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这些力量正在改变世界:2015 年正在崛起的十种最具潜力的新兴科技
2015-03-09 15:58:36 来源: 花满楼  作者: 【 】 浏览:786次 评论:0

 科技,也许是现代世界不断演化前进的最强有力的助燃剂。在伴随着一定的风险的前提下,科技进步向目前我们所面临的各种棘手的问题提供解决方案。从由氢作为燃料而成功实现零排放的汽车,到能够安装在人脑中的电脑芯片。以下的十大正在崛起的科技让我们一窥如今正在不断飞速前进的革新力量,见证它们是如何造福我们的生活,改变整个产业以及守护我们的星球的。

  为了编撰这份名单,World Economic Forum(世界经济论坛)的有关新兴科技研究小组的 18 名专家,根据集体研究讨论所形成的结果,确认了目前最为重要的科技趋势。希望可以通过指出这些科技所蕴含的巨大潜力,进一步凸显目前投资不足,政府管理缺位,以及公众了解程度不足对这些新兴产业所造成的影响。

  1. 以氢作为燃料的零排放汽车

  「燃料电池」汽车这个概念很早的时候就有人提过了,并且很快得到了大家的注意。因为它的优势实在太明显不过,彻底压倒电力和混合动力车型。但是,这项技术也就是最近才开发到了供汽车公司考虑投入市场的地步。首次推出的「燃料电池」汽车的售价大概在 7 万美金左右,但是可以肯定的是在接下来的几年时间,随着产量的上升,价格会大幅下降的。

  不同于电池,不用借助于外部能源来进行充电,燃料电池直接自发产生电力,利用诸如「氢」或者「天然气」这样的燃料来供给动力。实际上,燃料电池和电池本身就是合二为一的。燃料电池发电,电池按照电机所需要带动汽车的要求来储电。燃料电池因此也可以被视为是混合动力,并很有可能在接下来应用「反馈制动」技术。「反馈制动」这项技术本身就是能够最大化的利用电池效率的关键技术。

  不同于电池驱动的汽车,燃料电池的性能与传统的燃油汽车性能毫无二致。每一缸燃料(燃料往往被压缩成了氢燃气)大概能跑到 650 公里。氢燃料只需要 3 分钟即可再次充满,并且燃烧的时候非常干净,排出的废弃物只有水而已,所以「燃料电池」驱动的汽车可以真正意义上实现「零排放」,从而最终彻底降低困扰人们生活的空气污染。

  如果排出了碳排放这么一个选择,其实有好几种方式供人们参考。最明显的可再生能源莫过于风力发电和太阳能发电,但是从总能源利用效率这一点上来说它们的利用率是非常低的。水在高温核反应堆里可以分裂出氢,或者从化石能源(煤炭和天然气)中提取出氢能源,作为残留物的二氧化碳被留下,而不是排到空气中去。

  但是考虑到如果将廉价的氢能源作为主流能源进行大规模使用的话,人们面临一个非常重大的技术难题。目前缺乏氢能源的基础设施建设,根本无法替代目前市面上的加油站或者加气站。利用氢能源进行长距离的运输,至今都缺乏经济可行性。但是,如今关于氢能源的存储技术大幅度进步,比如有机液体载体不再需要高压条件,这将很快的降低长途运输的成本,并且降低与天然气存储有关的风险,比如天然气的无意泄漏。

  燃料电池汽车市场前景广阔,因为它将提供如今传统燃油汽车所无可比拟的能源利用效率。但是为了打开这个市场尚需时间,从经济可行性到大规模建造与之相关的基础设施,无一不是人们所必须克服的障碍。

  2. 即将从工厂走出来的下一代机器人

  目前,人们经常会想象机器人在不久的将来全面接管人们日常的工作。但是,梦想虽然很美好,但现实似乎一直很执拗的停在原地不动。如今的机器人仍然局限在工厂中,它们巨大无比,对于操作员来说还具有一定的安全风险,为了保证安全,人们用安全网将它们隔离开来。

