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2015年十大新興技術出爐（lú）

2015-9-15 來源：作者：

1.燃料電池汽車

　　燃料（liào）電池與蓄電池（chí）不同，不需要外（wài）接充（chōng）電，隻需使用氫氣和（hé）天然氣等燃料，便能直接產生電力。在使用中，燃料電池和蓄電池相互配合開展工作（zuò），燃料電池負（fù）責產生電力，蓄電池則負責存儲電力。因此，燃料電池汽車屬於混合動力汽車，且很有可能配備回饋製動係統。

　　燃料電池汽車（chē）的性能可媲美任何傳統燃料汽車。燃料電池汽車巡航裏程長，一箱燃料最高可供（gòng）行駛650公裏(燃料通常為壓縮氫氣)，而加滿一箱氫燃（rán）料僅需（xū）3分（fèn）鍾（zhōng）。氫氣是清潔（jié）燃料（liào），水蒸氣是其燃（rán）燒產生的唯一排放物，因此，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（qīng）氣並非易事，而氫氣輸送基礎設施匱乏也是一個重大挑戰。我們須像汽柴油（yóu）加油站一（yī）樣大力（lì）建（jiàn）設相關基（jī）礎設施，並最（zuì）終取代汽柴油加油站。目前，氫氣（qì）的遠距離運（yùn）輸，哪怕是在（zài）壓縮的狀態下，在經濟上並不可行。好在（zài）新型氫氣存儲技術，比如不需要高壓（yā）存儲的有機液體運輸裝（zhuāng）置等，會很快降低遠距離運（yùn）輸成本，並減少氣體存儲以及泄漏存在的風險。

　　2.下一代機器（qì）人

　　機器人技術的進步，逐（zhú）漸（jiàn）使人機（jī）協作成為一種日常可見的現實。性能更強、造（zào）價更低的（de）傳感器使得機器人能更好地洞察周邊環境並做出反應。設計師從人手等複雜（zá）生物結構（gòu）出色的靈活（huó）性中汲取（qǔ）了靈（líng）感，製造出應變能力越來越好、越來（lái）越（yuè）靈活（huó）的（de）機器人。此外，受（shòu）益於雲計算革命（mìng）的發展，機器人互聯程度（dù）日益提（tí）高，可以遠程獲得（dé）指令和信息，不再需要編程為全自動（dòng）型機器。

　　隨著（zhe）機（jī）器人新時代的到來，這些機器人逐步走下大型製造業的流水線，走向更為多樣的工作崗位。通過（guò）使用衛星定位技（jì）術，機器人能像智能手機一樣，用來（lái）協助除草（cǎo）和收割，推（tuī）動（dòng）農業（yè）作業精（jīng）密化。

日本已經開始了機器人護士的試點（diǎn），這種（zhǒng）機器人能幫助病（bìng）人下床，撐扶中風患者，幫助患（huàn）者恢複對四肢的控（kòng）製。

　　體積更小（xiǎo）、更為靈活的（de）機器人也相繼問世，這些機器人可以便捷地進行編程，處理一些（xiē）人工幹起來費力或感覺不適（shì）的製造類工作。

　　3.可循環利用的熱固性塑料（liào）

　　塑料分為熱塑性塑料和（hé）熱固性塑料。熱（rè）固性塑料隻能一次性加熱、一次（cì）性成（chéng）型。加熱後，熱固（gù）性塑料分子發生改變，經過了“硬化”，哪怕經受高溫、高壓（yā），其形狀和（hé）強度也會保持不變。

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

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

　　我們希望可循環利用的熱固性聚合物能在5年內取代（dài）不可循環利用的熱固性塑料，到2025年時在新生產的產品中實現全麵覆蓋。

　 4.精密基因工程技術

　　傳統基因工程一直（zhí）飽受爭議。然（rán）而，新技術（shù）正在興起，使我們可以直接“編輯”植物的遺傳密碼，以提（tí）高植（zhí）物營養成分、更好地適應氣候變化等。

　　這些技術包括鋅指（zhǐ）核酸酶(ZFNs)、轉錄激活因子樣效應物核酸酶(TALENS)和近期推出（chū）的可在細菌中演化為病毒防禦機理的CRISPR-Cas9係統。這種（zhǒng）係統使用核糖核酸分子來鎖定目標DNA，並在目標基（jī）因組中（zhōng）按照一組已知的、用戶（hù）選定的序列進行剪切。這樣，便能抑（yì）製不需要的基因，或者將該基因進行（háng）改良，使其發揮出與自然變異別無二致（zhì）的功用。通過采用“同（tóng）源重組”的辦法，CRISPR也可用於精確地向基因組（zǔ）中植入新的DNA序列乃至完整的基因。

基因工程另一個有望取（qǔ）得重（chóng）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（suān）幹（gàn）擾可有效預（yù）防病毒（dú）和真（zhēn）菌病原體，保護植物免受病蟲害，減少對化學（xué）殺蟲（chóng）劑的需求。病（bìng）毒（dú）基因（yīn）已廣泛用於保護（hù）木瓜樹免遭（zāo）環斑病毒侵害。以夏威夷為例（lì），采用此法十多年來（lái），並沒（méi）有出現病毒抗藥性增強的跡（jì）象。此（cǐ）外，核糖核酸幹擾也能惠及主要糧食作（zuò）物，預防小麥稈鏽病、稻（dào）瘟病、馬鈴薯晚疫病、香（xiāng）蕉枯萎病等。

