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2015年十大新興技術（shù）出爐（lú）

2015-9-15 來源：作者：

1.燃料電池汽車

　　燃料（liào）電池（chí）與蓄電池不同（tóng），不需要外接充電，隻需使用氫氣和天然氣等燃（rán）料，便（biàn）能直（zhí）接產生電力。在使用（yòng）中，燃料電（diàn）池和蓄電（diàn）池（chí）相互配合開展工作，燃料電池負責產生電力（lì），蓄（xù）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（bèi）回饋製動係統。

　　燃料電池汽車的性能可媲美（měi）任何傳統燃料汽車。燃料電池汽車（chē）巡航裏（lǐ）程長，一箱燃料最高可供行駛650公裏(燃（rán）料通常為壓縮氫（qīng）氣)，而加滿一箱氫燃料僅需3分（fèn）鍾（zhōng）。氫氣是清潔燃料，水蒸氣是其燃燒產生的唯一排放物，因此，以氫氣為（wéi）燃料的燃料電池汽車（chē）將可做到零排放。

　　大規模生（shēng）產低（dī）價氫氣並非易事，而（ér）氫氣輸送基礎設施匱乏也是一個（gè）重（chóng）大挑戰（zhàn）。我們須像汽柴油（yóu）加油站一樣大力（lì）建設相（xiàng）關基（jī）礎（chǔ）設施，並（bìng）最終（zhōng）取（qǔ）代汽柴油加油站。目前，氫氣（qì）的遠距離運輸，哪怕是在壓（yā）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（bú）需要高壓存儲的有機液體運（yùn）輸裝置等，會很快降低遠距離運輸成本，並減少氣體存儲以及泄漏存在的風險。

　　2.下一代機器人

　　機（jī）器人技術的進步，逐漸使（shǐ）人機協作成為一種日常可見的現實。性能（néng）更強、造價更低的傳感器使得機器人能更好地洞察周邊（biān）環境並做出反應。設（shè）計師從（cóng）人手等複雜生物（wù）結構出（chū）色的（de）靈活性中汲取（qǔ）了靈感，製造出應變能力越來越好、越來越靈活的機器人。此外，受（shòu）益於雲（yún）計算革命的發展，機器人互聯程度日益提高，可（kě）以遠程獲得指令和信息，不（bú）再需要編程為全自動型機器。

　　隨著機器人新時代的到來，這些（xiē）機器人逐（zhú）步走下大型製造業的（de）流水線，走向更為多樣的工作崗（gǎng）位。通過使用衛星定位技術，機器人能像智能手機一樣，用來協助除草和收割，推動農（nóng）業作（zuò）業精密化。

日（rì）本已經開始（shǐ）了機器人護士的試點，這（zhè）種機（jī）器人能幫（bāng）助病人下床，撐扶中風患（huàn）者，幫助患者恢複對四肢的控製（zhì）。

　　體積（jī）更小、更為靈活的機器人也（yě）相繼問世，這些機器人可（kě）以便（biàn）捷地進行（háng）編程，處理（lǐ）一些人工幹起來費力或感覺不適的製造類工作。

　　3.可（kě）循環利用的（de）熱固性塑料

　　塑料分為熱塑性塑料和熱固性塑料。熱固性塑料隻能一（yī）次性加熱、一次性成型。加熱後，熱固性塑料分子發生改變（biàn），經過（guò）了“硬化”，哪怕經受高溫、高壓，其形狀和強度也會保持不變。

　　熱固性塑料自身的特性使其在現代製造業中不可或缺，但同時也使得它們無（wú）法循環利用。最終，大部分熱固性聚合物（wù）隻能變為垃圾進行（háng）填（tián）埋。

　　2014年，這一（yī）領域迎（yíng）來了重大進展，《科學》雜（zá）誌刊發了一篇具有（yǒu）裏程碑意（yì）義的文章，宣布發現了一種可（kě）循環利用的新型熱（rè）固（gù）性聚合物。這種名為“聚六氫三嗪（qín）”(簡（jiǎn）稱PHT)的聚合物可放入強酸中（zhōng）溶（róng）解，從而打破聚合物關聯（lián），分離出（chū）單體部分，然後重新（xīn）組合為新產（chǎn）品。

　　我們希望可循環利用的熱固性（xìng）聚合物能在5年內取代不可循環利用的熱固性塑料，到2025年時在新生產的（de）產品中實（shí）現全麵覆（fù）蓋。

　 4.精密基因工程技術

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

　　這些技術包括鋅指核酸酶(ZFNs)、轉（zhuǎn）錄激活因子樣效應物核酸酶(TALENS)和近期（qī）推出的可（kě）在細菌中演化為病毒防禦機理的CRISPR-Cas9係統。這種係統使用核糖核酸分子來鎖定目標DNA，並在目標基（jī）因組中按照一組已知的、用戶選定的序列進行剪切。這樣，便能抑製不需要的基因（yīn），或者將該基因進（jìn）行改（gǎi）良，使其發揮出（chū）與自（zì）然變異別無（wú）二致的功用。通過采用“同源重（chóng）組”的辦法，CRISPR也可用於精確地向基（jī）因組中植入新的（de）DNA序列（liè）乃至完整的基因。

