←赋予肌萎缩症患儿行动能力的辅助装置

 

 

 

到2022年，农业无人机的全球市场总额预计将达到每年36.9亿美元。

 

 

 

网络安全将被推上风口浪尖

 

 

 

3D打印用于再生医学

 

 

 

外骨骼大大增强了士兵体能

 

 

 

先进数码产品将越来越多地融入我们的生活

 

 

 

↑混合实境技术将提供身临其境的感官感受，并传递实时的情境感知体验。

 

张冬梅

 

近期，美国未来侦察战略与分析公司发布了一份名为《2016—2045年新兴科技趋势》　的预测报告，明确了未来30年内24个值得关注的新兴技术趋势。值得注意的是，报告在分析未来技术发展趋势时，把社会环境的宏观要素结合在一起进行了考量。

 

24项新兴科技

 

这份报告是美国未来侦察战略与分析公司为美国陆军部做的一个分析预测。它是在过去5年美国内外的政府机构、行业分析机构、智囊团和学术组织等各自发表的32份科技趋势预测报告的基础上，通过对这些报告所涉及的690项科技趋势进行综合分析，采用趋势识别法甄别出24个值得关注的新兴科技———

 

机器人与自主系统、增材制造、大数据分析、人体机能增强系统、移动和云计算、医疗进步、网络空间、能源、智慧城市、物联网、食物与水技术、量子计算、社交媒体影响力、先进数码产品、混合实境　（即虚拟现实与增强现实）、气候变化技术、先进材料、新型武器、太空技术、合成生物等20大核心科技趋势，以及教育、隐私、交通和物流、工作性质变化等4项虽然缺乏足够定量分析、但可能会对未来产生影响的科学技术趋势。

 

5大发展趋势

 

这24个值得关注的新兴科技可归纳为以下几方面发展趋势：

 

(1)　数字技术和网络科技在科技发展中的地位不断提升。

 

未来30年，“先进数码产品”将融入更多的日常用品中　（如衣服和建筑材料）。数码系统将成为人们身体延伸的一部分，嵌入式的电子系统将把士兵和自主软件助手联通，以此来进行技术支持、火力配比和智能分析。

 

“移动和云计算技术”改变了人类和信息互动的方式，移动设备将会愈发强大并具有多功能特征。与信息权限串联的云端计算服务提供了无比强悍的计算能力。预计到2030年，75%的世界人口将拥有移动通讯联通性，云端移动计算将转变诸如教育　（如由大学提供的线上课程，新科技在学校教室中的推广应用等）、医疗等的现有运作方式。

 

同时，“大数据分析”技术的发展会不断提升由此产生的海量数据分析能力；自动机器人会用于分析信息之间的关联，信息所有权将成为人们关注的议题。

 

(2)　随着自主科技的普遍化，物联网迅速扩张，生物和物理硬件不断提升人体机能，使得人类与技术之间的隔阂在未来的30年里将可能进一步缩小。

 

根据保守估计，到2045年将会有包括移动手机和可穿戴设备、医疗器械、电器、工业传感器、监控摄像头、汽车、衣服等超过1千亿的设施与网络连接。这些设施将使原来需要劳动力的检测、管理和维修等工作实现全自动化。“物联网”的交叉、分析和人工智能将创造一个拥有全球网络的智能机器，使其在没有人影响的情况下处理庞大的关键事务。

 

同时，在未来的30年，人体能够感知的可穿戴设备、将外骨骼技术与大脑相连接的假肢、嵌入传感器和电脑的隐形眼镜、可扩展个体接受能力并运用在工作学习中的益智药物会不断涌现。“人体机能增强”科技通过生物科技手段，将把人类潜力推向极限。

 

(3)　创新科技为创造物理环境提供了新工具，强化了个人与企业的能力。

 

未来创新科技不断涌现，强化了个人与企业的能力。在“增材制造”技术方面，3D打印机将可以打印包含多种材料的复杂物体，人们可以根据自身需要自定义这些东西，实现个性化产品定制。

 

而以虚拟现实和增强现实　(VR和AR)　为主的“混合实境”，则已经为电子消费产业注入了很多活力，未来将应用于更多产业领域，来传递实时的、情境感知的体验　(AR)，提供身临其境的视觉、听觉、嗅觉和触觉的感受　(VR)。