  机器人科技领域的进步使得人机协作变成了更加普通平常的现实。性能更加优秀,造价更加便宜的传感器赋予了机器人更加强大的功能,能够更好的去理解周围的环境,并且给予更加优秀的反应。机器人的身体正在变得更加具有适应性和灵活性,因为设计师们正在从复杂的生物结构所具有的灵活性和精巧性上获得灵感,比如人手。机器人与机器人之间也变得更加互联,这完全得益于云计算的进步,使得远程进行指令和信息的互通成为可能,再也不用像过去那样必须按照一个完全独立的单元单独进行编程了。

  在属于机器人的新时代中,那些曾经被局限在工厂中的机器人将真正从那里的装配线上走出来,走向更加广阔的天地去胜任更多样的任务。通过使用 GPS 技术,正如智能手机那样,机器人开始利用在种植业领域了解播种以及收获的时间,最终达到精细化种植业的要求。在日本,机器人已经开始试运行在护士岗位上。它们帮助病人下床,通过加强中风病人的四肢来让他们重获运动。更加小巧灵活的机器人,正如 Dexter Bot,Baxter 以及 LBR iiwa,其具有的主要特点就是更加易于编程,处理一些对于人类来说艰苦,或者不适合的工作。

  确实,机器人对于两种工作特别胜任:其一是重复性的工作;其二是危险性的工作。与人力相比,它们劳动的成本更加便宜,并且可以一天 24 小时满负荷工作。现实中,新一代的机器人并非以取代人力为目标,而是要与人类以更好的方式进行协作。即使考虑到了设计和人工智能在未来即将取得的进步,人类角色都会一直处在一个非常重要的地位上。

  当然,不排除机器人将有一天把人类的工作彻底接管过来的可能。另外,几十年以来,人们都在恐惧这些相互联网的机器人终有一天会联合起来脱离人类的掌控,尤其鉴于现在的机器人都联网到云端,这样的恐惧就更加凸显出来。但是,终有一天当人们越来越喜欢利用机器人来做家务的时候,这种恐惧会慢慢消除掉的。研究表明,机器人将在未来更好的与人类分工协作,各自都做最擅长的事情,这才是最有可能出现的未来。当然,除了莫须有的恐惧之外,机器人在社会层面的广泛应用会在人机交互的各个领域带来新的问题,比如哲学和人类学上。

  3. 可回收的热固性塑料- 一种能够回收垃圾的塑料

  塑料分两种:一种热塑性塑料;另外一种是热固性塑料。前者能够反复加热和塑型很多次,在现代社会被广泛的应用在各种产品上,从孩子们的玩具到厕所里的马桶。因为这种材料能够融化并且重塑的特性,使得它成为人们最为亲睐的产品。热固性塑料一般来说都是可回收的,但是加热和塑性只能进行一次,即便受到了高强度的压力或者高温,它们总是能够回到原先的形状上。

  正因为这种耐久性,热固性塑料也在现代社会扮演着非常重要的角色。比如移动手机、电路板以及航空领域的一些材料。但是,也正因为这种特点,使得它们很难进行回收。结果就是越来越多的垃圾开始出现,人们处理的办法就是垃圾填筑。正因为这给环境带来了非常严峻的挑战,现在当务之急是在热固性塑料领域寻找到可以回收的解决办法。

  在 2014 年,该领域出现了突破性进展。在 Science 期刊上,一篇具有里程碑意义的论文宣布已经发现了某种全新的热固性聚合物,它们是能够进行回收的!这种被称之为 polys 或者 PHTs 的物质,可以在高酸度环境中被分解,将聚合物的链状结构打破成一些单体,这些单体能够重新组装聚合起来形成新的产品。

  尽管回收率不能达到百分之一百。但是如果大规模的应用推广这种创新,肯定会将塑料垃圾从目前堆填式的处理方法给转变过来,向未来循环经济迈进了一大步。我们期望在未来五年的时间里,更多的可回收的热固性聚合物能够替代不可回收的热固性聚合物。并且在 2025 年能够看到广泛的应用。

