世界經濟論壇發布《2019年十大新興技術》報告

2019年7月，世界經濟論壇發布《2019年十大新興技術》（Top 10 Emerging Technologies 2019）報告。該報告選出的這些新興技術除了具有重大的社會效益與潛在的經濟效益，還具有一定的顛覆性。這些技術將受到投資者和研究者的關注，並有望在未來五年內取得一定突破。本報告將對十大新興技術進行簡要分析。

一、生物降解塑料解決環境污染問題

根據世界經濟論壇的數據，預計到2050年全球工業產生的塑料量將達到933噸，目前全球只有15%的塑料實現了回收利用，因此，可生物降解塑料成了全球關注的焦點材料。與石化標準塑料產品一樣，可生物降解的塑料由聚合物組成，可以在其流體狀態下模塑成不同的形式。目前生產生物降解塑料可用的原料主要由玉米、甘蔗或廢油脂製成，但與標準塑料相比其機械強度和視覺特性較弱。

2019年，利用纖維素或木質素生產塑料的突破有望克服這些缺點。為了用這些物質製造塑料，製造商必須將它們分解成結構單元或單體。研究人員近期研究出了這兩種物質的分解方法。木質素不溶於大多數溶劑，但研究人員已經證明某些較好的離子液體可以選擇性地將其與木材和木本植物分開，利用某種酶可以將溶解的木質素分解。此外，在新型塑料被廣泛應用之前，該技術必須克服成本高以及生產木質素的用地量和用水量的問題。

二、人與社交機器人合作

社交機器人具有更強的交互能力，更強的任務執行能力，預計未來幾年社交機器人將變得更加複雜和普及。目前，與大多數機器人一樣，社交機器人使用人工智慧（AI）來決定如何對通過攝像機或其他感測器接收的信息採取行動。AI通過研究如何形成感知、構成社交和情感智能以及如何推斷出他人的思想和感受等問題，從而獲得解決方案。

人工智慧的進步已經開闢了新的領域，將人類對心理學和神經科學的見解轉化為使機器人識別聲音、面部動作和情緒的演算法；解讀言語和手勢；對複雜的口頭或非口頭暗示作出回應；眼神交流與對話，通過學習反饋、獎勵和批評來滿足人們的需求。同時，社交機器人逐漸能夠扮演越來越多的角色，從兒童玩伴到老年人健康助手，從個人助理到社會服務者，這些機器人開始被用來向不同年齡段、不同社會群體提供所需類型的服務。

三、超透鏡將實現微型光學設備的設計

傳統的玻璃切割技術和玻璃彎曲技術在製作超薄鏡片方面存在很大的局限性。2019年的新技術突破即發現了超透鏡（Metalenses）。這種超透鏡可以使顯微鏡、其他實驗室工具以及消費產品更加微型化。超透鏡由比微米薄的薄片組成，其上覆蓋有一系列納米尺度的物體。當入射光照射這些元件時，其許多特性將會發生變化。研究人員通過精確定位納米級物體，以確保離開超透鏡的光具有選定的特徵。此外，超透鏡輕薄的特性使其能夠輕鬆堆疊而不會增加尺寸。目前，單個超透鏡可以將所有白光波長聚焦到同一點，有效地解決了色差問題。同時，科學家還開發了能夠校正其他像差的變形鏡。目前，超透鏡仍處於實驗室研發階段，由於研發成本過高，所以難以將納米級元件精確地放置在厘米級的晶元上。儘管如此，在未來幾年內，超透鏡有望被用於更小、更易於製造的感測器和醫療診斷工具中。

四、靶向藥物的無序蛋白質有望治癒癌症

固有無序蛋白（IDPs）是一類特殊的蛋白質，與具有固定結構的蛋白質不同，其結構鬆散，具有引發癌症、神經變性等疾病的風險，且難以治癒。2017年，法國和西班牙的研究人員將用於治療神經疾病和焦慮的藥物與蛋白進行靶向瞄準，取得了一些成果，推進了部分藥物向臨床的發展。

IDPS在細胞的無膜細胞器關鍵部分發揮重要作用，這些細胞器在特定的時間將重要的細胞分子（如蛋白質和RNA）結合在一起，同時保持其他分子分離。它們相互接近導致某些反應更容易發生，分離可防止各種反應。科學家設計了強大的新型分子操作工具——Corelets和CasDrop，使研究人員能夠控制這些細胞器的形成。研究表明，IDPs可能有助於控制細胞器的聚合、運轉和分解。

五、智能肥料將減輕環境污染問題

隨著人口的增長，人們不得不不斷地提高農作物產量。目前，傳統的施肥方式有兩種：將氨、尿素或其他物質施入田地，它們與水反應產生營養氮。將鉀鹽或其他礦物質的顆粒施入田地，它們與水反應產生磷。這些兩種施肥方法植物能夠吸收的營養相對較少，大部分氮以溫室氣體的形式進入大氣層，磷最終流入附近水域，引發藻類或其他生物的過度生長。相比之下，控制肥料配方和釋放速度可以確保作物吸收更多的營養物質，從而實現少施肥、高產量。緩釋肥料通常由微小的膠囊組成，膠囊中含有氮、磷和其他營養物質。膠囊外殼降低了水進入膠囊與營養物接觸的速率以及最終產物從膠囊中溢出的速率。較新的配方包括通過延遲原料向營養物質的轉化從而減緩營養物質遞送出。

