《科學(xué)美國人》評(píng)選2020年“十大潛力技術(shù)” | 黑科技拆解
本周，美國知名科學(xué)媒體《科學(xué)美國人》發(fā)布了“2020年十大潛力技術(shù)榜單”。這十項(xiàng)技術(shù)由《科學(xué)美國人》與世界經(jīng)濟(jì)論壇共同召集的專家組成員選出，它們被認(rèn)為兼具創(chuàng)新性與短期內(nèi)（3-5年）為人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來巨大進(jìn)步的潛力。
在領(lǐng)域分布上，生物醫(yī)學(xué)、可持續(xù)發(fā)展相關(guān)技術(shù)在“十大新興技術(shù)”中各占到四席，大數(shù)據(jù)分析與量子科技類各有一席。下文對(duì)此十項(xiàng)技術(shù)及其潛在影響進(jìn)行簡要介紹。
“微針”與頭發(fā)絲寬度相仿，可以避開神經(jīng)末梢，不產(chǎn)生痛感地穿透人類皮膚表層死細(xì)胞。目前這一技術(shù)已在疫苗接種與皮膚病臨床試驗(yàn)中得到應(yīng)用，并迅速走向商業(yè)化。美國Seven Sense Biosystems公司基于微針研發(fā)的個(gè)人采血設(shè)備TAP已在美國與歐盟獲準(zhǔn)上市，允許患者在家中自主采樣后寄送到實(shí)驗(yàn)室分析，有望顯著提升檢驗(yàn)效率。
一種新型光催化劑在可見光下便能夠打破二氧化碳的碳氧雙鍵，使其變?yōu)榛S合成甲醇、甲醛、甲酸等重要化學(xué)物質(zhì)的原料，促使人類走向真正“無廢”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。盡管這些技術(shù)目前仍停留在加州理工等高校院所的實(shí)驗(yàn)室中，評(píng)審專家普遍認(rèn)為它的商業(yè)化將很快到來。
通過真實(shí)人體器官的解剖學(xué)數(shù)據(jù)與調(diào)控該器官功能的復(fù)雜數(shù)學(xué)模型，科學(xué)家們便可以生成外觀與行為上同真實(shí)人體器官相似度極高的虛擬器官。目前，F(xiàn)DA已在人體試驗(yàn)環(huán)節(jié)使用該技術(shù)來評(píng)估乳房攝影術(shù)系統(tǒng)，并為其他機(jī)構(gòu)進(jìn)行虛擬人體試驗(yàn)撰寫了指導(dǎo)意見。不過，部分科學(xué)家認(rèn)為這一技術(shù)的可靠性仍有待進(jìn)一步確認(rèn)。
空間計(jì)算被認(rèn)為是加速物理與數(shù)字世界融合的重要引擎，它可以協(xié)調(diào)、控制不同物體間的運(yùn)動(dòng)與互動(dòng)，規(guī)劃行車最優(yōu)路徑、實(shí)現(xiàn)物體對(duì)人類的自動(dòng)避讓等。微軟、亞馬遜等美國科技巨頭在該技術(shù)上投入了大量資源，也被專家認(rèn)為會(huì)是其首批應(yīng)用者。
越來越多的醫(yī)療APP正利用移動(dòng)設(shè)備來記錄用戶的聲音、表情、睡眠、運(yùn)動(dòng)等數(shù)據(jù)，利用人工智能分析便可識(shí)別疾病隱患、預(yù)測癥狀發(fā)展情況，乃至提供定制化治療方案。盡管有效彌補(bǔ)了眾多地區(qū)醫(yī)療資源的不足，專家仍認(rèn)為人們需極為謹(jǐn)慎地對(duì)待該技術(shù)，并確保將其融入醫(yī)生工作流程。
在民航飛機(jī)上使用電動(dòng)馬達(dá)不僅可以直接減少碳排放量，還能夠降低多達(dá)90%的燃油成本、50%的維護(hù)成本與70%的噪音。這使得空客、Ampaire等多家企業(yè)都在緊鑼密鼓地研發(fā)客運(yùn)電動(dòng)飛機(jī)。不過，科學(xué)家也提醒由于電池的功率重量比更低，電動(dòng)飛機(jī)很可能具有較大的重量并因此無法執(zhí)行遠(yuǎn)程航線。
水泥的生產(chǎn)制造了全球每年8%的碳排放量。近年來，北美地區(qū)的初創(chuàng)企業(yè)已通過改進(jìn)配方、使用鋼渣替代水泥、利用微生物生長類水泥材料等多樣的方式嘗試生產(chǎn)更低碳環(huán)保的“水泥”，并取得一定效果。盡管專家謹(jǐn)慎地認(rèn)為對(duì)水泥的大規(guī)模替代尚不現(xiàn)實(shí)，但在路面、臨時(shí)建筑等輕負(fù)重場景中使用這些創(chuàng)新卻十分可行。
測量單位越小，測量精度越高。量子傳感器正是通過測量亞原子粒子的行為達(dá)到極高的分辨率，并被寄望應(yīng)用于無人駕駛、遙感監(jiān)測等領(lǐng)域。此前，這類系統(tǒng)大多昂貴且體積龐大，麻省理工學(xué)院的科學(xué)家去年則成功將一個(gè)鉆石制成的量子傳感器放置在了不足0.1毫米寬的硅片上，邁出了人類低成本、批量化生產(chǎn)量子傳感器的第一步。
低碳的氫能源被人類在解決能源危機(jī)中寄予厚望。近年來，人們正探索利用電網(wǎng)中的過量電力電解水以廉價(jià)、大規(guī)模生產(chǎn)氫能，另一些初創(chuàng)公司則在試圖制造更為廉價(jià)有效的電解器。盡管電解氫技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用尚處在萌芽期，高盛預(yù)計(jì)至2050年它將變?yōu)橐粋€(gè)12萬億美元的巨大市場。
今天，設(shè)計(jì)包含數(shù)百萬個(gè)核苷酸的基因組已經(jīng)越來越容易，而合成這樣大小的基因組導(dǎo)入微生物體內(nèi)就可以把它們變成一個(gè)個(gè)生產(chǎn)藥物、化學(xué)物質(zhì)、燃料乃至建筑材料的“工廠”?？茖W(xué)家已經(jīng)在設(shè)想合成更大的基因組，應(yīng)用于更有價(jià)值的場景—比如不受病毒、輻射和癌癥威脅的人類細(xì)胞系。專家認(rèn)為，如果研發(fā)投入充足，在近10年內(nèi)就有可能實(shí)現(xiàn)合成包含數(shù)十億個(gè)核苷酸的基因組。