  

  4 高精尖的基因工程技术-基因工程领域所获得的技术进步,使得我们能够在更少争议的前提下,得到品质更加优良的种植物

  传统的基因工程一直以来备受人们争议。但是,现在新开发的基因工程技术能够直接「修改」种植物的基因代码,使得它们能够变得更加富有营养,或者更有能力抵御气候变化所带来的影响。

  如今,农作物的基因工程技术依靠的是根癌土壤杆菌技术,使得备受人们青睐的 DNA 能够转移导入到目标基因中。这项技术已经证明是行之有效的,但是外界舆论却是一片质疑和担心的声音。不过在科学界内部已经达成了这样的共识,从基因层面来修改种植物的做法,与传统的杂交技术相比,并不会带来更多的风险。但与此同时,当过去的基因工程技术正在逐渐普及的过程中,在这几年来还有各种各样起来修改基因的技术正在不断的创新突破。

  这其中包括了 ZFNs,TALENS 以及最近刚出炉的 CRISPR-Cas9 系统,它们都是从细菌入手,作为抵抗外部病毒的防御机制而演变发展过来的。尤其是 CRISPR-Cas9 系统,利用的是 RNA 这种微小颗粒来锁定 DNA,使之在目标的基因序列中改变为已知的,被用户要求的某种序列。通过这种和自然突变没有什么两样的做法,或将不想要的基因彻底消失,又或者将其改变成我们希望的另外一种基因。另外,经过「同源重组」技术,CPRSPR 还能够将全新的 DNA 序列,甚至整个基因都以极为精确的方式导入到基因组里面。

  在基因工程领域的另外一个即将实现重大突破的方面是对 RNA 在种植物的介入方面的应用(也就是 RNAi)。RNAi 是抵御病毒以及病原真菌的最有效的方式,同时能够保护庄稼远离虫害,降低了对化学杀虫剂的需要。例如,病毒基因用来保护番木瓜树远离环斑病,在夏威夷进行了这种基因改良后,长达十年的时间里面番木瓜树并没有自身产生任何免疫作用。RNAi 同样也能让绝大多数粮食作物受益匪浅,麦子不用再得秆锈,稻谷,番茄不会再枯萎,番茄也不用再得镰刀菌萎蔫病。

  这其中的种种技术创新对于发展中国家的小农场来说特别有用。当人们逐渐通过它享受到收入的提升,以及成百万人因为食用而获得营养的改善的时候,基因工程所带来的争议声音会越来越小。另外,更加精准的基因序列修改可以降低公众的恐惧,正因为没有外部的基因物质介入进去,所以动植物就没有理由被认为是所谓的「转基因」的产物。

  总而言之,这些技术都能通过大大增强种植物的耐受性,降低对外部资源的依赖,比如水源、土地以及化肥。同时它们也更加易用适应天气变化。

  5.「聚合式」制造业-这是制造业的未来,从「打印器官」到「智能服饰」

  顾名思义,「聚合式」制造业就是目前传统的分离式制造业的反面。后者是目前人们所采取的最为传统的办法,将一大块物料,比如木头、金属、石头等等,进行材质层级之间的分离,提取,使之成为人们想要的形状。而「聚合式」制造业反其道而行之,一开始只是拿一些分离状态的材料,比如液体和粉末,然后通过数字模板将其聚合塑行成为 3D 的形状

  3D 产品能够高度自定义,根据终端客户的要求而随时变换。它不同于现在大规模生产的商品。其中一个最典型的例子莫过于名叫 Invisalign 的公司,它就通过电脑制图来模拟客户的牙齿,最终生成某种外人几乎察觉不到的「隐形牙套」。另外,在医疗方面的应用就是通过 3D 打印来直接制造人类细胞,在药物安全性检测领域,现在已经找到了可能的方案能够直接制造生物组织,最终达到组织修复和再生的功能。生物打印方面的一个早期例子是 Organovo 的打印生物细胞层的应用案例,它被用来进行药物测试,最终能够生成可移植的器官。生物打印已经被用来制作皮肤和骨头,同时还有心脏组织和血管组织,这对于未来可以私人订制药物打下了坚实牢靠的基础。

