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世界经济论坛:2021年十大新兴技术

  • 世界经济论坛十周年版的《十大新兴技术报告》列出了蓄势待发、将在未来三到五年内影响世界的新技术;
  • 来自世界经济论坛和《科学美国人》(Scientific American)的专家们指出了可能彻底改变农业、健康和空间面貌的技术进步;
  • 自我施肥的作物、按需生产的药物、呼吸感应诊断和3D打印的房屋都在该技术名单之列。

在第26届联合国气候变化大会上,各国承诺在本十年内实现远大的减少温室气体排放的新目标。这些承诺的履行将有赖于绿色技术的发展和其应用规模的扩大。

两项这样的技术——“绿色”氨的生产和能自己生产肥料的工程作物——都旨在帮助农业实现更加可持续的发展,入选了今年的新兴技术名单。

十大新兴技术

从可以诊断疾病的呼吸传感器到低功率设备的无线充电,今年的顶级新兴技术名单里充满了与环境、健康、基础设施和连接性有关的振奋人心的技术发展。专家们从几十项提名中筛选出了一组有可能颠覆现状,刺激真正进步的新技术发展。

以下是2021年的十大新兴技术。

去碳化的兴起

自科学家们提出地球大气层中过量的二氧化碳会导致热量滞留并造成地球变暖以来,一个世纪已经过去,期间,全球正在努力推动日常生活各方面的去碳化。各国政府和行业做出了减少碳排放的开创性承诺。

在未来三到五年内,履行这些承诺将需要前所未有的技术创新,并将新兴技术的应用规模扩大至工业生产水平,如:大规模能源储存、低/无碳化学来源、振兴铁路运输、碳封存、低碳农业、零排放车辆和动力源,以及在全球范围内商定的达标性监测。

自己制造肥料的作物

今天,全世界每年使用超过1.1亿吨的氮肥来提高作物产量。如果作物能够像大豆和黄豆等豆科植物那样,自己捕获氮,以氨的形式将其“固定”在自己身上,会怎么样?作为最重要的新兴技术之一,研究人员现在的目标是让其他作物,如玉米和其他谷物也能实现自我施肥。

比如说,研究人员正努力模拟豆类和细菌之间的共生分子交流,以创造根瘤——豆类的天然肥料工厂。另一种方法是,使通常定植于谷物根部的土壤细菌(但通常不产生根瘤)学会产生氮化酶,氮化酶是一种将大气中的氮转化为与植物兼容的氨的关键成分。

吹气以诊断疾病

很快,对病人来说,测试疾病可能就会像呼气一样简单。新的呼吸传感器可以通过对人类呼吸中包含的800多种化合物的浓度进行采样来诊断疾病。例如,人体呼吸中的丙酮含量升高表明病人患有糖尿病。在呼吸化合物流过金属氧化物半导体时,这些传感器会感知到电阻的变化。然后算法会分析传感器的数据。

虽然这项新兴技术在得到普及之前还需完善,但于2020年3月在中国武汉进行的一项研究中,传感器在新冠肺炎病毒检测方面达到了惊人的95%的准确率,在鉴别患者方面呈现了100%的灵敏度。

按需生产药品

今天的药品通常是大批量生产的,整个生产流程由多个步骤组成,不同的流程部分分布在世界各地。完成这一流程可能需要几个月的时间,并涉及数百吨的材料,这会给生产一致性和可靠供应带来一些挑战。现在,微流控技术和按需制药方面的进展使少部分普通药品能够按需生产,而且这项技术将覆盖越来越多的药品。

该流程通过管道将材料移入小型反应室,也被称为连续流制造。在偏远地区或战地医院中,可以通过便携式机器制造这些药物,为每个病人量身定做剂量,还需解决的一项挑战便是降低这种新兴技术的高成本。

来自无线信号的电能

物联网(IoT)是由数十亿的电子设备组成的,这些电子设备的某些功能利用了互联网的连接性。物联网传感器能够报告对我们日常生活来说至关重要的数据,它们通常是极低功耗设备,但让其保持充电却很难,因为电池的寿命是有限的,而且一旦配置好,便往往很难被碰触到。

随着5G的出现,现在可以提供足够功率的无线信号,物联网传感器内的微小天线可以从这些信号中“收集”电能。这种新兴技术的早期形式早已在自动“标签”中得到使用,这些标签由司机通过收费站时发出的无线电信号供电。

设计延长“健康跨度”

世界卫生组织预测,从2015年到2050年,全球60岁及以上人口的比例将增加近一倍,从12%增至22%。衰老与急性和慢性疾病相伴而行,如癌症、2型糖尿病、痴呆症和心脏病。

研究人员已经初步显示出对衰老的分子机制的了解,这不仅可以帮我们活得更长,而且更健康。利用全息技术(例如,它可以同时量化所有基因活动或细胞中所有蛋白质的浓度)和来自表观遗传学的洞察,研究人员得以识别那些能有力预测疾病的生物标记,这就为积极治疗提供了方向和目标。

氨走向绿化

为了满足世界的粮食需求,通常需要为农作物施由氨生产的肥料——而且是大量的氨。合成化肥用的氨涉及一种称为哈伯布斯奇流程的能源密集型方法,需要大量的氢气供应。如今,大部分氢气是通过电解(利用电力分裂水分子)或通过碳氢化合物的高温裂解产生的。驱动这两种方法所需的能源目前导致了大量温室气体的排放。

随着可再生能源现在变得普遍,一种“绿色”的氢气变体正被创造出来,它不会释放温室气体。除了消除大气中多余的碳,绿色氢气不使用污染性化学品,如果使用化石燃料作为能源,这些化学品则会被纳入其中,这种纯度能实现更有效的催化作用,以促进氨的生产。

生物标记设备走向无线

没有人喜欢针头。然而,许多常见的急性和慢性疾病需要频繁地进行或多或少的抽血,以监测那些对追踪癌症治疗、糖尿病和其他疾病的进展很重要的生物标记。低功率无线通信的进展,以及采用光学和电子探针的新型化学传感技术,正推动实现对关键医疗信息进行连续的无创监测。

超过100家公司已经部署或正在开发适用于各种场景的无线生物标记传感设备,重点是糖尿病(鉴于糖尿病在全球都十分流行)。无线连接性保证数据即时可用,如果需要的话,远程医疗专业人员可以实时进行干预。

用当地材料打印的房屋

在美国和其他发达国家,用大规模的3D打印机制造房屋已经在有限范围内得到了推行。在发展中国家,由于基础设施有限,材料的运输成为一项挑战,最近的使用3D打印机的实践取得了跨越式发展,即用当地采购的材料、粘土、沙子和当地的纤维来打印建筑物——这解决了大约95%的需要运输到建筑工地的材料问题。

这种新兴技术可以在偏远地区建造坚固的住所,那里的住房需求非常迫切,而且没有可行的运输网络。对那些经常被抛在后面的国家来说,这一结果可能会改变行业规则。

空间连接全球

物联网(IoT)中的传感器可以记录和报告有关天气、土壤条件、湿度、作物健康、社会活动和无数其他有价值的数据集的重要信息。最近,随着近地轨道上无数低成本的微型卫星的出现,它们能够在全球范围内捕获这些数据并下载到中央设施进行处理,物联网将前所未有了解全球范围的情况——包括以前无法实现网络接入、没有传统互联网基础设施的发展中地区。

诸如安全数据链接功率较低和近地轨道卫星寿命期短的问题仍然存在,但按照目前稳定的进展,有望在未来三到五年内实现全球推行。

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