近期開發的「控制釋放」肥料可以通過複雜的材料和製造技術來調節外殼，從而隨著土壤的溫度、酸度或濕度變化以所需的方式改變養分釋放速率。通過組合不同類型的調節膠囊，生產適合特定作物或生長條件需求的肥料。目前該技術尚有一定的缺陷，並未消除傳統肥料的共性問題。如產品仍包括氨、尿素和鉀鹼，這就意味著它們的生產會加速溫室氣體的產生和氣候變化。目前，研究人員致力通過利用環保的氮源並摻入提高植物吸收氮和磷效率的微生物，從而減輕上述影響。

六、協作遠程呈現使物理位置變得無關緊要

「協作遠程呈現」改變傳統的工作和娛樂方式，使物理位置變得無關緊要。目前，增強現實（AR）和虛擬現實（VR）技術對體感的交互性能提升，5G網路對無延遲數據處理的輔助，以及其他領域的長足進步使協作遠程呈現成為未來工作和生活方式的可能，全球的研發人員正致力完善技術。目前，所有技術都已就位，3～5年內有望實現顛覆性創新。

七、先進的食品追蹤與包裝技術將挽救生命、減少浪費

據世界衛生組織統計，每年約有6億人遭遇食物中毒，42萬人因食物中毒死亡。當疫情爆發時，尋找污染源需要耗費大量時間，期間會導致更多人患病，大量未受污染的食物被當作污染食品丟棄。

區塊鏈技術的創新應用正在解決可追溯性問題。該技術追蹤受污染商品源的時間從以前的數天縮短到幾秒鐘——零售商和餐館幾乎可以立即將受污染的產品從流通中移除，並且只銷毀來自同一來源的庫存。與此同時，先進的食品包裝技術可以確定食品是否在適當的溫度下存放以及它們是否已經開始變質。為了在生產過程中防止食物中毒，研究實驗室和公司正在開發小型感測器，可以監控托盤、包裝盒或單獨包裝的產品的質量和安全。同時，科學家還在研發一種識別變質過程中產生的氣體的感測器，除了可以預防疾病，還能通過顯示食品是否可以安全食用來減少浪費。

八、加快建設更安全的核反應堆

傳統的商業反應堆以鋯作為燃料，鋯通過粒子裂變產生的中子浸沒在反應堆堆芯內水中的，進而發生自我維持的、產生熱量的核反應。但其風險是，如果過熱，鋯會與水反應產生氫引發爆炸。西屋電氣公司和法馬通公司等製造商正在加速開發新型燃料，升級傳統燃料棒的設計，增加其安全性能。這些知名製造商正在開發「第四代」模型，即利用液態鈉或熔鹽代替水轉移裂變產生的熱量，以消除產生危險氫氣的可能性。與此同時，一些西方國家開發了小型模塊化反應堆，改進的燃料和小型反應堆的增長可能是核能再生的重要組成。

九、DNA存儲開啟數據存儲的未來

在信息產業高速發展的時代，數據儲存是全球面臨的重要問題。目前，存儲0和1容量的磁性或光學數據存儲系統無法持續超過100年，同時，這些運行數據中心也消耗著大量的能量。基於DNA的數據存儲成為一種新的信息技術形式，通過常規排序（讀取）、合成（寫入），準確地複製信息。DNA結構穩定，儲存耗能少且存儲容量驚人。據統計，目前一年的存儲需求通過邊長約1米的DNA立方體就可以很好的滿足。測序技術的最新進展使得數十億個DNA序列可以容易地被同時讀取。研究人員可以將DNA序列作為分子識別「標籤」（DNA條形碼）以跟蹤實驗結果。該技術大大加快了化學工程、材料科學和納米技術等領域的研究步伐。

DNA數據存儲面臨的挑戰之一是讀取和編寫DNA的成本與速度。即使DNA不能成為無處不在的存儲材料，也會被用於以全新的規模生成信息並長期保存各種類型的數據。

十、公用事業規模的能源儲存將實現可再生電網

由於能源系統脫碳的日益緊迫以及風能和太陽能技術的成本急劇下降，世界電力供應方式正在快速轉變。據美國能源情報署（EIA）稱，在過去十年中，美國可再生能源發電量增加了一倍，其主要來自風能和太陽能裝置。2019年1月，EIA預測風能、太陽能和其他非水電可再生能源將成為未來兩年電力組合中增長最快的部分。但這些能源的間歇性供應意味著電力公用事業需要在太陽沒有照射或風平靜時將能量儲存起來，這種需求使人們對儲能技術尤其是鋰離子電池的研發日漸增長。

目前，美國幾個州的公用事業公司正在增加能夠持續2~4小時的鋰離子電池，鋰離子電池可能成為未來5~10年的主導技術，並有望能夠存儲4~8小時的能量。要達到可再生能源和能源儲存滿足發電基線負荷的水平，需要更長時間的儲能，意味著鋰離子電池可能不再適用。目前，科研人員考慮通過潛在方法如液體電解質的流電池、氫燃料電池、抽水蓄能水電以及重力儲存等來解決這一現實問題。

轉自丨創新研究

作者丨鞏玥，何梟等

研究所簡介

國際技術經濟研究所（IITE）成立於1985年11月，是隸屬於國務院發展研究中心的非營利性研究機構，主要職能是研究我國經濟、科技社會發展中的重大政策性、戰略性、前瞻性問題，跟蹤和分析世界科技、經濟發展態勢，為中央和有關部委提供決策諮詢服務。「全球技術地圖」為國際技術經濟研究所官方微信賬號，致力於向公眾傳遞前沿技術資訊和科技創新洞見。

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