  「聚合式制造」技术的下一个重要阶段就是涉及电子部件的 3D 打印,比如电路板。纳米级别的电脑部件(比如处理器)之所以无法按照现有的技术进行制造,就是因为目前很难把电子部件和其他来源的材料进行融合。4D 打印技术能够引入一种全新的产品,它能够随着环境的变化(比如温度和湿度)而自行改变自身。这对于人们的衣装和鞋子,甚至医疗产品上面都会产生重大的影响。尤其是后者,人们可以通过在人体植入某种产品,使得它能够根据环境的变化而获得相应的变化。

  「聚合式制造」毫无疑问给传统的制造业以及供应链带来的极大的冲击。但是它如今仍然是处于萌芽状态,其应用目前主要分布在汽车制造业,太空领域和医疗领域。在未来的十年时间可以预见它的快速增长,当它在市场上越来越占据主流地位的时候,越来越多的商机和越来越多的技术创新也就应运而生。

  6. 自然人工智能 当电脑能够在自己的任务中开始学习的时候,会发生什么呢?

  人工智能,如果用最简单的话来说的话,那就是用电脑和机器来胜任人所能做的一切工作。在最近的这么些年,人工智能的发展非常快速。绝大多数人使用的智能手机就是一个极为明显的例子:比如手机能够识别人们的语音。无人汽车和无人机现在还在测试阶段,很快就能普及开来。在某些学习和记忆领域,其实机器已经做的比人类还要好了。Watson,这款人工智能的电脑系统,已经在猜谜游戏 Jeopardy 中打败了人类选手。

  人工智能,相比于普通的硬件或则软件,使得机器能够对不断变化的周遭环境进行感知以及反馈。自然人工智能在这一基础上又往前迈进了一步,通过消化大量的信息以及自我学习而实现自促进的成长过程。其中一个例子就是 NELL(Never-Ending Language Learning 的首字母缩写)项目。电脑系统不仅仅能够读取成百上千万的网页信息,并且能够在这个过程中不断的提升自己的阅读和理解能力,使得自身在未来的表现更加优秀。

  和下一代的机器人一样,被改良后的人工智能将大大促进人们的生产力,在一些任务上要做的比人类更加出色。目前大量证据已经表明,自驾驶汽车将大大降低交通事故发生率,避免人员伤亡。过去司机的一些人为因素,比如注意力的转移,或者视野盲区这些风险全部不再出现。智能机器,同样能够以更加快的速度接触到海量信息,并且在免除了人类情感因素的作用下进行高效率的反馈,真正保证了机器比人类在执行任务上更加优秀。Watson 系统现在已经应用在肿瘤学领域,帮助医生分析或者诊断。

  长时间以来,人们都对人工智能心怀恐惧,认为当一个超级强大的人工智能出现之后,最终要征服人类世界,使得人类成为阶下囚徒。这种恐惧曾经只是在电影和书籍中见到,如今科学家们正在以最严谨严肃的态度来研究这个问题。科学家们中的一部分在 2015 年由 Future of Life Institute 发起的公开信上签署了名字,表示要将人工智能引导到更加光明的未来,而避免它对人类所带来的风险。另外,因为具有人工智能的机器开始大规模普及,随之就要取代人力,这势必会加大社会的两极分化,带来严重的就业问题。这是明摆着的事实,无人机要取代飞行员,而无人驾驶汽车将要出租车司机们丢了饭碗。

  但与此同时,人工智能使得那些专属于人类的技能,那些创造力,情感以及人际之间的关系更加备受重视。当机器开始在人类智能领域出现,机器和人之间的差别开始不断缩小,利弊同时降临,我们对于人的定义也会随之慢慢改变。