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（jì）術(RNAi)用到農（nóng）作物身上。核糖（táng）核酸（suān）幹擾可有效預防病毒和真菌病原（yuán）體，保護植物免受病蟲害，減少對化學殺蟲劑的需求。病毒基因已廣泛用於保（bǎo）護木瓜（guā）樹（shù）免遭環斑病毒侵害。以夏威夷為例，采用此法十多年（nián）來，並沒有出現病毒抗藥性增（zēng）強的跡象。此外，核（hé）糖核酸（suān）幹擾（rǎo）也（yě）能惠及主要糧食作物，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（zhì）造技術

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

　　與批量生產（chǎn）不同（tóng），3D產（chǎn）品可以根據（jù）終端用戶需求，實現高（gāo）度的個性化。例如（rú），美國隱適美公司(Invisalign)就利用顧客牙齒的（de）電腦造（zào）影，製作（zuò）出最貼合顧客（kè）嘴部結（jié）構的牙齒矯形儀。還有一些醫學應用正引領（lǐng）3D打印朝生物科學的方向邁進：如今，通過直接打印人體細胞，已（yǐ）有望製作出活體細胞（bāo），在藥物安全篩查和最終的細胞修複與再生等方麵（miàn）開發出有潛力的應用。在生物打印領（lǐng）域，打印（yìn）肝細胞層的美國生物技術公司Organovo是一個先行者，其打印的細胞層主要用（yòng）於進行藥物測試（shì），且最（zuì）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（pí）膚、骨骼、心髒和血管組織。

　　增材製（zhì）造技術的下一個重要階（jiē）段將會是以3D技術打印線路板等集成電子元（yuán）件。然而這（zhè）種辦法很難打印處理器等納米（mǐ）級電腦配（pèi）件，因為要將用各種不同材質製作而成的（de）不同電子元件組合（hé）為一體並不容（róng）易。現在，4D打印有（yǒu）望帶來新一代的產品，這些產品可根據溫度和濕（shī）度（dù）等環境變化（huà）自行調整。這可用於（yú）服裝、鞋類以及一些（xiē）醫療（liáo）產品，如旨在改變人體機（jī）能的植入物等（děng）。

　　6.自然發生的人工智能

　　簡單而言，人工智能(AI)就是一門讓電腦來代（dài）替人類幹（gàn）活的科學。近年來，人工智能取得了重大進展：我們大多數人手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隊時體驗過（guò）人臉識別技術。無人駕駛汽車和無人機正處於測試階段，尚未如（rú）外界所期待的一樣投（tóu）入廣泛使用，但對於一些學習和記憶（yì）任務而言，機器（qì）肯定要（yào）強於人類。

　　與（yǔ）普通軟硬件相比，人工智能可幫（bāng）助機器感知環境變化並（bìng）做出應對。自然發生的人工智能則在此基礎（chǔ）上更進了一步，機器可通（tōng）過消（xiāo）化海量信息進行自動學習。卡（kǎ）內基梅隆大學的“永（yǒng）不停止的語言學習”項目(NELL)便是一例。這套計算（suàn）機係統不僅能查閱（yuè）數以（yǐ）億計的網頁來（lái）讀取現成的材（cái）料，還能在此過（guò）程中主動提高自身閱讀和理解能力，以求在未來進一步提升表現。

　　與下一代機器人一（yī）樣，機器在某些任務的執行上顯然要優於人類。有鑒於此，完善後的人工智能將會帶來生產力的顯（xiǎn）著提高。大量（liàng）證據表明，無人駕駛汽車有助於減少道路交通中發生的碰撞和由此引發（fā）的（de）人員死傷等問題，因為機器可避開人類容易犯的錯誤（wù），如注意力不集（jí）中、視覺誤差等問題。智能機器能在更短的時（shí）間內獲得更多信息，並（bìng）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（jiā）更為出色。當前，腫瘤學上（shàng）正在部署“華生”係（xì）統，來協助開展（zhǎn）診療工作。

　　7.分（fèn）布式製造技術

　　分布式製造技術將顛覆我們的產品生產方式和銷售方式（shì）。傳統製（zhì）造業是（shì）把原材料收集起來，加以組裝，並（bìng）在大型集中式的工廠中把（bǎ）產品製作成形（xíng），之（zhī）後（hòu）再原樣分（fèn）銷至顧客手中。分布式製（zhì）造技術（shù）則（zé）把原材料和生產方式分散化，而產品的最終（zhōng）生產將在終端（duān）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（xī）取代實體供應（yīng）鏈。以椅子製作為例，其（qí）流程是將有（yǒu）關椅子部件切割的數字方案發送到當（dāng）地的生產中心（xīn），再（zài）用CNC刳刨機等（děng）由計算機控製的（de）切割工具進行切（qiē）割，然後由顧客或當地的製作（zuò）車間進行組裝，變為成品。美國家具企業AtFAB公司（sī）目前已經采用了這一模式。

