世界經(jīng)濟論壇發(fā)布了2015年度十大新興技術(shù)，飛行機器人、仿人腦芯片等十大突破性的科技進(jìn)展入選。
此榜單每年發(fā)布一次，由世界經(jīng)濟論壇新興技術(shù)跨界理事會(huì )選出該年最有潛力解決全球長(cháng)期挑戰的技術(shù)成果，旨在促使人們關(guān)注新興技術(shù)的潛力及蘊藏的風(fēng)險。
今年的十大新興技術(shù)體現了創(chuàng )新在改善人們生活、推動(dòng)行業(yè)變革和維護地球生態(tài)方面的巨大力量。
1.燃料電池汽車(chē)

圖為寶馬H2R燃料電池汽車(chē)
燃料電池與蓄電池不同，不需要外接充電，只需使用氫氣和天然氣等燃料，便能直接產(chǎn)生電力。在使用中，燃料電池和蓄電池相互配合開(kāi)展工作，燃料電池負責產(chǎn)生電力，蓄電池則負責存儲電力。因此，燃料電池汽車(chē)屬于混合動(dòng)力汽車(chē)，且很有可能配備回饋制動(dòng)系統。
燃料電池汽車(chē)的性能可媲美任何傳統燃料汽車(chē)。燃料電池汽車(chē)巡航里程長(cháng)，一箱燃料最高可供行駛650公里(燃料通常為壓縮氫氣)，而加滿(mǎn)一箱氫燃料僅需3分鐘。氫氣是清潔燃料，水蒸氣是其燃燒產(chǎn)生的唯一排放物，因此，以氫氣為燃料的燃料電池汽車(chē)將可做到零排放。
大規模生產(chǎn)低價(jià)氫氣并非易事，而氫氣輸送基礎設施匱乏也是一個(gè)重大挑戰。我們須像汽柴油加油站一樣大力建設相關(guān)基礎設施，并最終取代汽柴油加油站。目前，氫氣的遠距離運輸，哪怕是在壓縮的狀態(tài)下，在經(jīng)濟上并不可行。好在新型氫氣存儲技術(shù)，比如不需要高壓存儲的有機液體運輸裝置等，會(huì )很快降低遠距離運輸成本，并減少氣體存儲以及泄漏存在的風(fēng)險。
2.下一代機器人
機器人技術(shù)的進(jìn)步，逐漸使人機協(xié)作成為一種日常可見(jiàn)的現實(shí)。性能更強、造價(jià)更低的傳感器使得機器人能更好地洞察周邊環(huán)境并做出反應。設計師從人手等復雜生物結構出色的靈活性中汲取了靈感，制造出應變能力越來(lái)越好、越來(lái)越靈活的機器人。此外，受益于云計算革命的發(fā)展，機器人互聯(lián)程度日益提高，可以遠程獲得指令和信息，不再需要編程為全自動(dòng)型機器。
隨著(zhù)機器人新時(shí)代的到來(lái)，這些機器人逐步走下大型制造業(yè)的流水線(xiàn)，走向更為多樣的工作崗位。通過(guò)使用衛星定位技術(shù)，機器人能像智能手機一樣，用來(lái)協(xié)助除草和收割，推動(dòng)農業(yè)作業(yè)精密化。日本已經(jīng)開(kāi)始了機器人護士的試點(diǎn)，這種機器人能幫助病人下床，撐扶中風(fēng)患者，幫助患者恢復對四肢的控制。
體積更小、更為靈活的機器人也相繼問(wèn)世，這些機器人可以便捷地進(jìn)行編程，處理一些人工干起來(lái)費力或感覺(jué)不適的制造類(lèi)工作。
3.可循環(huán)利用的熱固性塑料

圖為熱固性塑料制作的餐具
塑料分為熱塑性塑料和熱固性塑料。熱固性塑料只能一次性加熱、一次性成型。加熱后，熱固性塑料分子發(fā)生改變，經(jīng)過(guò)了“硬化”，哪怕經(jīng)受高溫、高壓，其形狀和強度也會(huì )保持不變。
熱固性塑料自身的特性使其在現代制造業(yè)中不可或缺，但同時(shí)也使得它們無(wú)法循環(huán)利用。最終，大部分熱固性聚合物只能變?yōu)槔M(jìn)行填埋。
