《科學美國人》評選2020年“十大潛力技術(shù)” | 黑科技拆解
本周，美國知名科學媒體《科學美國人》發(fā)布了“2020年十大潛力技術(shù)榜單”。這十項技術(shù)由《科學美國人》與世界經(jīng)濟論壇共同召集的專家組成員選出，它們被認為兼具創(chuàng)新性與短期內(nèi)（3-5年）為人類社會經(jīng)濟帶來巨大進步的潛力。
在領(lǐng)域分布上，生物醫(yī)學、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。下文對此十項技術(shù)及其潛在影響進行簡要介紹。
“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胞。目前這一技術(shù)已在疫苗接種與皮膚病臨床試驗中得到應用，并迅速走向商業(yè)化。美國Seven Sense Biosystems公司基于微針研發(fā)的個人采血設(shè)備TAP已在美國與歐盟獲準上市，允許患者在家中自主采樣后寄送到實驗室分析，有望顯著提升檢驗效率。
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、甲酸等重要化學物質(zhì)的原料，促使人類走向真正“無廢”的循環(huán)經(jīng)濟。盡管這些技術(shù)目前仍停留在加州理工等高校院所的實驗室中，評審專家普遍認為它的商業(yè)化將很快到來。
通過真實人體器官的解剖學數(shù)據(jù)與調(diào)控該器官功能的復雜數(shù)學模型，科學家們便可以生成外觀與行為上同真實人體器官相似度極高的虛擬器官。目前，F(xiàn)DA已在人體試驗環(huán)節(jié)使用該技術(shù)來評估乳房攝影術(shù)系統(tǒng)，并為其他機構(gòu)進行虛擬人體試驗撰寫了指導意見。不過，部分科學家認為這一技術(shù)的可靠性仍有待進一步確認。
空間計算被認為是加速物理與數(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動與互動，規(guī)劃行車最優(yōu)路徑、實現(xiàn)物體對人類的自動避讓等。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，也被專家認為會是其首批應用者。
越來越多的醫(yī)療APP正利用移動設(shè)備來記錄用戶的聲音、表情、睡眠、運動等數(shù)據(jù)，利用人工智能分析便可識別疾病隱患、預測癥狀發(fā)展情況，乃至提供定制化治療方案。盡管有效彌補了眾多地區(qū)醫(yī)療資源的不足，專家仍認為人們需極為謹慎地對待該技術(shù)，并確保將其融入醫(yī)生工作流程。
在民航飛機上使用電動馬達不僅可以直接減少碳排放量，還能夠降低多達90%的燃油成本、50%的維護成本與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)客運電動飛機。不過，科學家也提醒由于電池的功率重量比更低，電動飛機很可能具有較大的重量并因此無法執(zhí)行遠程航線。
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。盡管專家謹慎地認為對水泥的大規(guī)模替代尚不現(xiàn)實，但在路面、臨時建筑等輕負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到極高的分辨率，并被寄望應用于無人駕駛、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，麻省理工學院的科學家去年則成功將一個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、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有效的電解器。盡管電解氫技術(shù)的大規(guī)模應用尚處在萌芽期，高盛預計至2050年它將變?yōu)橐粋€12萬億美元的巨大市場。
今天，設(shè)計包含數(shù)百萬個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入微生物體內(nèi)就可以把它們變成一個個生產(chǎn)藥物、化學物質(zhì)、燃料乃至建筑材料的“工廠”?？茖W家已經(jīng)在設(shè)想合成更大的基因組，應用于更有價值的場景—比如不受病毒、輻射和癌癥威脅的人類細胞系。專家認為，如果研發(fā)投入充足，在近10年內(nèi)就有可能實現(xiàn)合成包含數(shù)十億個核苷酸的基因組。
