　增材製造技術是與減材製造（zào）完全相反的工藝。增材製造技術先從液體或粉末等碎料著手，然後再利用數字模板，將碎料打造成三維形狀。

　　與批量生產不同，3D產（chǎn）品可以（yǐ）根據（jù）終端用戶（hù）需求，實現高度的個性（xìng）化。例如，美國隱適美公司(Invisalign)就利用顧客牙齒的電腦（nǎo）造影，製作出最貼合顧客嘴部結構的牙齒（chǐ）矯形儀。還有一些醫學應用正引領3D打印朝生物科學的方向邁進：如今，通過直接打（dǎ）印（yìn）人體細胞，已有望製作出活體（tǐ）細胞，在藥（yào）物安全篩查和最終（zhōng）的細胞修複與再生（shēng）等方麵開發出有潛力的應用。在生（shēng）物打印領域，打（dǎ）印肝細胞層的美國生物技術（shù）公（gōng）司Organovo是一個先行者，其打印的細胞層主要用於進行藥（yào）物測試，且最終可能會用於製作移植用人體器官。生物打印已經被用於製作皮膚、骨骼、心髒和血管（guǎn）組織。

　　增材製造技術的下一個重要階段將會是以3D技（jì）術打印線路板等集成（chéng）電子元件。然而這種辦（bàn）法很難打印處理器等納米級電腦配件，因為（wéi）要將用各種不同材質製作而成的不同電子元件組合為一體並不容易。現在，4D打印有望帶來（lái）新一代的產品，這些產（chǎn）品可根據溫度和濕度等環（huán）境（jìng）變化自行調整。這可用於（yú）服裝、鞋類以及一些醫療產品，如旨在改變人體機能的植入物等（děng）。

　　6.自然發生的（de）人工智能

　　簡單而言，人工（gōng）智能(AI)就是一門讓（ràng）電腦來代替（tì）人類（lèi）幹活的科學。近年來，人工智能取得了重（chóng）大進展（zhǎn）：我們（men）大多數人手中的智（zhì）能手機（jī）都能識別人類的語言，很多（duō）人都在（zài）機場邊檢排隊時體驗過（guò）人臉識別技術。無人（rén）駕駛汽車和無人機正處（chù）於測試階段，尚未如外界所期待的一樣投入廣泛使用，但對於一些學（xué）習和記憶任務而言，機器肯定要強於人類。

　　與（yǔ）普通軟硬件相比，人工智能可幫助機器感知環境變化並做（zuò）出應（yīng）對。自然（rán）發生的人工智能則在（zài）此基礎上更進了一步，機器可通過（guò）消化海量信息進（jìn）行自動（dòng）學習。卡（kǎ）內基梅隆大學的“永不停止的語言學習”項目(NELL)便是一例。這套計（jì）算機係統不僅能查閱數以億計（jì）的（de）網（wǎng）頁（yè）來讀取現成的材料，還能在此過程中主動提高（gāo）自身閱讀和理（lǐ）解能力，以求在未來進一步提升表現。

　　與下一代機器人一樣，機器在某些任務的（de）執行上顯然要優（yōu）於人類。有鑒於此，完（wán）善後的人工智（zhì）能將會（huì）帶來生產力的顯著提高。大（dà）量證據表明，無（wú）人駕駛汽車有助於減少道（dào）路交通中發生的碰撞和（hé）由（yóu）此引發的人員死傷等問題，因為機器可避開人類容（róng）易犯的錯誤，如注意力不集中、視覺誤（wù）差等問（wèn）題。智能機器能在更短的時間內（nèi）獲得（dé）更多信（xìn）息，並能不帶任何人類（lèi）式的偏見去做出應（yīng）對，因而在疾病（bìng）診療（liáo）上或能完成得比醫學專（zhuān）家更為出色。當前，腫瘤學（xué）上正在部署（shǔ）“華生”係統，來（lái）協助（zhù）開展診療工作。

　　7.分布式製造技術

　　分布式製（zhì）造（zào）技（jì）術將顛覆我們的產品生產方式和銷售方式。傳統製造業是把原（yuán）材料收集起來，加以組裝，並在大型集中式的工（gōng）廠中把產品製作（zuò）成形，之後再原樣分（fèn）銷至顧客手中。分布式製造技術則把原（yuán）材料和（hé）生產方（fāng）式分散化（huà），而產品的（de）最終生產將在終端顧客的身邊完成。

　　從本質上說，分布式製造技術的概念是盡可能多地用數字信息取代實體供應鏈。以椅子（zǐ）製作為例，其流程是將有關椅子部件切（qiē）割的數字方（fāng）案發（fā）送到當地的（de）生產中心，再用（yòng）CNC刳刨機等由計算（suàn）機控製的切割工具（jù）進行切割，然後由顧客或當地的製作車間進行組裝，變為成品。美國家具企業AtFAB公（gōng）司目前已經采用了這一模式。

當前，分布式製造技術在使用上高度依賴自助（zhù）式的“創客運動”，即愛好者們利用本地的3D打印機、用本地的材（cái）料來生產產品。這當中有開源思維的元素，即消費者可（kě）以（yǐ）根據自身需求和喜好來製作個性化的產品。