2014年，這一領(lǐng)域迎來(lái)了重大進(jìn)展，《科學(xué)》雜志刊發(fā)了一篇具有里程碑意義的文章，宣布發(fā)現了一種可循環(huán)利用的新型熱固性聚合物。這種名為“聚六氫三嗪”(簡(jiǎn)稱(chēng)PHT)的聚合物可放入強酸中溶解，從而打破聚合物關(guān)聯(lián)，分離出單體部分，然后重新組合為新產(chǎn)品。
我們希望可循環(huán)利用的熱固性聚合物能在5年內取代不可循環(huán)利用的熱固性塑料，到2025年時(shí)在新生產(chǎn)的產(chǎn)品中實(shí)現全面覆蓋。
4.精密基因工程技術(shù)
傳統基因工程一直飽受爭議。然而，新技術(shù)正在興起，使我們可以直接“編輯”植物的遺傳密碼，以提高植物營(yíng)養成分、更好地適應氣候變化等。
這些技術(shù)包括鋅指核酸酶(ZFNs)、轉錄激活因子樣效應物核酸酶(TALENS)和近期推出的可在細菌中演化為病毒防御機理的CRISPR-Cas9系統。這種系統使用核糖核酸分子來(lái)鎖定目標DNA，并在目標基因組中按照一組已知的、用戶(hù)選定的序列進(jìn)行剪切。這樣，便能抑制不需要的基因，或者將該基因進(jìn)行改良，使其發(fā)揮出與自然變異別無(wú)二致的功用。通過(guò)采用“同源重組”的辦法，CRISPR也可用于精確地向基因組中植入新的DNA序列乃至完整的基因。
基因工程另一個(gè)有望取得重要進(jìn)展的領(lǐng)域是將核糖核酸干擾技術(shù)(RNAi)用到農作物身上。核糖核酸干擾可有效預防病毒和真菌病原體，保護植物免受病蟲(chóng)害，減少對化學(xué)殺蟲(chóng)劑的需求。病毒基因已廣泛用于保護木瓜樹(shù)免遭環(huán)斑病毒侵害。以夏威夷為例，采用此法十多年來(lái)，并沒(méi)有出現病毒抗藥性增強的跡象。此外，核糖核酸干擾也能惠及主要糧食作物，預防小麥稈銹病、稻瘟病、馬鈴薯晚疫病、香蕉枯萎病等。
5.增材制造技術(shù)

圖為研究人員利用增材制造技術(shù)制備光纖
增材制造技術(shù)是與減材制造完全相反的工藝。增材制造技術(shù)先從液體或粉末等碎料著(zhù)手，然后再利用數字模板，將碎料打造成三維形狀。
與批量生產(chǎn)不同，3D產(chǎn)品可以根據終端用戶(hù)需求，實(shí)現高度的個(gè)性化。例如，美國隱適美公司(Invisalign)就利用顧客牙齒的電腦造影，制作出最貼合顧客嘴部結構的牙齒矯形儀。還有一些醫學(xué)應用正引領(lǐng)3D打印朝生物科學(xué)的方向邁進(jìn)：如今，通過(guò)直接打印人體細胞，已有望制作出活體細胞，在藥物安全篩查和最終的細胞修復與再生等方面開(kāi)發(fā)出有潛力的應用。在生物打印領(lǐng)域，打印肝細胞層的美國生物技術(shù)公司Organovo是一個(gè)先行者，其打印的細胞層主要用于進(jìn)行藥物測試，且最終可能會(huì )用于制作移植用人體器官。生物打印已經(jīng)被用于制作皮膚、骨骼、心臟和血管組織。
增材制造技術(shù)的下一個(gè)重要階段將會(huì )是以3D技術(shù)打印線(xiàn)路板等集成電子元件。然而這種辦法很難打印處理器等納米級電腦配件，因為要將用各種不同材質(zhì)制作而成的不同電子元件組合為一體并不容易。現在，4D打印有望帶來(lái)新一代的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可根據溫度和濕度等環(huán)境變化自行調整。這可用于服裝、鞋類(lèi)以及一些醫療產(chǎn)品，如旨在改變人體機能的植入物等。
6.自然發(fā)生的人工智能
簡(jiǎn)單而言，人工智能(AI)就是一門(mén)讓電腦來(lái)代替人類(lèi)干活的科學(xué)。近年來(lái)，人工智能取得了重大進(jìn)展：我們大多數人手中的智能手機都能識別人類(lèi)的語(yǔ)言，很多人都在機場(chǎng)邊檢排隊時(shí)體驗過(guò)人臉識別技術(shù)。無(wú)人駕駛汽車(chē)和無(wú)人機正處于測試階段，尚未如外界所期待的一樣投入廣泛使用，但對于一些學(xué)習和記憶任務(wù)而言，機器肯定要強于人類(lèi)。