　　5.增（zēng）材製造技術

　　增材（cái）製造技術是與減材製造（zào）完全相反的工（gōng）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產品可以根據終端用戶需求，實現高度的個性化。例如，美國隱適美公（gōng）司(Invisalign)就利用顧客牙齒的電腦造（zào）影，製作出最貼（tiē）合顧客嘴部結構的牙齒矯形儀。還有一些醫（yī）學應（yīng）用正引領3D打印朝生物（wù）科（kē）學的方向邁進：如今，通（tōng）過直接打印人體細胞，已有望製（zhì）作出活體細胞（bāo），在藥物安全篩查和最終的細胞修複與再生（shēng）等方麵開（kāi）發出有潛（qián）力的應用。在生物（wù）打印領域，打印肝細胞層的美（měi）國生物技術公司Organovo是一個先行者（zhě），其打印的細胞層主要用於進行藥物測試（shì），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、心髒和血管組織。

　　增材製造技術的下一個重要（yào）階段將會是以3D技術打印線路板等集成電子元件。然而這種辦法很難打印處理器等納米級電腦配件，因為要將用各種不同材質製作而（ér）成的不同電子（zǐ）元件（jiàn）組合為一（yī）體並不容易。現（xiàn）在，4D打印有望帶來新一代的產品，這（zhè）些產品可根據溫（wēn）度和濕度等環境（jìng）變化自行調整。這可用於服裝、鞋類以及（jí）一些醫療產品，如旨在改變人（rén）體機能（néng）的植入物等。

　　6.自然發生的人工智能

　　簡單而言，人（rén）工智能（néng）(AI)就是一門（mén）讓電腦來代替人類幹活的科（kē）學。近年來，人工智能取得了重大（dà）進展（zhǎn）：我們大多數人手（shǒu）中的智能手機都能識別人類的語言，很多人都在機場邊檢排（pái）隊時體驗過人臉識別技（jì）術。無人駕駛汽車和無人機正處於測試階段，尚未如外界所期待的一樣投入廣泛使用，但對於一些學習和記憶任務（wù）而言，機器肯定要強於人類。

　　與普通軟硬件相比，人工智能可幫助機器（qì）感知（zhī）環境變化並做出（chū）應對。自然發（fā）生的人（rén）工智能則在此基礎上更（gèng）進了一步，機器可通過消化海量信息進行自動學習。卡內基梅隆大學的“永不停止的語言（yán）學習”項目(NELL)便是一例。這套計算機係統不僅能查閱數以億計的網（wǎng）頁來讀取（qǔ）現成的材料，還能在此過程中主動提高自（zì）身閱讀和（hé）理解能力，以求（qiú）在未來進一步提升表現。

　　與下一代機器人一樣，機器在某些任務的執行（háng）上顯（xiǎn）然要優於人類（lèi）。有鑒於此（cǐ），完（wán）善後的人工智能將會帶來（lái）生產力的顯著提高。大量證據表明，無人駕駛汽車（chē）有助於減少道路交通中發生的碰撞和由（yóu）此（cǐ）引發的人員死（sǐ）傷等問題，因為機器可避（bì）開人類容易犯的（de）錯誤，如注意力不集（jí）中、視（shì）覺誤差（chà）等問（wèn）題。智能機器能在更短的時間（jiān）內獲得更多信息，並能不帶任何人類式的偏見去做出應對，因而在疾病診療上或能完成得比醫學專家更為出色。當前，腫瘤學上正在部署“華生”係統，來協（xié）助開展（zhǎn）診療工作。

　　7.分布式製造技術

　　分布式製造（zào）技術將顛覆（fù）我們的產品生產方式和銷（xiāo）售方式（shì）。傳統製造業是把原材料收（shōu）集起來，加以組裝（zhuāng），並（bìng）在大型集中式的工（gōng）廠中把產品製作成形，之後再原樣分銷至顧客手中。分布式製造技術則把原材料和生產方式分（fèn）散化，而產品的最終生（shēng）產將在（zài）終端顧客的身邊完成。

　　從本（běn）質上（shàng）說，分布式製造技（jì）術的概念是盡可能多地用數字信息取代實體供應鏈。以（yǐ）椅（yǐ）子製作為例，其流程是將（jiāng）有關椅子部件切割的數字方案（àn）發送（sòng）到當地的生產中心，再用CNC刳刨機等由計算機控製的切割工具進（jìn）行切割，然後（hòu）由顧客或當地的製作車間進行組裝，變為成品（pǐn）。美國家具（jù）企（qǐ）業AtFAB公司目前已經采用了這一模式（shì）。

