2017全球十大新興技術(shù)：從陽光中收集液態(tài)燃料

　　日前，《科學(xué)美國(guó)人》與世界經(jīng)濟(jì)論壇在2017夏季達(dá)沃斯論壇期間聯(lián)合發(fā)布了2017年全球十大新興技術(shù)。這份榜單由《科學(xué)美國(guó)人》雜志、《科學(xué)美國(guó)人》全球顧問委員會(huì)、世界經(jīng)濟(jì)論壇全球?qū)＜揖W(wǎng)絡(luò)、世界未來委員會(huì)共同選出，涵蓋了在醫(yī)療、計(jì)算機(jī)、環(huán)保等領(lǐng)域的最新技術(shù)，它們?cè)谔岣呱钯|(zhì)量、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、保護(hù)地球環(huán)境等方面具有無限潛能。 

　　“新興技術(shù)正在重新定義工業(yè)，它們使傳統(tǒng)的界線變得模糊，在我們前所未見的尺度上創(chuàng)造新的機(jī)遇?！笔澜缃?jīng)濟(jì)論壇管理委員會(huì)成員、第四次工業(yè)革命中心主任穆拉特·松梅茲(Murat S?nmez)說，“所有機(jī)構(gòu)都必須通過正確的政策、規(guī)劃與合作方式，讓技術(shù)革新為人類構(gòu)建更美好的未來，同時(shí)避免技術(shù)泛濫帶來的風(fēng)險(xiǎn)?！?/P>

　　自2012年起，世界經(jīng)濟(jì)論壇開始評(píng)選年度十大新興技術(shù)。在此前五年的榜單中，3D打印、CRISPR-Cas9、光遺傳等技術(shù)已經(jīng)成為我們生活、研究中的重要元素。而在今年的榜單中，又有哪些將改變?nèi)祟惖奈磥恚?/P>

　　1、液體活檢

　　液體活檢技術(shù)的出現(xiàn)，標(biāo)志著人類在攻克癌癥的道路上又前進(jìn)了一大步。與傳統(tǒng)的組織活檢相比，液體活檢具備多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：首先，對(duì)于組織活檢無法企及的部位，液體活檢可以成為替代品。其次，組織活檢只能反映出樣品中的信息，而液體活檢可以檢測(cè)出患者的整體情況。此外，液體活檢主要檢測(cè)的是循環(huán)腫瘤DNA(ctDNA)，它們通常會(huì)從腫瘤組織進(jìn)入血管中。因此，與依靠癥狀和圖像進(jìn)行診斷相比，液體活檢對(duì)癌細(xì)胞的定位更加迅速。

　　2、從空氣中收集凈水

　　此前，科學(xué)家已經(jīng)能夠從空氣中收集凈水，但現(xiàn)有的技術(shù)需要耗費(fèi)大量電力，并且只有在濕度較高時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。

　　而現(xiàn)在，情況正在發(fā)生改變。來自MIT和加州大學(xué)伯克利分校的研究團(tuán)隊(duì)通過一類新型多孔晶體——金屬有機(jī)骨架(metal-organic frameworks)，在空氣濕度低至20%的環(huán)境下成功收集凈水，且這一過程完全不需消耗能量。

　　此外，一家位于亞利桑那州的初創(chuàng)企業(yè)Zero Mass Water，通過離網(wǎng)型太陽能系統(tǒng)，每天可以生產(chǎn)2.5升水。

　　3、深度學(xué)習(xí)與機(jī)器視覺

　　在深度學(xué)習(xí)的幫助下(尤其是隨著卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展)，計(jì)算機(jī)的圖像識(shí)別能力開始超越人類。目前，機(jī)器視覺技術(shù)在自動(dòng)駕駛、醫(yī)學(xué)診斷、保險(xiǎn)索賠的破損評(píng)估、水位監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。與其他深度學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)相比，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在圖像和語音識(shí)別方面能夠給出更優(yōu)的結(jié)果。這一模型也可以使用反向傳播算法進(jìn)行訓(xùn)練。相比較其他深度、前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要估計(jì)的參數(shù)更少，使之成為一種頗具吸引力的深度學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)。

　　4、從陽光中收集液態(tài)燃料

　　我們能否模仿樹葉的光合作用，讓“仿生樹葉”生成、儲(chǔ)存能量？現(xiàn)在，這個(gè)問題的答案正呼之欲出。

　　哈佛大學(xué)的科學(xué)家找出一款新型鈷-磷催化劑，利用太陽能，將水分子分解成氫氣和氧氣，隨后這些氫將二氧化碳轉(zhuǎn)化成有機(jī)物。在這樣一個(gè)封閉系統(tǒng)中，燃燒釋放的二氧化碳將重新被轉(zhuǎn)化成燃料，而不是被排放到大氣中。這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)給太陽能和風(fēng)能行業(yè)帶來革命性的影響。