 

同时，除工业用途以外，“先进材料”（如纳米材料和其他诸如金属海绵和陶瓷部件）　还将会在成衣、建筑材料、汽车、路面、桥梁以及其他诸多物体中出现，军队将能够运用先进材料来生产更轻更强的装甲、更加高效的运载车辆和护盾，以及更强力的电池和可再生能源系统。

 

在“量子计算”方面，虽然大多数对于量子计算技术的研究兴趣在于如何将其运用于密码破解，真正的量子电脑可能在21世纪40年代中期才会出现，但它可能会成为一项改变许多其他技术领域诸如气候建模、药物研究和材料科学的革命性技术。

 

到2045年，“机器人与自主系统”将会被普遍运用，拥有自主系统的汽车在使运输更加便利和高效的同时，也会为共享经济的崛起注入活力。自主汽车和自主运输科技　(“交通与物流”技术趋势)　将为大众交通运输和物流带来革命性改变。机器人将运用于照顾老年人、运输货物、收获庄稼、维护公共治安，并为人们的日常生活提供必要服务。在军事行动中使用机器人，将会使整个系统更加具有机动性、敏捷度和智能化。

 

(4)　在生物科技领域，合成生物科技的发展体现了人类在基因工程上修改生物基因的可行性。

 

基因技术的发展进一步带动“医疗进步”，药物将会经历多重技术革新，人性化的药物将会因基因技术而崛起，这些药物帮助病患实现个性化医疗。

 

同时，随着对基因组学认识的不断深入，人们发现可以直接构筑DNA序列来创造生物　（如转基因作物），目前科学家们正在思考能否将生命转变成数据，像电脑程序一样进行编写。一种可以作为生物燃料的藻类已经被编写出来，并用其DNA编写了数以兆计的数据。

 

在未来的30年，“合成生物学”将制造出可以检测毒气的生物，将工业废物转为生物燃料，并利用人体寄生体为人类传递药物。同时，合成生物学也伴随着极大的风险，人们可能会误入歧途用该技术研制生化武器，而可传染的合成生物也有可能破坏生态环境。

 

(5)　随着世界人口扩张以及因气候变化而造成的食物和饮水压力的不断增加，技术将成为全人类健康、安全以及生产运作的保障。

 

在未来的30年里，全球变暖将威胁整个人类的生存，全球能源的需求将会飙升35%。39亿的人们　（超过40%的全球人口）　将面临淡水危机，技术发展将成为解决全球共性问题的关键。在“气候变化技术”中，包括建造防洪设施、使用转基因技术使庄稼抵御干旱气候等短期防御科技，以及如碳隔离方式将温室气体　（如二氧化碳和甲烷）　从大气层抽离并存入地下，将硫或二氧化铝离子植入大气层以此来减少太阳辐射对地球温度影响等的长期防御科技构想。

 

“能源”科技中，太阳能、风能等可再生能源的成本将逐渐与化石能源成本接近，核能的获取将变得更加安全，它们的广泛应用有利于抵御全球变暖的状况。“食物和水”技术中，海水淡化、滴灌技术、水的再利用、雨水收集以及其他技术可以减轻淡水供给的压力，转基因庄稼和全自动收割可以提升庄稼产量，并保障在更少的土地上提供更多的营养供给。

 

在“太空”技术方面，当前新科技推动发射运载工具的创新，已极大地减少了探索宇宙的成本，未来人们将研发出更加庞大的重回月球旅行计划、开启全新太空工业　（如小行星采矿）　的火星探索等技术，实现人类不断探索宇宙的梦想。

 

“智慧城市”在信息和通信技术的支持下不断成长。据估计，到2045年，65%-70%的世界人口将会住进城市，基于系统化设计的新技术应用会解决人口膨胀带来的城市发展和公共安全压力。

 

6大宏观环境要素

 

值得注意的是，报告在分析未来技术发展趋势时，把社会环境的宏观要素结合在一起进行了考量。

 

可能与这些技术发展以及社会政治变化和安全产生联系的宏观要素有6项，即气候变化、资源紧张、城镇化、人口变迁、创新全球化和全球中产阶级的兴起。

 