與普通軟硬件相比，人工智能可幫助機器感知環(huán)境變化并做出應對。自然發(fā)生的人工智能則在此基礎上更進(jìn)了一步，機器可通過(guò)消化海量信息進(jìn)行自動(dòng)學(xué)習。卡內基梅隆大學(xué)的“永不停止的語(yǔ)言學(xué)習”項目(NELL)便是一例。這套計算機系統不僅能查閱數以?xún)|計的網(wǎng)頁(yè)來(lái)讀取現成的材料，還能在此過(guò)程中主動(dòng)提高自身閱讀和理解能力，以求在未來(lái)進(jìn)一步提升表現。
與下一代機器人一樣，機器在某些任務(wù)的執行上顯然要優(yōu)于人類(lèi)。有鑒于此，完善后的人工智能將會(huì )帶來(lái)生產(chǎn)力的顯著(zhù)提高。大量證據表明，無(wú)人駕駛汽車(chē)有助于減少道路交通中發(fā)生的碰撞和由此引發(fā)的人員死傷等問(wèn)題，因為機器可避開(kāi)人類(lèi)容易犯的錯誤，如注意力不集中、視覺(jué)誤差等問(wèn)題。智能機器能在更短的時(shí)間內獲得更多信息，并能不帶任何人類(lèi)式的偏見(jiàn)去做出應對，因而在疾病診療上或能完成得比醫學(xué)專(zhuān)家更為出色。當前，腫瘤學(xué)上正在部署“華生”系統，來(lái)協(xié)助開(kāi)展診療工作。
7.分布式制造技術(shù)
分布式制造技術(shù)將顛覆我們的產(chǎn)品生產(chǎn)方式和銷(xiāo)售方式。傳統制造業(yè)是把原材料收集起來(lái)，加以組裝，并在大型集中式的工廠(chǎng)中把產(chǎn)品制作成形，之后再原樣分銷(xiāo)至顧客手中。分布式制造技術(shù)則把原材料和生產(chǎn)方式分散化，而產(chǎn)品的最終生產(chǎn)將在終端顧客的身邊完成。
從本質(zhì)上說(shuō)，分布式制造技術(shù)的概念是盡可能多地用數字信息取代實(shí)體供應鏈。以椅子制作為例，其流程是將有關(guān)椅子部件切割的數字方案發(fā)送到當地的生產(chǎn)中心，再用CNC刳刨機等由計算機控制的切割工具進(jìn)行切割，然后由顧客或當地的制作車(chē)間進(jìn)行組裝，變?yōu)槌善贰Ｃ绹揖咂髽I(yè)AtFAB公司目前已經(jīng)采用了這一模式。
當前，分布式制造技術(shù)在使用上高度依賴(lài)自助式的“創(chuàng )客運動(dòng)”，即愛(ài)好者們利用本地的3D打印機、用本地的材料來(lái)生產(chǎn)產(chǎn)品。這當中有開(kāi)源思維的元素，即消費者可以根據自身需求和喜好來(lái)制作個(gè)性化的產(chǎn)品。
分布式制造技術(shù)能使當前一些模式化的物品變得更為多樣化，比如智能手機和汽車(chē)等等。產(chǎn)品的體積大小不成問(wèn)題。英國FacitHomes公司已經(jīng)在用個(gè)性化的設計和3D打印來(lái)為客戶(hù)量身定制房屋。
8.能夠“感知和躲避”的無(wú)人機

近年來(lái)，無(wú)人駕駛飛行器，即無(wú)人機，已成為一國軍事實(shí)力的重要組成部分，但也引發(fā)了不少爭議。此外，無(wú)人機在農業(yè)、航拍和其他許多頻繁需要低成本空中巡查工作的任務(wù)中也有廣泛應用。但截至目前，這些無(wú)人機仍都有人類(lèi)飛行員，只不過(guò)這些飛行員是在地面遠程操控飛行器的飛行。