　　分布式製造技術能使當前一些模式化的物品變得更為多樣化，比如智（zhì）能手（shǒu）機和汽車（chē）等（děng）等。產品的體（tǐ）積大小不成問題。英國FacitHomes公司已經在用個性化的設計和3D打印來為客戶量身定製房屋（wū）。

　　8.能夠“感知和躲避”的無人機

　　近年來，無人駕駛飛行器，即無人機，已成為一（yī）國軍事實力的重要（yào）組成部分，但也引發了不少爭議。此外，無人機（jī）在農業、航拍和其他（tā）許（xǔ）多頻繁需要低成本空中巡查工作的任務（wù）中也有（yǒu）廣泛應用。但截至目前，這些無（wú）人機仍都有人類飛行員，隻不過這些飛行員是在地麵遠程（chéng）操控飛行器的飛行。

　　下一步，無人機技術將要開發可以自主飛（fēi）行（háng）的機器（qì），應用領域將進一步拓（tuò）寬。要做到這一點，無人機必須能感知周圍環境並做出應對，調整飛行高（gāo）度（dù）和飛行線路（lù），避免（miǎn）與途中其他物品發生碰撞。在自然界中，鳥類（lèi）、魚類和昆蟲均能成群結隊地集合在一起，每一（yī）隻動物幾乎都（dōu）能（néng）與（yǔ）身（shēn）邊的夥伴同步瞬時移動（dòng），並（bìng）以團隊為單位（wèi）飛（fēi）行或遊動。無人機不（bú）妨對此加以模仿。

　　9.神經形（xíng）態技術

　　目前，哪怕最先進（jìn）的超級計算機，其複雜程度（dù）也無法與人腦相媲美。計算機是線性的，主要依靠高速中樞，在中央處（chù）理器和存儲芯片之間（jiān）實現數據的來回（huí）移動。相比之下（xià），人腦則處於全方位的互聯狀態，人腦中的邏輯和記憶緊（jǐn）密關聯（lián），其密度和多樣性均是現代計算機（jī）的數十億倍。神經形態芯片旨在用與傳統硬件完全不同（tóng）的方式處理信息，通（tōng）過模仿人腦構造來大幅提高計算機的思維能力（lì）與（yǔ）反應能力。

　　近年來，計算機微型化使得傳統計算性能得到大幅提升，但存儲（chǔ）器與中央處理器之（zhī）間（jiān）數據的不斷移動會消耗大量能源，產（chǎn）生多餘熱量，這（zhè）一瓶頸限製了計算機的進一步改進。相比之下，神經形態芯片能效更高、性（xìng）能更（gèng）強，可將負責數據（jù）存儲和數據處理的元件（jiàn）整合到同一個互（hù）聯模塊當中。從這一（yī）意義上說，這一係統與組成人腦的數十億計的、相互（hù）連接的神經（jīng）元頗為（wéi）相仿。

　　神經（jīng）形態技術將是高性能計算的（de）下一個（gè）發展階段，它能夠大幅提升數據處理能力和（hé）機器學習能力。IBM公司2014年8月所（suǒ）公布的百萬神（shén）經元級（jí）別的TrueNorth芯片，在執行某些任務時，其能效可達傳統中（zhōng）央處理器（qì）的數（shù）百（bǎi）倍，首次與人腦（nǎo）的大腦皮層有了可比之處。神經形態芯片計算能力（lì）顯著提高，能耗和體積卻要小得多，更為智能的小型機器或將引領計算機微型化和人工智能的下一階段。

　　其潛在用途包括：可更好地處理和應對圖像信號的無人機、更為強大、更為智能的相機和智能手（shǒu）機（jī）、有助（zhù）於解讀（dú）金融市場奧妙或（huò）進行天氣預報（bào）的大（dà）規模數據透視。未來，計算機可（kě）以自主地進行預測和學習，而不是僅僅按照（zhào）預先編寫好的程序行事。

　　10.數字化基因組

　　人體基（jī）因組由32億個DNA堿基對組成，曆史上第一次對其排序時，花了數年時間，耗資高（gāo）達數千萬美元。但（dàn）今天，僅（jǐn）需幾分鍾，便可完成個人基因組的排序和數字化，花費也僅需數百美元。所得數據可通過U盤傳（chuán）輸到筆記本電腦上，隨後十分（fèn）便捷地通過互聯網進行共（gòng）享。這種技術僅需很低的（de）成本，便能瞬時探明我們每個（gè）人所獨有的遺傳結構，將為進一步推（tuī）動醫療個性化、改善醫療效果帶來一場革命。

　　人類健康所麵臨的許（xǔ）多最難對付的挑戰，不管是心髒（zāng）疾病還（hái）是癌症，都有著與之對應的遺傳因素。有了數字化技術之後，醫生能通過觀察腫瘤的基（jī）因（yīn）結構來決定如何治療癌（ái）症患（huàn）者。同時，這一新知識也（yě）有助（zhù）於製定具有高度針對性的療法，使精確用藥成為可能，從而改（gǎi）進患者特別是（shì）癌（ái）症患者的治療效果。

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