“气候变化”在很多方面可能会对未来地缘政治稳定和新科技发展造成巨大影响。极端天气将会无情地破坏那些急速发展的城市，造成人道主义危机和世界金融的衰退。

 

与气候变化相呼应的包括食物、饮水、原材料在内的资源将出现严重短缺，而“资源短缺”将阻碍经济的扩张，并将世界许多地方卷入战争的深渊，引起世界局势的不稳定和资源的争抢。

 

“城镇化”的进程将会造成超大城市的扩张　（这些超大城市将会成为政治和经济影响的中心），并影响整个国家的兴衰。

 

全球人口增长、人口老龄化和移民问题等“人口变迁”，将对持续复兴机会、一体化以及社会和谐构成挑战。

 

“创新全球化”趋势明显，创新也会迁徙到像中国、印度这样的在世界经济舞台中崭露头角的发展中国家。当今，中国在研发领域正在向美国靠拢，这将对未来美国经济、国防以及全球创新政策产生深远的影响。

 

此外，全球中产阶级正逐步扩张，“全球中产阶级兴起”。未来世界数以百万计的人们将脱离贫困，但社会阶层间的不平等以及冲突仍然存在，逐渐扩大的消费群体也会加剧能源短缺以及气候挑战。

 

创新焦点

 

网络安全：网络防御不是一个新课题

 

今年3月，美国联邦调查局宣布，在一家以色列网络安全公司的帮助下，成功破解了圣贝纳迪诺枪杀案凶手的苹果手机密码。此次由政府领导的黑客事件发生在苹果公司拒绝解密自己的产品之后，并引发了一场有关联邦调查局侵犯隐私权的高调的大众交锋。苹果公司认为，破解密码的举动将威胁数百万消费者的网络安全。

 

网络防御不是一个新课题，而未来30年，随着物联网的兴起和日常生活中各方面不断增长的相互依存关系，将把网络安全问题推至风口浪尖。同时，网络安全方面的新兴技术也将随之出现。

 

用户认证技术：未来的认证技术将使用生物识别、个人密钥生成器和其他技术，提供比现今使用的密码更强、更简单的访问控制。

 

有弹性的网络：正在研究构建具有自我设定、自我修复、自我优化和自我保护功能的网络。

 

下一代加密技术：未来加密技术将使得网络攻击者对偷窃数据的使用变得更为困难，量子密码即是其中之一。

 

食品和水技术：

 

未来创新的焦点

 

食品和水问题，很久以前就已经为发达国家所重视，它将成为未来创新的主要焦点，并可能成为一个主要的冲突爆发点。

 

技术发展提供了许多潜在的解决方案，海水淡化、微灌溉、水回收再用、雨水收集等技术可以缓解淡水供应的压力。转基因作物和自动化生产可以提高作物产量，使得农民在更少的土地上生产出更多的营养供给。

 

精准农业：有关转基因作物的研究会生产出抗干旱和抗病害的农作物，提高农业产量。精准农业将运用大数据分析进行作物管理。像机器人自动化和微灌技术　（能将田间水输送效率提高32%~95%），将使农业生产具有更高的资源利用率和生产力。

 

水的回用与收集：除了改进海水淡化技术，发展过滤系统可从非传统来源，如雨水、泥水或受污染的水中，生产饮用水。

 

一家摩洛哥非政府组织和几家德国的研究与工程组织正合作开发“雾中集水”技术。他们在海拔1200多米的高处安置巨大的黑色聚合物“捕雾网”，捕获雾气后，凝结并输送至收集箱，可满足当地部落的用水需求。

 

垂直农场：封闭式水栽培系统、城市化垂直农业和其他新技术，使得无法提供耕地的地方也能实现作物生长。科学家们正在研究通过实验室培养“生长”肉类，这样可以增加蛋白质的获取途径，而不会产生肉用动物养殖所带来的环境和资源影响。

 

新泽西一家公司在纽瓦克一个6400平方米的仓库内，建造了世界上最大的垂直农场，今年春季投产，每年可产绿叶蔬菜约900吨。所有植物均生长在盘子里，叠至9米多高，由LED灯照射以优化光合作用。

 