下一步，無(wú)人機技術(shù)將要開(kāi)發(fā)可以自主飛行的機器，應用領(lǐng)域將進(jìn)一步拓寬。要做到這一點(diǎn)，無(wú)人機必須能感知周?chē)h(huán)境并做出應對，調整飛行高度和飛行線(xiàn)路，避免與途中其他物品發(fā)生碰撞。在自然界中，鳥(niǎo)類(lèi)、魚(yú)類(lèi)和昆蟲(chóng)均能成群結隊地集合在一起，每一只動(dòng)物幾乎都能與身邊的伙伴同步瞬時(shí)移動(dòng)，并以團隊為單位飛行或游動(dòng)。無(wú)人機不妨對此加以模仿。
9.神經(jīng)形態(tài)技術(shù)
目前，哪怕最先進(jìn)的超級計算機，其復雜程度也無(wú)法與人腦相媲美。計算機是線(xiàn)性的，主要依靠高速中樞，在中央處理器和存儲芯片之間實(shí)現數據的來(lái)回移動(dòng)。相比之下，人腦則處于全方位的互聯(lián)狀態(tài)，人腦中的邏輯和記憶緊密關(guān)聯(lián)，其密度和多樣性均是現代計算機的數十億倍。神經(jīng)形態(tài)芯片旨在用與傳統硬件完全不同的方式處理信息，通過(guò)模仿人腦構造來(lái)大幅提高計算機的思維能力與反應能力。
近年來(lái)，計算機微型化使得傳統計算性能得到大幅提升，但存儲器與中央處理器之間數據的不斷移動(dòng)會(huì )消耗大量能源，產(chǎn)生多余熱量，這一瓶頸限制了計算機的進(jìn)一步改進(jìn)。相比之下，神經(jīng)形態(tài)芯片能效更高、性能更強，可將負責數據存儲和數據處理的元件整合到同一個(gè)互聯(lián)模塊當中。從這一意義上說(shuō)，這一系統與組成人腦的數十億計的、相互連接的神經(jīng)元頗為相仿。
神經(jīng)形態(tài)技術(shù)將是高性能計算的下一個(gè)發(fā)展階段，它能夠大幅提升數據處理能力和機器學(xué)習能力。IBM公司2014年8月所公布的百萬(wàn)神經(jīng)元級別的TrueNorth芯片，在執行某些任務(wù)時(shí)，其能效可達傳統中央處理器的數百倍，首次與人腦的大腦皮層有了可比之處。神經(jīng)形態(tài)芯片計算能力顯著(zhù)提高，能耗和體積卻要小得多，更為智能的小型機器或將引領(lǐng)計算機微型化和人工智能的下一階段。
其潛在用途包括：可更好地處理和應對圖像信號的無(wú)人機、更為強大、更為智能的相機和智能手機、有助于解讀金融市場(chǎng)奧妙或進(jìn)行天氣預報的大規模數據透視。未來(lái)，計算機可以自主地進(jìn)行預測和學(xué)習，而不是僅僅按照預先編寫(xiě)好的程序行事。
10.數字化基因組
人體基因組由32億個(gè)DNA堿基對組成，歷史上第一次對其排序時(shí)，花了數年時(shí)間，耗資高達數千萬(wàn)美元。但今天，僅需幾分鐘，便可完成個(gè)人基因組的排序和數字化，花費也僅需數百美元。所得數據可通過(guò)U盤(pán)傳輸到筆記本電腦上，隨后十分便捷地通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行共享。這種技術(shù)僅需很低的成本，便能瞬時(shí)探明我們每個(gè)人所獨有的遺傳結構，將為進(jìn)一步推動(dòng)醫療個(gè)性化、改善醫療效果帶來(lái)一場(chǎng)革命。
人類(lèi)健康所面臨的許多最難對付的挑戰，不管是心臟疾病還是癌癥，都有著(zhù)與之對應的遺傳因素。有了數字化技術(shù)之后，醫生能通過(guò)觀(guān)察腫瘤的基因結構來(lái)決定如何治療癌癥患者。同時(shí)，這一新知識也有助于制定具有高度針對性的療法，使精確用藥成為可能，從而改進(jìn)患者特別是癌癥患者的治療效果。
(作者系IBM公司首席創(chuàng )新官兼副總裁、世界經(jīng)濟論壇新興技術(shù)跨界理事會(huì )主席)