2020年十大新興技術揭曉

木木西裏科技

（圖源：Vanessa Branchi）

微針不與神經末梢接觸，可以做到無痛
。目前，微針注射器和微針貼片已經被應用於疫苗注射、美容以及糖尿病、癌症等疾病的治療，微針貼片可以將藥物直接送達表皮或真皮層，遞送藥物比依靠皮膚擴散的透皮貼劑更有效。

這種無痛穿刺術會極大擴展藥物的輸送和醫療診斷
，但微針也不是萬能的，當患者需要大劑量藥物時，就不再適用了。

太陽能化學：“太陽能”精煉廠

日用品會消耗大量的化石燃料，增加二氧化碳的排放，引發氣候變暖問題。傳統光催化劑通常是半導體材料，需要用到高能紫外線，但紫外線稀缺（僅占陽光的5％）且有害。

於是，科學家通過改良現有催化劑（例如二氧化鈦），開發出了在可見光下工作的新型催化劑
。新型催化劑利用太陽光將二氧化碳轉化為有用的化合物
，這些化合物可用作合成各種產品（如藥品，洗滌劑，化肥和紡織品）的原料，是創建“太陽能”精煉廠關鍵的一步。

（圖源：Vanessa Branchi）

虛擬患者：使臨床試驗更快更安全

隨著人工智能技術的迅速發展，人工智能輔助診斷系統已經應用於醫療實踐中，可以充當“醫生”的角色，以前所未有的准確性幫助病患診斷疾病。那麼，人工智能創建的“虛擬人”可以充當“患者”的角色嗎？

（圖源：Vanessa Branchi）

如果虛擬人在新冠病毒疫苗試驗的某些階段代替真人，可以加快疫苗的開發速度。同時也可以盡早發現潛在的不合格疫苗，降低試驗成本。預計在未來，研究者可以通過虛擬器官或虛擬人測試各種藥物和治療方法的有效性
，以此預測真人的反應。

空間計算：虛擬現實和增強現實

想象一下這個場景：80歲的老人使用輪椅獨立生活，家中所有的物品都已實現智能化。當她從臥室進入廚房，廚房的燈會自動打開，溫度也會自動調整；如果寵物貓在輪椅前面經過，輪椅將自動變慢速度；到達廚房後，冰箱門會自動打開；如果她摔倒了，一些家具會馬上移動到她的身旁保護她，並通知家屬或報警。

（圖源：Vanessa Branchi）

要實現上述場景，核心技術就是“空間計算”
。空間計算是真實世界和數字世界不斷融合的新階段，可以完成虛擬現實和增強現實。不遠的將來，空間計算將使人機交互在各行各業（包括工業、醫療保健、運輸和家庭）中得到廣泛應用。

目前，微軟和亞馬遜在內的許多大公司都對該技術進行了大量投資。

數字醫療：診斷和治療

數字醫療技術會提高傳統醫療服務水平，現階段，已有大量正在使用或正在開發的檢測輔助工具，可以自主檢測或監測身體的各項指標
。

許多檢測工具有記錄用戶的聲音、位置、面部表情、運動和睡眠情況的功能，例如，智能手表可自動監測心率、脈搏。

（圖源：Vanessa Branchi）

短期內，這些檢測技術不會取代醫生，但毫無疑問的是，由它們提供的精確數據，將對醫生作出准確的診斷、給出正確有效的診療方案提供幫助。

電動航空：使航空旅行脫碳

2019年，全世界航空業的碳排放量占全球碳排放量的2.5％，預計到2050年會翻倍。目前，許多公司都在競相開發電動飛機。電動飛機不僅能實現零碳排放
，還可以減少90％的燃料成本
，降低50％的維護成本
和近70％的噪音汙染
。

（圖源：Getty Images）

此外，與傳統飛機的燃油發動機相比，電動飛機的發動機使用壽命更長。電動飛機發動機在使用20000小時左右需要進行大修，而燃油發動機為2000小時。

低碳水泥：降低碳排放

水泥是應用最廣泛的建築材料，全球每年水泥產量為40億噸。由於城市化進程加快，未來30年，這一數字將增加到50億噸。在水泥的生產過程中，會產生大量的碳排放，對氣候變化產生了重要影響。

目前，研究人員正在研究低碳水泥的生產技術，包括在生產過程中微調原料比例，使用碳捕捉和儲存技術來降低碳排放，其中有些技術已經付諸實踐。

（圖源：Vanessa Branchi）

位於美國新澤西州的初創公司Solidia正在采用羅格斯大學（Rutgers University）研發的水泥生產工藝，與傳統工藝相比，新工藝的配方使用更多的粘土，更少的石灰石和更少的燃料，二氧化碳排放量減少了30％
。

加拿大的CarbonCure公司將二氧化碳通過礦化作用儲存在混凝土中
，而不是將其作為副產品釋放到大氣中。挪威的水泥生產商Norcem計劃在2030年之前，成為世界上第一個零排放的水泥制造廠。

量子傳感器：精密測量

量子傳感器利用量子原理進行測量。量子態對外界干擾極為敏感，量子傳感器有可能成為精密測量儀器。利用量子原理進行精確測量的設備早已出現，例如用於醫學診斷的原子鐘，激光測距儀和磁共振成像。

（圖源：Vanessa Branchi）

目前，量子傳感器正在操縱越來越多的原子或光子，用量子態的糾纏和操縱來增強測量的靈敏度。
量子傳感器可以廣泛應用到微小壓力測量、精准重力測量、探測無線電頻譜、醫療健康、交通運輸和導航等領域。

例如，英國伯明翰大學的研究人員正在研究量子重力儀，用自由落體的過冷原子，探測局部重力的微小變化。這種量子重力儀能夠探測埋在地下的管道、電纜和其他通常只能通過挖掘才能准確找到的物體，船只也可以使用類似技術探測水下物體。

綠氫：零碳能源

氫燃燒產生的唯一副產品是水，水在電解過程中可以分解為氫和氧，此外沒有任何副產品。“灰氫”是指用化石燃料（如石油天然氣、煤炭等）生產氫，這種制氫過程有碳排放；“綠氫”是指用可再生綠色能源（如風電、水電、太陽能）制氫
，這種制氫過程沒有直接的碳排放。

（圖源：Vanessa Branchi）

目前，規模化生產綠氫正在變為可能。首先，水電等可再生綠色能源可以產生足夠多的電能，而多餘的電能可以用來電解水；其次，電解槽的效率越來越高。

全基因組合成：合成生物學

通過軟件編輯出基因序列並將其植入到微生物中，對微生物的基因進行重新編輯，使之按照人的意願發揮作用。這種技術可以用來開發新藥
，是合成生物學的重要研究領域。

（圖源：Vanessa Branchi）

目前只能編輯微小的基因組，但隨著合成技術和軟件的進步，編輯更長的遺傳物質、更廣泛地改變基因組將在未來成為可能。

這項技術為遺傳疾病的治療打開了一扇希望之窗，但不可避免的是，它也將為這種技術的濫用行為打開一扇門。

內容來源：科學媒介中心