农业无人机：农业无人机获得了风险资本家的极大关注。2015年，关于农业无人机的风险投资达到42.5亿美元，是2014年的2倍。到2022年，农业无人机的全球市场总额预计将达到每年36.9亿美元。

 

人体机能增强：

 

将人类潜力推向极限

 

从隐形眼镜到人工假肢，再到体能增强药物，给我们的体能和智力带来的明显改变目前还仅限于治疗领域，但已到达增强技术自身属性中的一个转折点。

 

增强技术市场将跨越多个经济领域，包括医疗保健、制造、国防、教育和服务。随着外骨骼和神经增强剂等新技术的商业化，又将会带动出现全新的行业。

 

可穿戴计算机：低功耗、小型化的传感器和处理器的进步，使得新一代可以监测心率、睡眠等身体活动，能够记录环境条件，并与分析应用程序相连接的可穿戴设备应运而生。随着该技术的进步，人们将能够使用丰富的数据，来理解并提高他们的表现。

 

外骨骼和假肢：外骨骼正在快速发展，其研发主要聚焦于新的控制架构、持续运动所需的能量及人体与系统的连接优化。直接将假肢与人的神经系统相连接的能力也在迅速提升。

 

恢复行动力的外骨骼：西班牙一家公司研制了一款能给予脊髓性肌萎缩症患儿行动能力的外骨骼。专为3~14岁年龄的儿童设计，安装在孩子的腿和躯干上，每条腿有5个机器关节，帮助孩子直立和行走。

 

药理增强：虽然促进认知的产品有着广阔而不断增长的市场，利用药物提高智力表现仍然是一门年轻的科学。目前，研究人员正在进行可改善心理和身体功能且无副作用的益智药物的研发。

 

仿生手指：瑞士的研究人员已开发出一款仿生手指，可以使截肢者感受到物体的纹理和质地。虽然早先美国国防部高级研究计划局　(DARPA)演示过拥有基本触觉的仿生手，这种新型手指可以帮助病人区分多种不同的质感。这代表着开发具有自然肢体功能的假肢又迈出了重要一步。

 

自我计量：美国Fitbit公司和苹果的智能手表，带动了“自我计量”的潮流，人们使用个人数据分析来提高自己的表现。这些设备也在不断推陈出新，让可穿戴技术变得更时尚，同时也让谷歌眼镜和其它不太成功的可穿戴产品相形见绌。

 

医学进步：医疗将会经历多重技术突破

 

生物技术与纳米技术等其他新兴技术的共同进步，将带来更进一步的发展。未来，将有可能在人的循环系统中植入微型机器人，追踪血压、检测初期心脏病、识别早期癌症等。

 

个性化医疗：基因组学将促进个性化医疗的发展以及癌症、心血管疾病、老年痴呆等遗传性疾病的治疗。药物遗传学将会开创一个个性化医疗的时代。对于人类遗传学的详尽了解将会促进针对癌症、自身免疫性疾病、神经退行性病变以及其他危及生命疾病的个性化用药的发展。

 

再生医学：利用病人自身的遗传物质实现人体器官以及可能全部肢体的生长，相关研究正在进行中。未来将利用个性化的“替代部件”，使很多绝症得以治疗恢复。

 

生物医学工程：生物医学工程的进展将会制造出几乎能够完美模拟自然肢体能力的假肢。其他技术将改变临床诊断与治疗方式，比如可注射的纳米机器人将能够传送药物、进行显微外科手术。

 

人造器官移植：将有越来越多由DNA样本培育而来的人造器官用于移植，不仅避免了等待移植器官的救命时间的限制，也免除了器官排斥的风险。假肢将与神经系统直接连接，并与生物传感器相结合，得到近乎真实的触觉体验。

 

机器人急救员：机器人急救员和低温控制等组织保存技术，将给创伤治疗带来革命性改变，极大地延长救治受伤士兵的黄金时间。

 

外科干细胞：美国和日本两个独立的科学家团队现已分别开发出了新的外科技术———利用干细胞替代由白内障和其他眼部疾病所造成的受损眼组织。未来，该研究可能会完全取代白内障手术和其他侵入性治疗。

 

(作者系上海科学院规划研究处副研究员)