  7.分散式制造业-未来的工厂全部都是线上的,或者说就是在你的家门口

  分散式制造业改变了我们长久以来制造产品和递送产品的方式。传统的制造业,原材料收集到一起,在一个集中化的工厂里面组装成完全一致的成品,然后再派发到客户的手中。但是在分散式制造业中,原材料的装配和制造是「去中心化」的,最终制造出来的成品地会离客户非常近。

  从本质上来说,「分散式制造业」就是利用数字信息科技来替换大部分的传统物资供应链。就拿生产一把椅子来说,传统的方法是从外部获取木头,然后再在一个集中的工厂里面进行组装,使之成为一把椅子。而数字化后的「分散式制造业」呢?它将椅子的各个部分进行分解,各个部分从四面八方汇聚到当地的一个制造业中心,利用电脑化的切割工具,比如 CNC 来进行加工。最终这个成品的组装可以由消费者来完成,又或者是当地的一些组装工厂。目前已经有一个美国的家具公司 AtFAB 已经采用这种模式了。

  分散式制造业很依托于目前 DIY 的潮流。很多科技爱好者希望能够通过自家的 3D 打印机来制造图样,然后依靠本地的材料制造出来自己想要的产品。这其中发挥主导作用的是开放式思维,用户能够根据自己的需要和喜好来自定义产品。这种去中心化的模式,使得具有创意的设计元素能够从众筹中走出来。当越来越多的消费者都开始走进商品设计自定义的环节的时候,那么颠覆性的革命意义就会显现出来。

  分散式制造业将大大提升资源的利用率,通过降低资本拉低了产业门槛,使得人们更加容易制造出第一个原型产品,鼓励了创新和创业。同时,因为信息在互联网上流动,降低了传统制造业在环境上的影响。信息在经过优化整合之后,总是能够从本地找到最终出品的厂子,这样一来解决了长途运输所带来的环境污染问题。

  如果它在未来变成主流的生产模式,那么传统的劳动力市场以及传统制造业的经济格局将彻底被颠覆。它当然也会带来风险,比如如何管理和控制那些在异地进行药品甚至武器生产的工厂?不是每一个产品都是能够通过分散式制造来得以完成的。在很多具有重要性已经极度复杂性的消费产品上面,传统制造业和供应链将仍然占据着不可动摇的地位。

  分散式制造业将大大促进商品的多样性,而非如今智能手机和汽车的标准化生产。规模化已经不是工厂追逐的目标。英国公司 Facit Homes,利用自定义的设计和 3D 打印设计出来的自定义的房屋针对性的满足某些客户的需要。产品旨在针对世界不同地方的不同人群提供完全别具一格的产品和服务,这些都是传统制造业完全无法做到的事。

  8.无人机-这是飞翔在空中的机器人,它能够进行紧急救护以及检测输电线路等工作

  无人汽车以及无人机在军事领域的应用,在最近这些年来变得非常重要,也备受争议。它们也使用在农业、摄影、以及其他需要大面积航拍的任务上。不过至今这些无人机仍然是需要驾驶员的。其实不同的地方在于,有些驾驶员是在飞机内部,有些则是在地面上。

  下一步无人机的技术突破就体现在此。飞机将自行飞翔,这将让它推向更加广阔的应用领域。为了做到这一点,飞机必须对当地的环境进行感知和反应,为了避免与其他物体碰撞,它还得自行的降低高度和调整飞行轨迹。在大自然中,鸟、鱼、还有昆虫一般来说都是成群结队飞行的,每一个个体对于环境的反馈都能传达到旁边的同伴身上,使得这一支行动团队更加像是一个整体。而无人机自飞行的技术就可以仿照这一点来做。

  有了可靠的自控性能以及避免碰撞的机制,无人机可以进行一些对于人类来说特别危险,亦或者是特别遥远的任务。比如在紧急状况中递送药品,比如检测电力传输线路。无人机总是能够在开始飞行前,找到最佳的飞行线路抵达终点。在农业领域,无人机能够在空中采集和处理大量的视觉信息,使得在日后的灌溉和施肥上面变得更加合理和精确。