當前，分布式製造技術（shù）在使用上高（gāo）度依（yī）賴自助式的（de）“創客運動（dòng）”，即愛好者們利用本地的3D打印機、用本地的材料來生產產品。這當中有開源思維的元素（sù），即消費者可以根據自身需求和喜好來製作個（gè）性化的（de）產品。

　　分布式製造技術能使當前一些模式（shì）化的物品變（biàn）得更為多樣（yàng）化，比如智能手（shǒu）機（jī）和汽車等等。產品的體積（jī）大小不成問題。英國FacitHomes公司已經在用（yòng）個性化的（de）設計和3D打印來為客戶量身定製房屋。

　　8.能夠“感知和躲避”的無人機

　　近年（nián）來，無人駕駛飛行器，即無人機，已成為一國軍事實力（lì）的重要組成部分，但也引發（fā）了不少爭議。此外，無人機在農（nóng）業、航（háng）拍和其他許多頻繁需要低成本空中（zhōng）巡查工作的任務中也有廣泛應用。但截至目前，這些無人機仍都有人（rén）類飛行員，隻不過（guò）這些飛行員是在地麵遠程操控飛行器（qì）的（de）飛行。

　　下一步，無（wú）人機技術將要開發可（kě）以自主飛（fēi）行的機器，應用領域將進一步拓寬。要（yào）做到這一點，無人機必須能感知周圍環境並做出應對（duì），調整飛行高度（dù）和飛行線（xiàn）路，避免與途中其他（tā）物品發生碰撞。在自然界中，鳥（niǎo）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（yǔ）身邊的夥（huǒ）伴同步瞬時移動，並以團隊為（wéi）單位飛行或遊動。無人機不妨對此加以（yǐ）模仿。

　　9.神經形（xíng）態（tài）技術

　　目前，哪怕最先（xiān）進的（de）超級計算機，其複雜程度（dù）也無法與人腦（nǎo）相媲（pì）美。計算機是線性的，主要依（yī）靠高速中樞，在中央處理（lǐ）器和存儲芯（xīn）片之間實（shí）現數據（jù）的來回移動。相比之下，人（rén）腦則處於全方位的互聯狀態，人腦中的邏輯和記憶緊密關聯，其密度和多樣性均是現（xiàn）代計算機（jī）的數十億倍。神經形態（tài）芯片旨在用與傳（chuán）統硬件完全不同的方式處理信息，通過模仿人腦構造來大幅提高計算機的思維（wéi）能力與反應能力。

　　近年來，計算機微型化（huà）使得傳統（tǒng）計（jì）算性能得到大幅提升，但存儲器與中央處理器之間數據的不（bú）斷移動會消耗大量能源，產（chǎn）生多餘熱量，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（néng）效更高、性能更強，可將（jiāng）負責數據存儲和（hé）數據處理的元件整（zhěng）合到同一個（gè）互聯模塊當中（zhōng）。從這一意義上說，這一係（xì）統與組成人腦的數十億計的（de）、相互連接的神經元頗為相（xiàng）仿。

　　神經形態（tài）技術將（jiāng）是高（gāo）性能計算的下一個發展階（jiē）段，它能夠大幅提升（shēng）數據處理（lǐ）能力和機器學習能力。IBM公司（sī）2014年8月所公布的百萬神經元級別的TrueNorth芯片，在執行某些任務（wù）時，其能效可達傳統中央處理器的數百倍，首次（cì）與人腦的大腦皮層有了可比之處。神經形態芯片（piàn）計算能力顯著提高，能耗和體積卻要小得多，更（gèng）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（hǎo）地處理和應對圖像信號的無人機、更為強大（dà）、更（gèng）為智能的相機和智能（néng）手機、有助於解讀金融市場奧妙或進行天氣預報的（de）大規模數據透視。未來，計（jì）算機可以自主（zhǔ）地（dì）進行預測和學習，而（ér）不是僅僅按照預先編寫好的（de）程（chéng）序行事（shì）。

　　10.數字化基因組

　　人體基因組由32億個DNA堿基對組成，曆史上第一次對其排序時，花了數年（nián）時間，耗資高達數千萬美元。但今天，僅需幾（jǐ）分鍾，便可完成個人基因組的排序和數字化，花費也（yě）僅需數百美元。所得數據可（kě）通（tōng）過（guò）U盤傳輸到筆記本電腦上，隨後十（shí）分便捷地通過互聯網進行共享。這種技術僅需（xū）很低的成本，便能（néng）瞬時探明我們每個（gè）人所獨有的遺傳結（jié）構，將為進一步推動醫療個性化、改善醫（yī）療（liáo）效果帶來一場革命。

　　人類健康所麵臨的許多最難對付的挑戰，不管是心髒疾病還是癌症，都有著與之對應的遺傳因素。有了數字化技術之後，醫（yī）生能（néng）通過觀察腫瘤的基因結構來決定如何治療癌症患者。同時，這一新知識（shí）也有助於製定具（jù）有高度針對性的療法（fǎ），使精確用藥（yào）成為可（kě）能，從（cóng）而改進（jìn）患者特別是癌症患者的治療效果。

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