當（dāng）前，分布式製造技術在使用上高度依賴自助式的“創客運動”，即愛好（hǎo）者們利用（yòng）本地的3D打印機（jī）、用（yòng）本地的材料來生產產品。這當中有（yǒu）開源思維的元素（sù），即消費者可以根據自身需求和喜好（hǎo）來（lái）製作個性化的產品。

　　分布式製造技術能使當前一（yī）些模式化的物品變得更（gèng）為多樣化，比如（rú）智能手機和汽車等等。產品的體積大小不成問題。英國（guó）FacitHomes公（gōng）司已經在用個性（xìng）化的設計和3D打印（yìn）來為客戶量身定製房屋。

　　8.能夠（gòu）“感知和（hé）躲避”的無人機

　　近年來，無人駕駛飛（fēi）行器，即無人機，已成為（wéi）一國軍事（shì）實力的重要組成部分，但也引發了不少爭議（yì）。此外，無人機在農業、航拍和其他許多頻（pín）繁需（xū）要低成本空中巡查工作的任務中也有廣泛應用。但截至目前（qián），這些無人機仍（réng）都有人類飛行員，隻（zhī）不過這些（xiē）飛行員是（shì）在地麵遠（yuǎn）程（chéng）操控飛行器的（de）飛行。

　　下一步，無人機（jī）技術將要開發可以自主飛行的機器，應用領域將進一步拓寬。要做到這（zhè）一點，無人機必須能感知周（zhōu）圍環境並做出應對，調整飛行高度和飛行線路，避免與途中其他物品發生碰撞。在自（zì）然界中（zhōng），鳥類、魚類和昆蟲均能成群結隊地集合在一起，每一隻動物幾乎都能與身邊的夥伴同步瞬時（shí）移動，並（bìng）以團隊為單位飛行或遊動。無人（rén）機不妨對（duì）此加以模仿（fǎng）。

　　9.神經形態技術

　　目（mù）前，哪怕（pà）最先進的超級計算機，其複雜（zá）程度也無法與人腦相媲美。計算機是線性的，主要依（yī）靠高（gāo）速中樞，在中央處理器和存（cún）儲（chǔ）芯片之間實現數據的來回移（yí）動。相比之下，人腦則處於全（quán）方（fāng）位的互聯狀態，人腦中的邏輯和（hé）記憶緊密關聯，其密度和多樣性均是現代（dài）計算機的數十億倍。神經形態芯片旨在用與傳統硬件完全不同的方式處理信息，通過模仿人（rén）腦構造來大幅提高計算機的思（sī）維能力與反應能力。

　　近年來，計算機微型化使得傳統計算性能得（dé）到大（dà）幅（fú）提升，但存儲器與中央處理器之間數據的不斷移（yí）動會消耗大量能源（yuán），產生多餘熱（rè）量（liàng），這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、性能更強，可將負責數據存（cún）儲和數據處理（lǐ）的元件整（zhěng）合到（dào）同一個互聯（lián）模塊當中。從這一意義上說，這一係統與組成（chéng）人腦的數十億計的、相互連接的神經元（yuán）頗為（wéi）相仿。

　　神經形（xíng）態技術將是高性能計算（suàn）的（de）下一個發展階段，它能夠大幅提升數據處理能力和機器學習能力。IBM公（gōng）司2014年8月（yuè）所公布（bù）的百萬（wàn）神經元級別的TrueNorth芯片（piàn），在（zài）執行某些任務時，其能效可達傳統（tǒng）中央處理器的數百倍，首次與人（rén）腦的大腦皮層（céng）有了可比之處。神經形態芯片計（jì）算能（néng）力顯著（zhe）提高，能耗和體（tǐ）積卻要小（xiǎo）得多，更為智能的小型（xíng）機器或將引領計算機微型（xíng）化和（hé）人工智能的下一（yī）階段。

　　其潛在用途包括（kuò）：可更好地處理和應（yīng）對圖像信號的（de）無人機、更為（wéi）強大、更為智能的相機和智能手機（jī）、有助於解讀金（jīn）融市場奧妙或進行天氣預報的大規模數據透視。未來，計算機可（kě）以自主地進行預測和學習，而不是僅僅（jǐn）按照預先編寫好的程序（xù）行事。

　　10.數字化基因組

　　人體基因組由32億個DNA堿基對組成，曆（lì）史上第一次對其排序時，花了數年（nián）時間，耗資高達數千萬美元。但今天，僅需幾分鍾，便可完成（chéng）個人基（jī）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盤傳輸到筆記本電腦上，隨後十分便捷地通過互（hù）聯網進行共享。這種技術僅需很低的成本，便能（néng）瞬（shùn）時（shí）探明我們每個人所獨有的遺傳結構，將為進一步推動醫療個性化、改善醫療效果帶來一場革命。

　　人（rén）類健康所麵臨的許多最難對付的挑戰，不管是心髒疾病（bìng）還是癌症，都有（yǒu）著（zhe）與之對應（yīng）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）因結構來決定如何治療癌症患者。同時，這一新知識也有助於製定（dìng）具有高度針對性的療法，使精（jīng）確用藥成（chéng）為可能，從而改進患者特別是癌症患者的治療效（xiào）果。

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