  在 2014 年的 1 月,Intel 联合 Ascending Technologies 发布了一款无人机原型,它能够自动的导航,绕开眼前的各种障碍物,如果有人挡住了它的去路,它也会自动的绕开。这款机器使用了 Intel 的 Ascending Technologies 镜头模块,其重量不过 8 克,并且厚度不超过 4 毫米。这种规避了碰撞的技术将让我们迎来一个天空中满是无人机的未来。它们在天上翱翔,正如地上的人们川流不息却相互不会碰撞。并且下一代机器人技术上所获得一些技术创新也会加速推动无人机的应用前景。

  9. 数字神经技术-一种能够模拟人脑的电脑芯片

  即便是最为高级的电脑都无法比拟人脑的巧妙精巧。电脑是线性的,在记忆芯片和中央处理器之间高速传递数据。而另一方面,我们的大脑,其组成部分是以非常复杂的方式相互连接的,逻辑和情感之间的快速传递,其传输的频率和速度是现代电脑的几十亿倍。而神经数字芯片的目标就是摆脱传统硬件处理信息的方式,真正模拟大脑的结构来处理信息,最终大幅度的提升电脑的思考和反应水平

  微缩化技术已经在近几年应用在了传统的计算领域,带来了极为显著的进步。但是如果想要将数据持续不断的在存储芯片以及中央处理之间来回传递,需要耗费大量的电力并且产生高温,这样一个技术瓶颈制约了进一步的技术创新。相比之下,神经芯片能够在耗能上更有效率,也更加强大,将数据存储和数据处理这两部分融合到了同样一个相互串联的模块组中。从某种意义上来说,这样的一个系统模仿了相互连接的数以亿计的神经元,最终模仿出来一个数字化的大脑。

  神经芯片将是计算机技术发展的下一步创新,为机器学习提供超级快速的数据处理能力。在 2014 年的 8 月,IBM 发布的 TrueNorth 芯片就在某些任务处理上面拥有超级强大的能力,是目前传统的中央处理器运算能力的几百倍。更小的耗能,更小的体积,却带来的是更加强大的计算能力,这样一种技术创新势必让数字微缩化以及人工智能领域进一步发展。

  潜在的应用领域包括了:对视觉信息进行处理和反馈的无人机;功能更加强大以及更加智能化的摄像机和智能手机;在金融市场和天气预测方面大数据的深度挖掘,探寻从前不可能获取的真相和事实;电脑将能更好的学习和预测,而并不是以提前编程好的方式来响应和执行。

  10. 数字基因组-这是一个属于医疗创新的时代,你的基因代码全部存储在 USB 端口

  32 亿组 DNA 基因组第一次排序成功花费了很多年的时间,也花了上千万的美金,这一切的付出如今看来都是值得的。如今你的基因组可以在几分钟之内排序并且数字化,而花费仅仅是几百美元而已。这个结果可以通过 USB 棒传输到你的电脑上,并且通过互联网轻松分享。这个在更加私人化,也是更加具有效率的医疗保健领域中具有非常深远的积极影响。

  我们当中很多无寻踪觅源的健康问题,比如心脏病和癌症,其实都是基因层面出现了问题。确实,癌症就是被医生准确地形容为基因的疾病。现在有了基因的数字化,医生能够很快的通过肿瘤基因的排列方式来迅速的针对疾病做出相应的治疗方案。这种对于基因的深入了解同样也能使得病人的服药达到精细化,更加科学化,尤其对于与癌症作斗争的病人们来说意义重大

  当然,基因信息跟其他私人信息一样都需要被妥善的保管起来,因为这牵涉到个人隐私。鉴于现在个人基因组已经建成档案,相应带来了很多风险和挑战。人们在更加了解基因疾病所带来的风险之后会如何反应?保险公司的老板们会怎么看待这些信息?怎么进入和利用这些信息?这些问题都悬而未决。但总的来说,利肯定大于弊。因为私人定制后的医疗方案肯定会给各种疾病的治疗带来突破。

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Tags: 2015 潜力 新兴科技 责任编辑:张思思
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