　　5、人類細(xì)胞圖譜計(jì)劃

　　人類細(xì)胞圖譜計(jì)劃于2016年10月正式啟動(dòng)，這個(gè)國(guó)際合作項(xiàng)目旨在破譯人類身體的密碼，由陳-扎克伯格倡議支持。此項(xiàng)目希望確定：一是所有組織的不同細(xì)胞類型；二是各類細(xì)胞分別由哪些基因、蛋白和其他分子來控制；三是細(xì)胞的準(zhǔn)確位置；四是細(xì)胞之間如何交流，在細(xì)胞發(fā)生改變后如何影響身體機(jī)能的……該計(jì)劃最終將為個(gè)性化醫(yī)療提供有力的幫助。

　　6、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

　　第四次工業(yè)革命為農(nóng)民提供了一系列新的工具，這些工具能夠在減少水和農(nóng)藥使用量的同時(shí)，提高作物的產(chǎn)量與質(zhì)量。傳感器、機(jī)器人、GPS、地圖工具以及數(shù)據(jù)分析軟件全部按照植物養(yǎng)護(hù)的需求量身定制。雖然對(duì)于全世界的大多數(shù)農(nóng)民來說，距離利用無人機(jī)來實(shí)時(shí)監(jiān)控植物的生長(zhǎng)狀態(tài)還相對(duì)較遠(yuǎn)，但現(xiàn)在已經(jīng)有了一些相對(duì)簡(jiǎn)易的技術(shù)，例如悉尼大學(xué)的Salah Sukkarieh已經(jīng)在印度尼西亞使用了一套價(jià)格低廉的現(xiàn)代化監(jiān)控系統(tǒng)，依靠太陽能及手機(jī)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

　　7、廉價(jià)的氫能汽車催化劑

　　此項(xiàng)目的目的是開發(fā)一種零排放的氫燃料電池技術(shù)。目前使用的催化劑含有金屬鉑，價(jià)格高昂，因此項(xiàng)目暫時(shí)陷入瓶頸。但是，現(xiàn)在很多研究正在致力于減少對(duì)這種稀有而昂貴的金屬的依賴，目前最新的研究已經(jīng)能夠做到不利用鉑，甚至是完全不使用金屬。例如，凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的科學(xué)家就研制出摻雜氮和磷的碳泡沫催化劑，其活性不亞于標(biāo)準(zhǔn)催化劑。

　　8、基因疫苗

　　基于基因的疫苗在很多方面優(yōu)于現(xiàn)在的傳統(tǒng)疫苗?；蛞呙缒軌蚩焖偕a(chǎn)，這對(duì)于應(yīng)對(duì)突然暴發(fā)的疫情非常關(guān)鍵。

　　相比于在細(xì)胞培養(yǎng)物或SPF雞蛋中生產(chǎn)的傳統(tǒng)蛋白疫苗，基因疫苗制作起來也更簡(jiǎn)單、廉價(jià)。而且，通過這種方法制得的疫苗能夠快速適應(yīng)病原體突變?；蛞呙绲慕K極目標(biāo)是，科學(xué)家找出能夠抵抗病原體的人群、純化能夠?yàn)槿祟愄峁┍Ｗo(hù)的抗體，然后設(shè)計(jì)出基因序列，誘導(dǎo)人體細(xì)胞產(chǎn)生這種抗體。

　　9、可持續(xù)型社區(qū)

　　如能將綠色建筑理念一次性應(yīng)用到大規(guī)模的建筑過程中，它將可能為能量、水資源的消耗帶來一場(chǎng)革命。目前，加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家正計(jì)劃通過智能微電網(wǎng)，將本地產(chǎn)生的太陽能用于建筑的電力供應(yīng)，這將減少一半的電力消耗，并將碳排放降至0。與此同時(shí)，他們還計(jì)劃重新設(shè)計(jì)建筑的排水系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)廁所和下水道中水資源的就地循環(huán)利用，而雨水也將被收集利用，這些舉措將會(huì)使飲用水的需求量下降70%。

　　10、量子計(jì)算機(jī)

　　量子計(jì)算機(jī)擁有無限的潛能，與之相對(duì)應(yīng)的是極高的建造難度和高昂的花費(fèi)。這也就不難解釋，為什么小型量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力仍未超越超級(jí)計(jì)算機(jī)。不過在2016年，IBM將量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展推向了一個(gè)新高度，它們成為首家向公眾提供量子計(jì)算機(jī)云服務(wù)的公司。這項(xiàng)技術(shù)為超過20篇等待發(fā)表的學(xué)術(shù)論文提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。目前，全球超過50家企業(yè)正在努力讓量子計(jì)算機(jī)成為現(xiàn)實(shí)，這其中既有大型企業(yè)，也有不少初創(chuàng)公司。這些進(jìn)展讓人們開始相信，量子時(shí)代正向我們走來。